2022-2023学年高二物理竞赛课件：双极型三极管

双极型三极管 双极型三极管 一、双极型三极管的结构与工作原理 半导体三极管又称为晶体管、三极管、双极型晶体管、BJT 。自由电子和空穴两种载流子参与导电。 三极管由2个背靠背的PN结组成，分为 NPN型、PNP型。 三极管又分为硅三极管、锗三极管。 正常工作在反偏状态。无光照时，只有很小的反向饱和电流，称为暗电流；有光照时，PN结受光激发，产生大量电子空穴对，形成较大的光电流。 通常由硅材料制成，管壳有接收光照的透镜窗口。 光电二极管的电流与照度成正比，用于信号检测、光电传感器、电机转速测量等。 反向偏置时，PN结的等效电阻很大，等效电容与所加反向电压的大小有关。 变容二极管的电容很小，一般为pF数量级，通常用于高频电路，如电视机高频头中的压控可变电容器。 主要特点是导通电压较低(0.4V左右)，导通时存储的非平衡载流子数量少，夹断时间很短，在高速数字电路中获得很好的应用。 NPN型三极管 箭头表示发射结正偏时的实际电流方向。 采用平面管制造工艺，在 N＋型底层上形成两个PN结。 c：Collector 集电极 b：base 基极 e：emitter 发射极 工艺特点：e区掺杂浓度高，b区薄， c结面积大 。 发射区 基区 集电区 不对称PN结 N低掺杂区 P+高掺杂区 发射区 基区 集电区 PNP型三极管 发射结正偏（VBE＜0）时，电流从b极流出。 在P＋型底层上形成两个PN结。 NPN IEN IBN ICN IEP 多子扩散 少子漂移 载流子运动 (以NPN管为例） 发射区向基区大量注入电子（多子）IEN；同时基区也有空穴向发射区扩散IEP ； 注入基区的电子小部分被基区的 空穴复合IBN； 大部分注入的电子从发射结扩散到集电结，因集电结反偏，很容易漂移过集电结，拉入集电区，被集电极所收集ICN。 集电结反偏，少子形成反向饱和电流ICBO。 条件（放大状态）： 发射结正偏(VBE＞0)，发射区电子大量向基区扩散的必要条件； 集电结反偏(VCB＞0)，由发射区来的电子得以绝大部分到达集电区的必要条件。 三极管内部结构特点 发射区掺杂浓度远大于集电区，以尽可能多提供载流子； 基区很薄，且掺杂浓度低，以减小载流子的复合机会； 集电区结面积较大，以利于收集载流子。 IEN IBN ICN IEP 多子扩散 少子漂移 IEN IBN ICN IEP 多子扩散 少子漂移 Je正偏，Jc反偏 定义 称为共基极直流电流放大系数， ICBO称为集电结反向饱和电流，其值很小，常可忽略。 一定条件下，输入/出电流成线性关系，三极管是一种电流控制器件 共基组态时电流关系（放大状态） 共射组态时电流关系（放大状态） 称为共射极直流电流放大系数，远大于1 ICEO称为穿透电流，其值较小，也常可忽略。 令 则 $