2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体三极管

半导体三极管 半导体三极管 BJT的结构简介 放大状态下BJT的工作原理 BJT的V－I特性曲线 BJT的主要参数 本章主要讲述如何构建一个合乎自身要求的放大电路。 如何实现放大，放大倍数的大小受到哪些因素/元件参数的影响？ 放大电路如何获得尽可能多的信号能量？通过改变哪些参数就可以实现？ 放大电路的输出信号如何才能不受外界负载变化的干扰，实现稳定输出。 设计放大电路，有多少种电路模型可以供你选择，这些模型的各自特色又在哪里？ 4.1.1 BJT的结构简介 (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。 4.1.1 BJT的结构简介 (a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号 结构特点： • 发射区的掺杂浓度最高； • 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积最大； • 基区最薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。 管芯结构剖面图 集成电路中典型NPN型BJT的截面图 4.1.1 BJT的结构简介 三极管的放大作用：特定的外部条件实现了三极管的载流子传输，在宏观上就表现为在输出端得到与输入小信号形状相同的大信号。 外部条件：发射结正偏 集电结反偏 4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 1. 内部载流子的传输过程 发射区：发射载流子（Je正偏） 集电区：收集载流子（Jc反偏） 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） 双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 IE=IB+ IC 放大状态下BJT中载流子的传输过程 IC= ICN+ ICBO 放大状态下BJT中载流子的传输过程 少数载流子的运动 基区空穴的扩散 因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区 因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合 因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO 2. 电流分配关系 根据传输过程可知 通常 IC >> ICBO，不考虑少子影响  为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般  = 0.90.99 IE=IB+ IC 载流子的传输过程 IC= ICN+ ICBO  是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般  >> 1 2. 电流分配关系 根据 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO 且令 ICEO= (1+  ) ICBO （穿透电流） 共基极放大电路 4. 放大作用 若 vI = 20mV 电压放大倍数 使 iE = -1 mA， 则 iC =  iE = -0.98 mA， vO = -iC• RL = 0.98 V， 当  = 0.98 时， $