2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体三极管（BJT）

半导体三极管（BJT） BJT的结构简介 半导体三极管（BJT） BJT的电流分配与放大原理 BJT的特性曲线 BJT的主要参数 BJT的结构简介 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。 两种类型的三极管 发射结(Je) 集电结(Jc) 集电极，用C或c 表示（Collector）。 三极管符号 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，且面积大； • 基区很薄，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 BJT的结构简介 BJT的电流分配与放大原理 1. 内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏，集电结反偏。 发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 载流子的传输过程 IC= ICN+ ICBO IE=IB+ IC 2. 电流分配关系 根据传输过程可知 IC= ICN+ ICBO 通常 IC >> ICBO  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 BJT的电流分配与放大原理 根据  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 。 IE=IB+ IC 2. 电流分配关系 一般IC 毫安级别，IB 为微安级别； 一般β几十或上百。 BJT的电流分配与放大原理 3. 晶体管的电流放大作用 IE IB RB EB IC EC 输入电路 输出电路 公共端 晶体管具有电流放大作用的外 部条件： 发射结正向偏压 集电结反向偏压 NPN 管： VBE>0 VBC<0 即：VC>VB>VE RC 共射极放大电路 VCE ＋ － VBE ＋ － B C E BJT的电流分配与放大原理 β—直流电流放大系数。 IC>>IB 或 △IC>>△IB (2) 晶体管起电流放大作用，必须满足: (4) (1) IC+IB=IE β= △ IC/ △ IB β—交流电流放大系数。 发射结正偏，集电结反偏。 IE IB RB IC RC B C E 一般有： β≈ β β= IC/IB (3) 3. 晶体管的电流放大作用 BJT的电流分配与放大原理 + - b c e RL 1k 共射极放大电路 VBE IB IE IC + - vI +vBE vO + - +iC +iE +iB vI = 20mV 设 若 则 电压放大倍数 iB = 20 µA vO = -iC• RL = -0.98 V，  = 0.98 使 4. 晶体管的电压放大作用 BJT的电流分配与放大原理 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。 BJT的电流分配与放大原理 + _ b c e 共射极放大电路 VBB iC + - vCE VCC vBE iB iB=f(vBE) vCE=const VCE  1V 1. 输入特性曲线 BJT的特性曲线 （以共射极放大电路为例） VCE = 0V $$