第二章 双极型晶体三极管（BJT）.

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1 第二章 双极型晶体三极管（BJT）

2 概述 晶体二极管：单向导电性 晶体三极管：放大作用。半导体器件发展过程中的一次重大飞跃。
双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,英文缩写BJT） 场效应管（Field Effect Transistor,英文缩写FET）：单极型

3 2.1 BJT工作原理 2.1.1 BJT结构与符号 三个独立的掺杂区和两个PN结构成的三端器件，可分为NPN管和PNP管两种类型，如图所示。 （a）NPN型 （b）PNP型 双极型晶体三极管结构示意图与电路符号

4 三个区： 发射区（Emitter）——发射载流子的区域 基 区（Base）——传输载流子的区域 集电区（Collector）——收集载流子的区域 三个极: 发射极（e），基极（b）和集电极（c） 两个结: 发射结（e结），集电结（c结）

5 当BJT的发射结正偏、集电结反偏，NPN管内载流子的运动情况。

6 1.发射区多子向基区扩散（又称注入） 发射区自由电子（多子）向基区注入（扩散），形成电流 。 基区空穴向发射区注入，形成空穴注入电流 。两电流之和构成发射极电流 。 发射极电流的主要部分是自由电子形成的电流，即

7 2.基区非平衡少子向集电结方向边扩散边复合 由于基区的空穴浓度很低，且基区很薄，只有很少部分的自由电子被基区空穴（多子）复合，形成基区复合电流 。 由PN结的原理，反偏集电结还存在着集电结反向饱和电流 。 因此，基极电流：

8 3.集电区收集基区非平衡少子 扩散到达集电结边界的基区非平衡少子（自由电子），在电场力的作用下均被抽取（漂移）到集电区，形成集电极电流的主要成分 。 因此，集电极电流为：

9 综上所述，晶体管各电极的电流有如下关系 （2.1） （2.2） （2.3）

10 又 则可得三电极的电流关系 （2.4）

11 4.放大偏置时的电流关系 （1） 与 的关系 集电极电流 的主要成分 是由发射极电流 转化而来的，为了反映扩散到集电区的电流 与发射极电流 的转化比例关系，定义共基极直流电流放大系数为 （2.5）

12 显然 ，一般约为0.97～0.99。由式（2.5）可得 与 的关系 由于 往往很小（对硅管尤其如此），工程上一般用下式来近似 （2.6） （2.7）

13 （2） 与 的关系 为了反映扩散到集电区的电流 与基区复合电流 之间的比例关系。定义共发射极直流电流放大系数 为 其物理意义是：基区每复合一个电子，则需 个电子扩散到集电区去。通常 （超 管 可能大于1000）。 由式（2.8）整理可得 （2.8） （2.9）

14 式中 是基极开路（ ）时，集电结与发射极之间流过的穿透电流，即
因 很小，在忽略其影响后，则有 将式（2.6）代入式（2.4），则可得到关系 （2.10） （2.11） （2.12） （2.13）

15 将式（2.13）与式（2.8）对比，可得关系 （2.14） （2.15）

16 例2.1 PNP管直流电路如图2.3所示，图中 。当断开B点时，微安表的读数为240μA，当断开E点时，微安表的读数为6μA，试求该管的 和 。
图2.3 例2.1电路图

17 解：直流电压 及 的方向和大小表明该管处于放大偏置。断开E点时微安表读数是集电结反向饱和电流 ，断开B点时微安表读数是穿透电流 ，即

18 2.1.3 放大偏置BJT偏压与电流的关系 双极型晶体管是电流控制器件。 控制各极电流变化的真正原因是发射结正向电压的变化。
集电结反向电压的变化对各极电流也有影响。

19 1. 发射结正向电压 对各极电流的控制作用——BJT的正向控制作用
发射结电流 实际上就是正偏发射结的正向电流: 当发射结正偏电压 增加时，正向电流 增加。此时，注入基区的非平衡少子增多，会使基区复合增多，到达集电结边界被集电区收集的非平衡少子也会增多，从而使 和 都会增大。发射结正偏电压 的变化将控制各极电流的变化。 双极型晶体管也是一种电压控制器件。

20 2.集电结反向电压 对各极电流的影响——基区宽度调制效应
2.集电结反向电压 对各极电流的影响——基区宽度调制效应 图2.4 基区宽度调制效应

21 当正偏电压 一定时，发射区向基区注入的自由电子一定，即基区非平衡少子的浓度分布曲线 由 决定。但基区电流 主要由基区的复合电流构成，而基区复合电流与基区少子数量成正比，基区少子数量又与基区少子浓度分布曲线下的面积S成正比。所以， 与基区少子浓度分布曲线下的面积近似成正比。 当集电结反向电压 增加时，由PN结的知识可知，集电结会变宽，这势必使得基区的宽度减小（见图2.4,W变到 ）。基区少子浓度曲线便由图中的实线变为虚线。显然，虚线下的面积比实线下的面积小，表明 会减小，再由 可知 会增加。 影响各极电流的现象称为基区宽度调制效应，简称基区宽调效应。