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1、第第 3 章章 双极结型晶体管双极结型晶体管 3.1 双极结型晶体管基础双极结型晶体管基础 PN 结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大；反向电结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大；反向电流的来源是少子，所以反向电流很小。如果给反偏流的来源是少子，所以反向电流很小。如果给反偏 PN 结提供大结提供大量少子，就能使反向电流提高。给反偏量少子，就能使反向电流提高。给反偏 PN 结提供少子的方法之结提供少子的方法之一是在其附近制作一个正偏一是在其附近制作一个正偏 PN 结，使正偏结，使正偏 PN 结注入的少子来结注入的少子来不及复合就被反偏不及复合就被反偏 PN 结收集而形成很大的反向电流。反
2、向电流结收集而形成很大的反向电流。反向电流的大小取决于正偏的大小取决于正偏 PN 结偏压的大小。结偏压的大小。通过改变正偏通过改变正偏通过改变正偏通过改变正偏 PNPN 结的偏结的偏结的偏结的偏压来控制其附近反偏压来控制其附近反偏压来控制其附近反偏压来控制其附近反偏 PNPN 结的电流的方法称为结的电流的方法称为结的电流的方法称为结的电流的方法称为 双极晶体管效应双极晶体管效应双极晶体管效应双极晶体管效应，由此发明的双极结型晶体管获得了由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖诺贝尔物理奖。双极型晶体管双极型晶体管有两种基本结构：有两种基本结构：PNP 型和型和 NPN
3、 型，其型，其结构结构示意图和在电路图中的符号如下。示意图和在电路图中的符号如下。NNNPPPEEEEBBBBCCCC3.1.1 3.1.1 双极结型晶体管的结构双极结型晶体管的结构双极结型晶体管的结构双极结型晶体管的结构 双极结型晶体管双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor)简称为双极简称为双极型晶体管，或晶体管。型晶体管，或晶体管。均匀基区晶体管：均匀基区晶体管：均匀基区晶体管：均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要作扩散运动，又称为作扩散运动，又称为 扩散晶体管扩散晶体管扩散晶体管扩散晶体管。缓变基区晶体管：缓
4、变基区晶体管：缓变基区晶体管：缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管漂移晶体管漂移晶体管漂移晶体管。PN+N0 xjcxjeNE(x)NB(x)NCx0 xjcxje 加在各加在各 PN 结上的电压为结上的电压为PNP 管，管，NPN 管，管，根据两个结上电压的正负，晶体管有根据两个结上电压的正负，晶体管有 4 种工作状态，种工作状态，E 结结 工作状态工作状态放大状态，用于模拟电路放大状态，用于模拟电路饱和状态，用于数字电路饱和状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路倒
5、向放大状态倒向放大状态C 结结 3.1.2 3.1.2 偏压与工作状态偏压与工作状态偏压与工作状态偏压与工作状态 均匀基区晶体管在均匀基区晶体管在 4 种工作状态下的少子分布图种工作状态下的少子分布图放大状态：放大状态：饱和状态：饱和状态：截止状态：截止状态：倒向放大状态：倒向放大状态：3.1.3 3.1.3 少子浓度分布与能带图少子浓度分布与能带图少子浓度分布与能带图少子浓度分布与能带图 均匀基区均匀基区 NPN 晶体管在平衡状态下的能带图晶体管在平衡状态下的能带图ECEFEVNNP 均匀基区均匀基区 NPN 晶体管在晶体管在 4 种工作状态下的能带图种工作状态下的能带图放大状态：放大状态：
6、饱和状态：饱和状态：截止状态：截止状态：倒向放大状态：倒向放大状态：3.1.4 3.1.4 晶体管的放大作用晶体管的放大作用晶体管的放大作用晶体管的放大作用 晶体管放大电路有两种基本类型：晶体管放大电路有两种基本类型：共基极接法共基极接法共基极接法共基极接法 与与与与 共发射极共发射极共发射极共发射极接法接法接法接法。BECBPNPNENBNCIEIBICECBNPIEIBPENENBNCIC 为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下 PN 结中的结中的正向电流。正向电流。VP区区N区区0 以以 PNP 管为例。忽略势垒区产生复合电流，管为例。忽略势
7、垒区产生复合电流，处于放大状态处于放大状态的晶体管内部的各电流成分如下图所示，的晶体管内部的各电流成分如下图所示，从从 IE 到到 IC ，发生了两部分亏损：发生了两部分亏损：InE 与与 Inr 。要减小要减小 InE，就应使就应使 NE NB；要减小要减小 Inr，就应使就应使 WB LB。定义：定义：定义：定义：发射结正偏，集电结零偏时的发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与与 IE 之比，称为之比，称为共基极直流短路电流放大系数共基极直流短路电流放大系数共基极直流短路电流放大系数共基极直流短路电流放大系数，记为，记为 ，即：即：定义：定义：定义：定义：发射结正偏，集电结反偏时的发射结正偏
8、，集电结反偏时的 IC 与与 IE 之比，称为之比，称为共基极静态电流放大系数共基极静态电流放大系数共基极静态电流放大系数共基极静态电流放大系数，记为，记为 h hFBFB，即：即：定义：定义：定义：定义：发射结正偏，集电结零偏时的发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与与 IB 之比，称为之比，称为共发射极直流短路电流放大系数共发射极直流短路电流放大系数共发射极直流短路电流放大系数共发射极直流短路电流放大系数，记为，记为 ，即：即：定义：定义：定义：定义：发射结正偏，集电结反偏时的发射结正偏，集电结反偏时的 IC 与与 IB 之比，称为之比，称为共发射极静态电流放大系数共发射极静态电流放大系数共
9、发射极静态电流放大系数共发射极静态电流放大系数，记为，记为 h hFEFE ，即：即：与与 hFB以及以及 与与 hFE 在在数值上几乎没有什么区别，但是若数值上几乎没有什么区别，但是若采用采用 与与 的定义，则无论对的定义，则无论对 与与 本身的推导还是对晶体管本身的推导还是对晶体管直流电流电压方程的推导，都要更方便一些，所以本书只讨论直流电流电压方程的推导，都要更方便一些，所以本书只讨论 与与 。根据晶体管端电流之间的关系：根据晶体管端电流之间的关系：IB=IE-I C，及及 与与 的的定义，可得定义，可得 与与 之间的关系为之间的关系为 对于一般的晶体管，对于一般的晶体管，=0.950 0.995，=20 200。除了上面两种直流电流放大系数外，还有除了上面两种直流电流放大系数外，还有 直流小信号电流直流小信号电流直流小信号电流直流小信号电流放大系数放大系数放大系数放大系数（也称为（也称为 增量电流放大系数增量电流放大系数增量电流放大系数增量电流放大系数）和）和 高频小信号电流放大高频小信号电流放大高频小信号电流放大高频小信号电流放大系数系数系数系数。直流小信号电流放大系数的定义是。直流小信号电流放大系数的定义是