雙極性晶體管講義.ppt

1、雙極性電晶體(Bjt)、第三章雙極性電晶體、第三章雙極性電晶體工作原理3.2元件分布和直流特性3.3低頻共同基流增益3.4鄭智薰理想效果3.5等效電路模型3.6頻率特性3.7大信號(hào)開(kāi)關(guān)特性3.8其他雙極性電晶體結(jié)構(gòu)、被動(dòng)Active Device(活動(dòng)設(shè)備):操作需要外部能源源的設(shè)備，具有一個(gè)或多個(gè)輸出，是輸入信號(hào)的函數(shù)之一。例如：雙極電晶體，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)電晶體，結(jié)場(chǎng)效應(yīng)電晶體原理：器件兩端施加電壓，控制第三端電流，電晶體誕生，1947年十二月23日，美國(guó)物理學(xué)家肖克萊(WShockley)和布拉頓(bartin)著名的貝爾實(shí)驗(yàn)室1956年，貝爾物理獎(jiǎng)金，第一晶體管表面積2cm2(阿

2、爾伯特愛(ài)因斯坦，Northern Exposure美國(guó)電視電視劇，)電流表的指示清楚地表明，他們獲得了一種起放大作用的新電子設(shè)備！布拉頓和巴丁興奮地大喊大叫。布拉頓在筆記本上寫(xiě)道：“電壓增益100，功率增益40實(shí)驗(yàn)演示日1947年十二月二十三日下午?！弊鳛樽C人，肖克萊鄭重簽署了牙齒筆記本。1948年，肖克萊發(fā)明了“結(jié)電晶體”。1948年七月一日，美國(guó)紐約時(shí)報(bào)簡(jiǎn)要公開(kāi)了貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明電晶體的消息，僅用8句篇幅?！耙皇て鹎永恕本拖癯林氐陌跽◤椧粯?，在全球電子行業(yè)引爆了強(qiáng)大的沖擊波。電子計(jì)算機(jī)終于將大步進(jìn)入第二代門(mén)檻！1954年，貝爾實(shí)驗(yàn)室使用800個(gè)電晶體組裝成功。人類(lèi)歷史上第一個(gè)電晶體電腦t

3、rady，3.1雙極電晶體工作原理，3.1雙極電晶體工作原理，均勻基礎(chǔ)：器件擴(kuò)散電晶體通便基礎(chǔ)：擴(kuò)散漂移漂移晶體管合金晶體管：銦球N型鍺銦球，熔化-冷卻-析出形成分布均勻平面擴(kuò)散晶體管n=ns eexp(-x2/le2)-ns bexp(-x2/Lb2)NC le 2=4 dete，de的擴(kuò)散系數(shù)，te擴(kuò)散時(shí)間Lb2=4Dbtb，Db硼擴(kuò)散系數(shù)3.希望盡可能多的電子能到達(dá)聚集區(qū)，不與基底區(qū)的多邊空穴復(fù)合，因?yàn)?.1.1基本工作原理，偏置正向源模式下npn的器件分布，3.1陽(yáng)極型電晶體工作原理，3.1.2電晶體電流的簡(jiǎn)化表示，理想情況，沒(méi)有復(fù)合，3.1陽(yáng)極型電晶體工作原理，3.1.2電晶體電流的

4、簡(jiǎn)化表示，集電極電流：假設(shè)：基本電子線(xiàn)性分布集電極電流由擴(kuò)散電流結(jié)論：集電極電流由基極和發(fā)射極之間的電壓控制。這就是電晶體工作原理發(fā)射極電流：1由從發(fā)射口注入基座的電子電流(iE1)形成；第二，底座的多邊空穴越過(guò)B-E結(jié)，注入發(fā)射區(qū)(iE2)。此外，正弦，表示形式是IE1，3.1.2電晶體電流的簡(jiǎn)化表示，另一種是基態(tài)因此，基準(zhǔn)電流與exp(VBE/Vt)成正比。3.1雙極電晶體工作原理，3.1.3工作模式，pn結(jié)電壓大于0且為正數(shù)。反向偏轉(zhuǎn)4茄子操作模式(npn):正向活動(dòng)：Vbe0、Vbc0、Vbc0反向活動(dòng)：Vbe0關(guān)閉：Vbe0、Vbc0、VCC=ICRC VCB0 VBE=VR VCE

5、當(dāng)VCC足夠大時(shí)增加IC、3.1雙極電晶體工作原理、3.1雙極電晶體工作原理、3.1.3雙極電晶體放大電路、雙極電晶體和其他組件連接、電壓放大和電流放大、3.2器件分布、正向主動(dòng)工作npn設(shè)備的電流計(jì)算方法？電晶體電流元件擴(kuò)散電流元件分布？本書(shū)重要符號(hào)： NE，NB，NC發(fā)射區(qū)域，基本區(qū)域，集電區(qū)域的摻雜濃度xE，XB，xC傳記中性發(fā)射區(qū)域，基本區(qū)域，集電區(qū)域的寬度DE，DB，DC發(fā)射區(qū)域，基本區(qū)域，集電區(qū)域的器件擴(kuò)散系數(shù)LE，LB 其面積相同，電流垂直結(jié)平面外電壓均落在空戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)，勢(shì)壁壘外沒(méi)有電場(chǎng)，因此漂移電流e，c區(qū)長(zhǎng)度器件L，器件濃度為指數(shù)分布(x) Xm器件L，忽略勢(shì)壁壘復(fù)合物，生成小

6、注入條件，不考慮基本表面復(fù)合物，不考慮3.2器件分布。 式10.15b簡(jiǎn)化，3.2元件分布，發(fā)射區(qū)空穴濃度分布，集電區(qū)空穴濃度分布，相同，3.2元件分布，其他工作模式的元件分布？截止區(qū)域飽和區(qū)域反向活動(dòng)，3.2.2其他操作模式，3.2元件分布，2 .電流密度分布(假定勢(shì)壁壘外沒(méi)有電場(chǎng)，只考慮擴(kuò)散電流)，基本區(qū)域電子擴(kuò)散電流X=0，發(fā)射結(jié)電子電流必須達(dá)到X=Wb 3.2元件分布，3 .電晶體直流電流-電壓基本方程式、E極總電流=電子電流共流血電流、C極總電流=C區(qū)電子電流共流血電流(忽略C接頭勢(shì)屏障生成電流)、3.2元件分布、2萬(wàn)變基準(zhǔn)電晶體(npn范例)、1基本雜質(zhì)指數(shù)分布BJT的基本區(qū)域漂移

7、系數(shù)、2非平衡元件分布和電流密度，從運(yùn)輸方程開(kāi)始，尋找非平衡元件密度NPB(X)，邊界條件利用jnB，3.2元件分布，a .基本區(qū)域電子分布，擴(kuò)散電流增加，漂移電流減少，其他(=0是均勻基本區(qū)域)的基本區(qū)域電子歸一化濃度分布曲線(xiàn)如圖所示。大的情況下，基本區(qū)域雜質(zhì)指數(shù)分布，其中電場(chǎng)系數(shù)，圖2-15顯示了實(shí)際外延平面電晶體、不同工作電壓下雜質(zhì)分布和電場(chǎng)分布計(jì)算結(jié)果。3.2元件分布，3.2元件分布，d .基底區(qū)通過(guò)時(shí)間，3 .中坪發(fā)射區(qū)，禁止寬度變小，有效摻雜濃度降低，3.2元件分布，3.3低頻共同基極電流增益，3.3.1有用因素3.3低頻共同基極電流增益，3.3低頻共同基極電流增益(b)共同發(fā)射極

8、連接方法，共同發(fā)射極短路電流放大系數(shù)，大于1，通常介于20200之間，3.3低頻共同基本電流增益，(c)共同集電極連接方法，電流放大系數(shù)發(fā)射效率(注入效率)基本區(qū)域運(yùn)輸系數(shù)，3.3低頻共同基本電流增益，直流電流增益Dx層中的雜質(zhì)均勻分布，電阻率為3.3低頻共同基本電流增益，dx層塊電阻厚度Wb的薄層電阻Rb具有大量dx薄膜電阻并行，因此發(fā)射區(qū)域，3.3低頻共同基本電流增益，Rb計(jì)算方法：測(cè)量，高斯分布，替換，替換b .基底區(qū)運(yùn)輸系數(shù)(npn管)，替換3.3低頻共同紀(jì)寧電流增益，c .基本區(qū)域有效寬度隨集電結(jié)偏置變化的現(xiàn)象稱(chēng)為基本區(qū)域?qū)挾炔苷餍Ч?厄爾利效應(yīng))，3.4.1基本區(qū)域?qū)挾茸兓Ч?/p>

9、爾利電壓是基本區(qū)域?qū)挾炔苷餍Ч麑?duì)電流放大系數(shù)的影響，均勻基本區(qū)域NPN電晶體，非均勻基本區(qū)域電晶體，集電結(jié)是線(xiàn)性平緩，無(wú)寬度變化效果3.4鄭智薰理想效果，3.4.2大注入效果，基本區(qū)域電導(dǎo)調(diào)制效果(npn管)，小注入時(shí)基本區(qū)域電阻率：大注入時(shí)基本區(qū)域電阻率(受N影響):大注入時(shí)基本區(qū)域電阻率B隨注入電子濃度N牙齒的增加而減小。均勻基本區(qū)域情況：大注入N P結(jié)，E區(qū)注入電子形成電流到基本區(qū)域，等于Dnb增加了一倍。3.4鄭智薰理想效果，3.4.3有效基本擴(kuò)展效果，均勻基本區(qū)域電晶體，傳記中性條件，大電流，霍爾注入使左側(cè)向右，右側(cè)向左=向右，右側(cè)，小注入勢(shì)擋墻寬度，3.4鄭智薰理想效果，結(jié)論：(1

10、) pND，pND，(3)市，3.4鄭智薰理想效果，3.4.4發(fā)射區(qū)中的摻雜效果(禁止發(fā)射區(qū)狹窄)，發(fā)射區(qū)過(guò)重?fù)诫s不僅不能提高發(fā)射效率，還會(huì)降低發(fā)射效率，形成雜質(zhì)帶尾，金帶變窄，本井載流子濃度和帶隙寬度直接相關(guān)，發(fā)射* oshe復(fù)合3.4鄭智薰理想效果，3.4鄭智薰效果，發(fā)射區(qū)有效寬度是薄層dy，IB(y)的dy壓降：3.4鄭智薰理想效果，電流連續(xù)原理，兩者整理后，牙齒二次常微分方程，3.4鄭智薰理想效果，可指定電流的Y方向分布，可指定電流的Y方向分布如果e極太長(zhǎng)，那么結(jié)束電流0就沒(méi)有意義了。定義：在傳記極端中，與根電位差=kTq相對(duì)應(yīng)的發(fā)射極長(zhǎng)度為有效長(zhǎng)度(Leff)，3.4鄭智薰理想效果，發(fā)射極有效長(zhǎng)度(相應(yīng)的條形)，發(fā)射極等效電阻，N個(gè)E極，每個(gè)電流為條形方向壓降：B之間的反向擊穿電壓：發(fā)射極開(kāi)放時(shí)為c屈服電壓的定義。3.4鄭智薰理想效果，2 .影響擊穿電壓的因素及其關(guān)系時(shí)，渡邊杏片面追求，應(yīng)考慮?？勺兏苷鳎?.4鄭智薰理想效果，平面管：如圖所示，E區(qū)電位隨C區(qū)電位的增加而上升，EB節(jié)點(diǎn)為線(xiàn)性變寬收集器