雙極型晶體管簡介和飽和狀態(tài)說明

1、雙極型晶體管（BJT）簡介 雙極性晶體管（BJT）是利用其中兩個端子之間的電流控制第三端的電流。通過這種方式，這個三端器件可以用來實現(xiàn)受控源。通過利用控制信號使第三端的電流從0變化到一個較大的值。 1948年，BJT在貝爾實驗室被發(fā)現(xiàn)，它開創(chuàng)了固體電路的新紀元，也促使了電子學(xué)改變了人們的工作和生活方式。BJT的出現(xiàn)也導(dǎo)致了信息技術(shù)的統(tǒng)治地位以及知識經(jīng)濟的出現(xiàn)。 在出現(xiàn)后的30年間，雙極性晶體管是分立器件集成電路設(shè)計者的首選器件。簡介 直到20世紀70年代到80年代，MOSFET才逐漸成為BJT的有力競爭者。目前， MOSFET毫無疑問是應(yīng)用最廣泛的電子器件，CMOS技術(shù)是集成電路設(shè)計的首選技術(shù)

2、。然而，BJT仍然是一個重要的器件，并在某些應(yīng)用中具有一定的優(yōu)勢。如在汽車電子儀器中，利用了BJT在惡劣環(huán)境下的高可靠性。 BJT目前在分立元件電路設(shè)計中非常普及。簡介 在很多的模擬電路應(yīng)用中，BJT仍然是一個深受人們喜愛的器件，特別在超高頻應(yīng)用中，如無線系統(tǒng)中的射頻電路（RF）。另外，現(xiàn)在也仍然在使用基于雙極性晶體管的超高速數(shù)字邏輯電路，即射極耦合邏輯（ECL）。 雙極型晶體管還可以和MOSFET結(jié)合起來創(chuàng)建一種新的電路，這種電路利用了MOSFET的高輸入阻抗和低功耗的優(yōu)點以及雙極型晶體管的超高頻性能和大電流驅(qū)動能力的優(yōu)點，這種技術(shù)稱為BiMOS或BiCMOS，目前獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。

3、晶體管的四個工作模式比較晶體管的四個工作模式比較發(fā)射結(jié)正向偏置且發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置集電結(jié)反向偏置模式模式外部條件外部條件特點特點截止截止發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓且集電結(jié)反偏壓且集電結(jié)反偏放大放大飽和飽和發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置向偏置 反向放大反向放大發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏正偏晶體管作為放大器工作晶體管作為放大器工作在放大模式在放大模式開關(guān)應(yīng)用開關(guān)應(yīng)用開關(guān)應(yīng)用開關(guān)應(yīng)用應(yīng)用范圍有限但概念重應(yīng)用范圍有限但概念重要要放大狀態(tài)下電流組成（不考慮少子擴散形成的電流）注入電子注入電子擴散電子擴散電子收集電子收集電子復(fù)合電子復(fù)合電子注入空穴注入

4、空穴發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)集電區(qū)集電區(qū)發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏少子引起的漂移電流通常很小，可以忽略。少子引起的漂移電流通常很小，可以忽略。在雙極型晶體管中，兩種極性的載流子（空穴和電子）在雙極型晶體管中，兩種極性的載流子（空穴和電子）都參與電流的傳導(dǎo)過程，所以稱為雙極型。都參與電流的傳導(dǎo)過程，所以稱為雙極型。放大狀態(tài)下特點 只要集電結(jié)正偏，就能形成集電極電流，而且電流的大小和集電結(jié)電壓的大小無關(guān)。 集電極電流和基區(qū)的寬度成反比，和發(fā)射結(jié)的面積成正比。 共射直流電流放大系數(shù)和基區(qū)寬度以及基區(qū)和發(fā)射區(qū)的相對摻雜比有關(guān)，為了得到較大的值，基區(qū)必須薄而且是低摻雜，發(fā)射區(qū)要重摻雜。晶體管結(jié)

5、構(gòu)E EB BC CN NP PN N不同區(qū)的寬度和摻雜濃度都不相同，因此不同區(qū)的寬度和摻雜濃度都不相同，因此BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是不對稱的。如果發(fā)射極和集電極交換的話，性能將是不對稱的。如果發(fā)射極和集電極交換的話，性能將出現(xiàn)很大的變化。出現(xiàn)很大的變化。C CB BE EN NP PN NE和C極交換后的BJT如圖所示，如果工作在放大狀態(tài)，為區(qū)分，將此時的和記為R和R， R和R之間的關(guān)系不變，但遠小于正向模式下的值。 R的典型范圍為0.01到0.5， R相應(yīng)的范圍為0.01到1。（決定了飽和的特點）飽和模式 通常認為，滿足正向放大的條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，即：UCB0。而在實際中，只有P

6、N結(jié)兩端的正向電壓超過0.4V時，才能稱為有效的正向偏置。因此，只有當UCB-0.4V，晶體管才從放大狀態(tài)轉(zhuǎn)為飽和狀態(tài)，如圖所示。飽和模式 在放大狀態(tài)，集電結(jié)電壓的大小和集電結(jié)電流的大小無關(guān)。當集電極的電壓逐漸降低，即集電結(jié)正偏，集電極電流會逐步減小。 主要原因是集電結(jié)正偏，集電區(qū)多子（對于NPN型BJT，為電子）擴散產(chǎn)生擴散電流，這部分電流和發(fā)射區(qū)多子（對于NPN型BJT，也為電子）形成的擴散電流方向相反，當集電結(jié)正偏電壓超過0.4V后，集電區(qū)多子形成的擴散電流越來越大，造成集電極電流變小。 1()BCTUUCESRiIIe發(fā)射結(jié)正偏電流發(fā)射結(jié)正偏電流集電結(jié)正偏電流集電結(jié)正偏電流 由于集電結(jié)的結(jié)面積遠大于發(fā)射結(jié)結(jié)面積，在相同正偏電壓條件下，集電區(qū)的擴散電流遠大于發(fā)射區(qū)形成的擴散電流。 當電流iC減小到0時，此時uBC將小于uBE ，從而導(dǎo)致飽和區(qū)集電結(jié)電壓為0.1V到0.3V。如上圖所示。飽和電壓UCEsat和飽和電阻RCEsat工作在飽和區(qū)BJT的特點：1、電流ICsat小于IB ，由實際電路決定。2、飽和區(qū)的iCUCE曲線很陡峭，說明飽和