晶體管的直流特性ppt課件

1、 晶體管（半導(dǎo)體三極管）是由兩個(gè)晶體管（半導(dǎo)體三極管）是由兩個(gè)P-N結(jié)構(gòu)成結(jié)構(gòu)成的三端器件。由于兩個(gè)的三端器件。由于兩個(gè)P-N結(jié)靠得很近，其結(jié)靠得很近，其具有放具有放大電信號(hào)的能力大電信號(hào)的能力，因此在電子電路中獲得了比半導(dǎo)，因此在電子電路中獲得了比半導(dǎo)體二極管更體二極管更廣泛的應(yīng)用廣泛的應(yīng)用。（半導(dǎo)體二極管由一個(gè)。（半導(dǎo)體二極管由一個(gè)P-N結(jié)構(gòu)成，利用結(jié)構(gòu)成，利用P-N結(jié)的單向?qū)щ娦?，二極管在整結(jié)的單向?qū)щ娦?，二極管在整流、檢波等方面獲得了廣泛應(yīng)用。）本章將在流、檢波等方面獲得了廣泛應(yīng)用。）本章將在P-N結(jié)理論的基礎(chǔ)上，討論晶體管的基本結(jié)構(gòu)、放大作結(jié)理論的基礎(chǔ)上，討論晶體管的基本結(jié)構(gòu)、放大作

2、用以及其他一些特性，如反向電流、擊穿電壓、基用以及其他一些特性，如反向電流、擊穿電壓、基極電阻等。極電阻等。3.1 概述概述 晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為晶體管的種類很多，按使用的要求，一般分為低低頻管頻管和和高頻管高頻管，小功率管小功率管和和大功率管大功率管，高反壓管高反壓管和和開開關(guān)管關(guān)管等等。等等。 但從基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，它們都由兩個(gè)十分靠近的，但從基本結(jié)構(gòu)來(lái)看，它們都由兩個(gè)十分靠近的，分別稱為分別稱為發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)和和集電結(jié)集電結(jié)的的P-N結(jié)組成。結(jié)組成。 兩個(gè)兩個(gè)P-N結(jié)將晶體管劃分為三個(gè)區(qū)：結(jié)將晶體管劃分為三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)基區(qū)和和集電區(qū)集電區(qū)。由三個(gè)區(qū)引出的電極分別

3、稱為。由三個(gè)區(qū)引出的電極分別稱為發(fā)射極發(fā)射極、基基極極和和集電極集電極，用符號(hào)，用符號(hào)E、B、C（e、b、c）表示。）表示。 晶體管的基本形式可分為晶體管的基本形式可分為PNP型型和和NPN型型兩種。兩種。 合金管是早期發(fā)展起來(lái)的晶體管。其結(jié)構(gòu)是在合金管是早期發(fā)展起來(lái)的晶體管。其結(jié)構(gòu)是在N型型鍺片上，一邊放受主雜質(zhì)銦鎵球，另一邊放銦球，加熱鍺片上，一邊放受主雜質(zhì)銦鎵球，另一邊放銦球，加熱形成液態(tài)合金后，再慢慢冷卻。冷卻時(shí)，鍺在銦中的溶形成液態(tài)合金后，再慢慢冷卻。冷卻時(shí)，鍺在銦中的溶解度降低，析出的鍺將在晶片上再結(jié)晶。再結(jié)晶區(qū)中含解度降低，析出的鍺將在晶片上再結(jié)晶。再結(jié)晶區(qū)中含大量的銦鎵而形成大

4、量的銦鎵而形成P型半導(dǎo)體，從而形成型半導(dǎo)體，從而形成PNP結(jié)構(gòu)，如結(jié)構(gòu)，如圖所示。圖中圖所示。圖中Wb為基區(qū)寬度，為基區(qū)寬度，Xje和和Xjc分別為發(fā)射結(jié)和分別為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的結(jié)深。集電結(jié)的結(jié)深。 合金結(jié)的雜質(zhì)分布特點(diǎn)是：合金結(jié)的雜質(zhì)分布特點(diǎn)是：三個(gè)區(qū)的雜質(zhì)分布近似三個(gè)區(qū)的雜質(zhì)分布近似為均勻分布，基區(qū)的雜質(zhì)濃度最低，且兩個(gè)為均勻分布，基區(qū)的雜質(zhì)濃度最低，且兩個(gè)P-N結(jié)都是結(jié)都是突變結(jié)。突變結(jié)。 合金結(jié)的主要缺點(diǎn)是合金結(jié)的主要缺點(diǎn)是基區(qū)較寬基區(qū)較寬，一般只能做到，一般只能做到10微微米左右。因此米左右。因此頻率特性較差頻率特性較差，只能用于，只能用于低頻區(qū)低頻區(qū)。 在高濃度的在高濃度的N+襯襯

5、底底上，生長(zhǎng)一層上，生長(zhǎng)一層N型的型的外延外延層，再在外延層上層，再在外延層上用用硼擴(kuò)散制作硼擴(kuò)散制作P區(qū)區(qū)，后，后在在P區(qū)上用區(qū)上用磷擴(kuò)散形成磷擴(kuò)散形成一個(gè)一個(gè)N+區(qū)區(qū)。 其結(jié)構(gòu)是一個(gè)其結(jié)構(gòu)是一個(gè)NPN型的型的三層式結(jié)構(gòu)三層式結(jié)構(gòu)，上面，上面的的N+區(qū)是發(fā)射區(qū)，中間區(qū)是發(fā)射區(qū)，中間的的P區(qū)是基區(qū)，底下的區(qū)是基區(qū)，底下的N區(qū)是集電區(qū)。區(qū)是集電區(qū)。 平面晶體管的發(fā)平面晶體管的發(fā)射區(qū)和基區(qū)是用雜質(zhì)射區(qū)和基區(qū)是用雜質(zhì)擴(kuò)散擴(kuò)散的方法制造得到的方法制造得到的，所以在平面管的的，所以在平面管的三層結(jié)構(gòu)即三個(gè)區(qū)域三層結(jié)構(gòu)即三個(gè)區(qū)域的雜質(zhì)分布是的雜質(zhì)分布是不均勻不均勻的。的。 其雜質(zhì)分布可根其雜質(zhì)分布可根據(jù)擴(kuò)

6、散工藝推算出來(lái)，據(jù)擴(kuò)散工藝推算出來(lái)，如圖所示。如圖所示。 晶體管的基區(qū)雜質(zhì)分布有兩種形式：晶體管的基區(qū)雜質(zhì)分布有兩種形式：均勻分布（如合金管），稱為均勻分布（如合金管），稱為均勻基區(qū)晶體管均勻基區(qū)晶體管。均。均勻基區(qū)晶體管中，載流子在基區(qū)內(nèi)的傳輸主要靠擴(kuò)散勻基區(qū)晶體管中，載流子在基區(qū)內(nèi)的傳輸主要靠擴(kuò)散進(jìn)行，故又稱為進(jìn)行，故又稱為擴(kuò)散型晶體管擴(kuò)散型晶體管。基區(qū)雜質(zhì)是緩變的（如平面管），稱為基區(qū)雜質(zhì)是緩變的（如平面管），稱為緩變基區(qū)晶緩變基區(qū)晶體管體管。這類晶體管的基區(qū)存在自建電場(chǎng)，載流子在基。這類晶體管的基區(qū)存在自建電場(chǎng)，載流子在基區(qū)內(nèi)除了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，還存在漂移運(yùn)動(dòng)，而且往往以區(qū)內(nèi)除了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外

7、，還存在漂移運(yùn)動(dòng)，而且往往以漂移運(yùn)動(dòng)為主。所以又稱為漂移運(yùn)動(dòng)為主。所以又稱為漂移型晶體管漂移型晶體管。晶體管中載流子濃度分布及傳輸晶體管中載流子濃度分布及傳輸 設(shè)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的雜質(zhì)皆為均勻分布，設(shè)發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的雜質(zhì)皆為均勻分布，分別用分別用NE、NB、NC表示，且表示，且NE遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于 NB大于大于NC。VDE 發(fā)射結(jié)的接觸電勢(shì)差發(fā)射結(jié)的接觸電勢(shì)差VDC 集電結(jié)的接觸電勢(shì)差集電結(jié)的接觸電勢(shì)差由于平衡時(shí)費(fèi)米能級(jí)處處相等，因而基區(qū)相對(duì)由于平衡時(shí)費(fèi)米能級(jí)處處相等，因而基區(qū)相對(duì)于發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別上移于發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別上移qVDE和和qVDC。當(dāng)晶體管作為放大運(yùn)用時(shí)當(dāng)晶體管作為放大

8、運(yùn)用時(shí)發(fā)射結(jié)加正向偏壓發(fā)射結(jié)加正向偏壓VE集電結(jié)加反向偏壓集電結(jié)加反向偏壓VC發(fā)射結(jié)勢(shì)壘由原來(lái)的發(fā)射結(jié)勢(shì)壘由原來(lái)的qVDE下降下降為為q(VDE-VE)集電結(jié)勢(shì)壘由集電結(jié)勢(shì)壘由qVDC升高升高到到q(VDC+VC)NPN晶體管作為放大應(yīng)用時(shí)，少數(shù)載流子濃度分布示意圖晶體管作為放大應(yīng)用時(shí)，少數(shù)載流子濃度分布示意圖 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)將向基區(qū)注入非平衡少子。，發(fā)射區(qū)將向基區(qū)注入非平衡少子。注入的少子在基區(qū)邊界積累，并向基區(qū)體內(nèi)擴(kuò)散。邊注入的少子在基區(qū)邊界積累，并向基區(qū)體內(nèi)擴(kuò)散。邊擴(kuò)散，便復(fù)合，最后形成一穩(wěn)定分布，記作擴(kuò)散，便復(fù)合，最后形成一穩(wěn)定分布，記作nB(x)。同。同樣，基區(qū)也向發(fā)射

9、區(qū)注入空穴，并形成一定的分布，樣，基區(qū)也向發(fā)射區(qū)注入空穴，并形成一定的分布，記作記作pE(x)。 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏，集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)對(duì)載流子起抽取作用。，集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)對(duì)載流子起抽取作用。當(dāng)反向偏壓足夠高時(shí)，在基區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到當(dāng)反向偏壓足夠高時(shí)，在基區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)XmC的電子，都被勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)拉向集電的電子，都被勢(shì)壘區(qū)電場(chǎng)拉向集電區(qū)。因此，勢(shì)壘區(qū)邊界區(qū)。因此，勢(shì)壘區(qū)邊界X3處少子濃度下降為零；同樣，處少子濃度下降為零；同樣，在集電區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到在集電區(qū)一邊，凡是能夠擴(kuò)散到XmC的空穴，也被電的空穴，也被電場(chǎng)拉向基區(qū)，在場(chǎng)拉向基區(qū)，在X4處少子濃度也下

10、降為零，其少子濃處少子濃度也下降為零，其少子濃度分布為度分布為pC(x)。晶體管中的載流子傳輸示意圖晶體管中的載流子傳輸示意圖 因發(fā)射結(jié)正偏，大量電子從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)，因發(fā)射結(jié)正偏，大量電子從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)，形成電子電流形成電子電流InE。如基區(qū)很薄，大部分電子都能通。如基區(qū)很薄，大部分電子都能通過擴(kuò)散到達(dá)集電結(jié)邊界，并被集電極收集，形成集過擴(kuò)散到達(dá)集電結(jié)邊界，并被集電極收集，形成集電極電子電流電極電子電流InC。由于通過基區(qū)的電子是非平衡載。由于通過基區(qū)的電子是非平衡載流子，因此在基區(qū)中，電子將一邊擴(kuò)散，一邊和基流子，因此在基區(qū)中，電子將一邊擴(kuò)散，一邊和基區(qū)中的空穴復(fù)合，形成體復(fù)合電流區(qū)

11、中的空穴復(fù)合，形成體復(fù)合電流IVR。顯然，體復(fù)。顯然，體復(fù)合電流是垂直于電子電流流動(dòng)方向的多數(shù)載流子電合電流是垂直于電子電流流動(dòng)方向的多數(shù)載流子電流。同時(shí)，基區(qū)也向發(fā)射區(qū)注入空穴，形成發(fā)射結(jié)流。同時(shí)，基區(qū)也向發(fā)射區(qū)注入空穴，形成發(fā)射結(jié)的反注入空穴電流的反注入空穴電流IpE。這股空穴電流在發(fā)射區(qū)內(nèi)邊。這股空穴電流在發(fā)射區(qū)內(nèi)邊擴(kuò)散邊復(fù)合，經(jīng)過擴(kuò)散長(zhǎng)度擴(kuò)散邊復(fù)合，經(jīng)過擴(kuò)散長(zhǎng)度LpE后基本復(fù)合消失，轉(zhuǎn)后基本復(fù)合消失，轉(zhuǎn)換成電子電流。另外，在集電結(jié)處還有一股反向飽換成電子電流。另外，在集電結(jié)處還有一股反向飽和電流和電流ICB0。 綜上所述可知，通過發(fā)射結(jié)有兩股電流，綜上所述可知，通過發(fā)射結(jié)有兩股電流，即

12、即InE和和IPe，所以，所以， 發(fā)射極電流發(fā)射極電流 IE=InE+IpE 通過集電結(jié)也有兩股電流通過集電結(jié)也有兩股電流InC和和ICB0， 集電結(jié)電流集電結(jié)電流 IC=InC+ICB0 通過基極有三股電流，即通過基極有三股電流，即IpE、IVR和和ICB0，因而因而 基極電流基極電流 IB=IpE+IVR-ICB0 根據(jù)電流的連續(xù)性，應(yīng)有根據(jù)電流的連續(xù)性，應(yīng)有 IE=IB+IC 對(duì)于對(duì)于NPN晶體管，電子電流是主要成分晶體管，電子電流是主要成分。 電子從發(fā)射極出發(fā)，通過發(fā)射區(qū)到達(dá)發(fā)射電子從發(fā)射極出發(fā)，通過發(fā)射區(qū)到達(dá)發(fā)射結(jié)，由結(jié)，由發(fā)射結(jié)發(fā)射發(fā)射結(jié)發(fā)射到基區(qū)，再由基區(qū)運(yùn)到集電到基區(qū)，再由基區(qū)

13、運(yùn)到集電結(jié)邊界，然后由結(jié)邊界，然后由集電結(jié)收集集電結(jié)收集，流過集電區(qū)到達(dá)，流過集電區(qū)到達(dá)集電極，成為集電極電流。集電極，成為集電極電流。 電子電流在傳輸過程中有電子電流在傳輸過程中有兩次損失兩次損失： 在發(fā)射區(qū)，與從基區(qū)注入過來(lái)的空穴復(fù)在發(fā)射區(qū)，與從基區(qū)注入過來(lái)的空穴復(fù)合損失；合損失； 在基區(qū)體內(nèi)的復(fù)合損失。因此，在基區(qū)體內(nèi)的復(fù)合損失。因此， InCInEIE晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) 集電極輸出電流與發(fā)射極輸入電流之比集電極輸出電流與發(fā)射極輸入電流之比基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù) *晶體管的發(fā)射

14、效率晶體管的發(fā)射效率注入基區(qū)的電子電流注入基區(qū)的電子電流與發(fā)射極電流的比值與發(fā)射極電流的比值到達(dá)集電結(jié)的電子電流到達(dá)集電結(jié)的電子電流與進(jìn)入基區(qū)的電子電流之比與進(jìn)入基區(qū)的電子電流之比如電子在基區(qū)輸運(yùn)過如電子在基區(qū)輸運(yùn)過程中復(fù)合損失很少，程中復(fù)合損失很少，則則InCInE，*1。nEVRnEVRnEnEnC*II1IIIII 減小基區(qū)體內(nèi)復(fù)合電流減小基區(qū)體內(nèi)復(fù)合電流IVR是提高是提高*的有效途徑，的有效途徑，而減小而減小IVR的主要措施是減薄基區(qū)寬度的主要措施是減薄基區(qū)寬度WB，使基區(qū)寬度，使基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子在基區(qū)的擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于少子在基區(qū)的擴(kuò)散長(zhǎng)度LnB，即，即WB遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于LnB。 所以，

15、所以，在晶體管生產(chǎn)中，必須嚴(yán)格控制基區(qū)寬度在晶體管生產(chǎn)中，必須嚴(yán)格控制基區(qū)寬度，從而得到合適的電流放大系數(shù)。若基區(qū)太寬，甚至比基從而得到合適的電流放大系數(shù)。若基區(qū)太寬，甚至比基區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度大得多，則晶體管相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度大得多，則晶體管相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的二極管。發(fā)射結(jié)相當(dāng)于一只正向偏壓二極管，集電結(jié)相二極管。發(fā)射結(jié)相當(dāng)于一只正向偏壓二極管，集電結(jié)相當(dāng)于一只反向偏壓二極管，互不相干。這樣，晶體管就當(dāng)于一只反向偏壓二極管，互不相干。這樣，晶體管就失去放大電流、電壓的能力。失去放大電流、電壓的能力。nEVRnEVRnEnEnC*II1IIIII練習(xí)練習(xí) 簡(jiǎn)述晶體管的結(jié)構(gòu)、基本形式和

16、基區(qū)雜簡(jiǎn)述晶體管的結(jié)構(gòu)、基本形式和基區(qū)雜質(zhì)分布的形式。質(zhì)分布的形式。 提高發(fā)射效率和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的方法是提高發(fā)射效率和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的方法是什么？什么？共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)因?yàn)橐驗(yàn)镮E=IB+IC 當(dāng)當(dāng)=20時(shí)，由上式可以算得時(shí)，由上式可以算得=0.95；=200時(shí)，時(shí)，=0.995。所以，一般晶體。所以，一般晶體管的管的很接近于很接近于1。晶體管的放大作用晶體管的放大作用 晶體管在晶體管在共射極共射極運(yùn)用時(shí)，運(yùn)用時(shí)，IC=IB。由于。由于遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于1，輸入端電流，輸入端電流IB的微小變化，將引起的微小變化，將引起輸出端電流輸出端電流IC較大的變化，因此具有較大的變

17、化，因此具有放大電流放大電流的能力。的能力。 在在共基極共基極運(yùn)用時(shí)，運(yùn)用時(shí)，IC=IE。由于。由于接近于接近于1，當(dāng)輸入端電流當(dāng)輸入端電流IE變化變化IE時(shí)，引起輸出端電流時(shí)，引起輸出端電流IC的變化量的變化量IC小于等于小于等于IE。所以起不到電。所以起不到電流放大作用。但是可以進(jìn)行流放大作用。但是可以進(jìn)行電壓和功率的放大電壓和功率的放大。晶體管具有放大能力，必須具有下面條件晶體管具有放大能力，必須具有下面條件 （1）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比基區(qū)雜質(zhì)濃度高得多，）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度比基區(qū)雜質(zhì)濃度高得多， 即即NE遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于NB，以保證發(fā)射效率，以保證發(fā)射效率1；（2）基區(qū)寬度）基區(qū)寬度WB遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小

18、于LnB， 保證基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)保證基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)*1；（3）發(fā)射結(jié)必須正偏，使）發(fā)射結(jié)必須正偏，使re很?。缓苄?； 集電結(jié)反偏，使集電結(jié)反偏，使rc很大，很大，rc遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于re。晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線 晶體管的特性曲線形象地表示出晶體管晶體管的特性曲線形象地表示出晶體管各電極電流與電壓間的關(guān)系，反映晶體管內(nèi)各電極電流與電壓間的關(guān)系，反映晶體管內(nèi)部所發(fā)生的物理過程，以及晶體管各直流參部所發(fā)生的物理過程，以及晶體管各直流參數(shù)的優(yōu)劣。數(shù)的優(yōu)劣。 所以，在生產(chǎn)過程中常用特性曲線來(lái)判所以，在生產(chǎn)過程中常用特性曲線來(lái)判斷晶體管的質(zhì)量好壞。斷晶體管的質(zhì)量好壞。 晶體管的接法不同，其特性曲線也各不晶

19、體管的接法不同，其特性曲線也各不相同。相同。共基極輸入特性曲線共基極輸入特性曲線 輸出電壓輸出電壓VCB一一定時(shí)，輸入電流與定時(shí)，輸入電流與輸入電壓的關(guān)系曲輸入電壓的關(guān)系曲線，即線，即IEVBE關(guān)系關(guān)系曲線曲線 由于發(fā)射結(jié)正向偏置，所以，由于發(fā)射結(jié)正向偏置，所以，IEVBE輸入特性輸入特性實(shí)際上就是實(shí)際上就是正向正向P-N結(jié)的特性結(jié)的特性，因而，因而IE隨隨VBE指數(shù)增大。指數(shù)增大。 但它與單獨(dú)但它與單獨(dú)P-N結(jié)間存在結(jié)間存在差別差別，這是由于集電結(jié)，這是由于集電結(jié)反向偏置反向偏置VCB影響的結(jié)果。若影響的結(jié)果。若VCB增大，則集電結(jié)的增大，則集電結(jié)的勢(shì)壘變寬，勢(shì)壘區(qū)向基區(qū)擴(kuò)展，這樣就使有效基

20、區(qū)寬勢(shì)壘變寬，勢(shì)壘區(qū)向基區(qū)擴(kuò)展，這樣就使有效基區(qū)寬度隨度隨VCB增加而減?。ㄟ@種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)）。增加而減?。ㄟ@種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬變效應(yīng)）。由于由于WB減小，使少子在基區(qū)的濃度梯度增加，從而減小，使少子在基區(qū)的濃度梯度增加，從而引起發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流引起發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流InE增加，因而發(fā)增加，因而發(fā)射極電流射極電流IE就增大。就增大。 所以，所以，輸入特性曲線隨輸入特性曲線隨VCB增大而左移增大而左移。共射極輸入特性曲線共射極輸入特性曲線 在輸出電壓在輸出電壓VCE一定時(shí)，輸一定時(shí)，輸入端電流入端電流IB與輸與輸入端電壓入端電壓VBE的的關(guān)系曲線，即關(guān)系曲線，即IBVBE

21、曲線。曲線。 綜上所述可知，通過發(fā)射結(jié)有兩股電流，綜上所述可知，通過發(fā)射結(jié)有兩股電流，即即InE和和IPe，所以，所以， 發(fā)射極電流發(fā)射極電流 IE=InE+IpE 通過集電結(jié)也有兩股電流通過集電結(jié)也有兩股電流InC和和ICB0， 集電結(jié)電流集電結(jié)電流 IC=InC+ICB0 通過基極有三股電流，即通過基極有三股電流，即IpE、IVR和和ICB0，因而因而 基極電流基極電流 IB=IpE+IVR-ICB0 根據(jù)電流的連續(xù)性，應(yīng)有根據(jù)電流的連續(xù)性，應(yīng)有 IE=IB+IC 由于發(fā)射結(jié)正偏，如將輸出端短路，由于發(fā)射結(jié)正偏，如將輸出端短路，VCE=0時(shí)，就相當(dāng)于將發(fā)射結(jié)與集電結(jié)兩個(gè)正向時(shí)，就相當(dāng)于將發(fā)

22、射結(jié)與集電結(jié)兩個(gè)正向P-N結(jié)結(jié)并聯(lián)。并聯(lián)。 所以，輸入特性曲線與正向所以，輸入特性曲線與正向P-N結(jié)伏安特性結(jié)伏安特性相似。相似。 當(dāng)集電結(jié)處于反偏時(shí)，由于基區(qū)寬度減小，當(dāng)集電結(jié)處于反偏時(shí)，由于基區(qū)寬度減小，基區(qū)內(nèi)載流子的復(fù)合損失減少，基區(qū)內(nèi)載流子的復(fù)合損失減少，IB也就減少。所也就減少。所以，以，特性曲線隨特性曲線隨VCE的增加而右移的增加而右移。 而且，當(dāng)而且，當(dāng)VBE=0時(shí)，時(shí)，IpE和和IVR都等于零，故都等于零，故IB=-ICBO。因而。因而在在VBE=0處，特性曲線下移至處，特性曲線下移至ICBO。共基極輸出特性曲線共基極輸出特性曲線輸出端電流隨輸出端電流隨輸出電壓變化輸出電壓變化

23、的關(guān)系曲線，的關(guān)系曲線，即即ICVCB關(guān)系關(guān)系曲線。曲線。 當(dāng)當(dāng)IE =0，即發(fā)射結(jié)不發(fā)射載流子時(shí)，輸出電流，即發(fā)射結(jié)不發(fā)射載流子時(shí)，輸出電流IC=ICBO，這時(shí)的輸出特性就是集電結(jié)的反向特性，這時(shí)的輸出特性就是集電結(jié)的反向特性，即圖中最靠近水平坐標(biāo)而且基本上平行于坐標(biāo)軸的即圖中最靠近水平坐標(biāo)而且基本上平行于坐標(biāo)軸的曲線。曲線。 當(dāng)當(dāng)IE0時(shí)，隨著時(shí)，隨著IE的增加，的增加，IC按按IE的規(guī)律增大。的規(guī)律增大。若若IE取不同的數(shù)值，就得到一組基本上互相平行的取不同的數(shù)值，就得到一組基本上互相平行的ICVCB關(guān)系曲線，這就是共基極輸出特性曲線。關(guān)系曲線，這就是共基極輸出特性曲線。共射極輸出特性曲

24、線共射極輸出特性曲線ICVCE關(guān)系曲線關(guān)系曲線 當(dāng)當(dāng)IB=0（基極開路）時(shí)，（基極開路）時(shí)，IC=ICEO。這是因?yàn)楣采?。這是因?yàn)楣采錁O電路的輸出電壓為極電路的輸出電壓為VCE，這個(gè)電壓雖然主要降落在，這個(gè)電壓雖然主要降落在集電結(jié)上，使集電結(jié)反偏，但也有一小部分電壓降落集電結(jié)上，使集電結(jié)反偏，但也有一小部分電壓降落在發(fā)射結(jié)上，使發(fā)射結(jié)正偏。因此共射極電路中，當(dāng)在發(fā)射結(jié)上，使發(fā)射結(jié)正偏。因此共射極電路中，當(dāng)IB=0時(shí)，時(shí)，IE并不為零，這部分發(fā)射極電流輸運(yùn)到集電并不為零，這部分發(fā)射極電流輸運(yùn)到集電極上，使輸出電流極上，使輸出電流ICE0比比ICB0大，這就是圖中下面的第大，這就是圖中下面的第一條

25、曲線。一條曲線。 當(dāng)當(dāng)IB0時(shí)，隨著時(shí)，隨著IB的增加，的增加，IC就按就按IB的規(guī)律增加。的規(guī)律增加。IB取不同的數(shù)值，取不同的數(shù)值，IBVCE關(guān)系就得到一組曲線。關(guān)系就得到一組曲線。3. 平面晶體管的電流放大系數(shù)及影響電流放大系數(shù)的因素平面晶體管的電流放大系數(shù)及影響電流放大系數(shù)的因素平面晶體管的自建電場(chǎng)平面晶體管的自建電場(chǎng) dxxdNxN1qTkEbb0 基區(qū)中某一處基區(qū)中某一處的自建電場(chǎng)的大小的自建電場(chǎng)的大小與該處的雜質(zhì)濃度與該處的雜質(zhì)濃度梯度成正比，與該梯度成正比，與該處的雜質(zhì)濃度成反處的雜質(zhì)濃度成反比。比。平面晶體管的電流密度平面晶體管的電流密度平面晶體管的發(fā)射效率平面晶體管的發(fā)射效

26、率jebbebexW11RR11 R 發(fā)射區(qū)方塊電阻；發(fā)射區(qū)方塊電阻； R基區(qū)方塊電阻基區(qū)方塊電阻方塊電阻：正方形片狀材料的一邊到對(duì)邊所測(cè)得方塊電阻：正方形片狀材料的一邊到對(duì)邊所測(cè)得的歐姆電阻，可由四探針直接測(cè)得。的歐姆電阻，可由四探針直接測(cè)得。 bbbbbWWxRjeejeeneexxNq1R平面晶體管的基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)平面晶體管的基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)2nb2bnbnb2b*4LW1D4W1平面晶體管的電流放大系數(shù)平面晶體管的電流放大系數(shù)2nb2bjebbe*4LW1xW111影響電流放大系數(shù)的因素影響電流放大系數(shù)的因素（1）發(fā)射結(jié)勢(shì)壘復(fù)合對(duì)電流放大系數(shù)的影響）發(fā)射結(jié)勢(shì)壘復(fù)合對(duì)電流放大系數(shù)的影響 當(dāng)考慮

27、發(fā)射結(jié)勢(shì)壘復(fù)合電流當(dāng)考慮發(fā)射結(jié)勢(shì)壘復(fù)合電流Irg以后，發(fā)射極電以后，發(fā)射極電 流就由三部分組成，流就由三部分組成，Ie=Ine+Ipe+Irg。顯然，。顯然，Irg的存在的存在會(huì)導(dǎo)致發(fā)射效率的降低，注入較小時(shí)此現(xiàn)象尤為顯著。會(huì)導(dǎo)致發(fā)射效率的降低，注入較小時(shí)此現(xiàn)象尤為顯著。可以通過可以通過適當(dāng)減小基區(qū)雜質(zhì)濃度和基區(qū)寬度適當(dāng)減小基區(qū)雜質(zhì)濃度和基區(qū)寬度的方法來(lái)的方法來(lái)減小減小Irg的影響。的影響。（2）基區(qū)表面復(fù)合對(duì)電流放大系數(shù)的影響）基區(qū)表面復(fù)合對(duì)電流放大系數(shù)的影響 當(dāng)考慮當(dāng)考慮基區(qū)表面復(fù)合基區(qū)表面復(fù)合電流電流Isb時(shí)，時(shí)，會(huì)導(dǎo)致基區(qū)輸會(huì)導(dǎo)致基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的降低運(yùn)系數(shù)的降低。3.3 晶體管的反向電流

28、晶體管的反向電流 晶體管的反向電流是晶體管的重要參數(shù)晶體管的反向電流是晶體管的重要參數(shù)之一，它包括之一，它包括ICB0，IEB0和和ICE0 。 反向電流過大的反向電流過大的危害危害：降低成品率降低成品率 （反向電流不受輸入電（反向電流不受輸入電流控制，對(duì)放大作用無(wú)貢獻(xiàn)，而且消耗流控制，對(duì)放大作用無(wú)貢獻(xiàn)，而且消耗電源功率使晶體管發(fā)熱，影響晶體管工電源功率使晶體管發(fā)熱，影響晶體管工作的穩(wěn)定性，甚至燒毀作的穩(wěn)定性，甚至燒毀 ）所以，希望所以，希望反向電流越小越好反向電流越小越好 。 ICB0當(dāng)當(dāng)發(fā)射極開路（發(fā)射極開路（IE=0）時(shí)，時(shí)，集電極集電極-基極的反向電流基極的反向電流反向電流反向電流少子

29、電流少子電流多子電流多子電流 集電結(jié)加反偏集電結(jié)加反偏勢(shì)壘區(qū)兩邊的少子密度勢(shì)壘區(qū)兩邊的少子密度平衡時(shí)的少子密度平衡時(shí)的少子密度基區(qū)中的少子基區(qū)中的少子（電子）及集電區(qū)中的少子（空穴）都（電子）及集電區(qū)中的少子（空穴）都向結(jié)區(qū)擴(kuò)散向結(jié)區(qū)擴(kuò)散少子電流少子電流體內(nèi)復(fù)合中心和界面態(tài)復(fù)合中心體內(nèi)復(fù)合中心和界面態(tài)復(fù)合中心多子多子電流電流鍺晶體管的反向電流：反向擴(kuò)散電流（少子電流）硅晶體管的反向電流：勢(shì)壘區(qū)的產(chǎn)生電流（因?yàn)閯?shì)壘區(qū)的產(chǎn)生電流是由勢(shì)壘區(qū)中的復(fù)合中心提供的）多子電流mCiCB0 x2nAqIXmC：集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度：集電結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度 ：晶體管的：晶體管的發(fā)射效率發(fā)射效率 pc0ncpcb0pbnb

30、CB0LpqD1WnqDAI IEB0 集電極開路（集電極開路（IC=0）時(shí)，時(shí)，發(fā)射極發(fā)射極-基極的反向電流基極的反向電流 鍺鍺晶體管晶體管 硅硅晶體管的晶體管的IEB0完全與完全與ICB0類似類似 pe0nepeIb0pbnbEB0LpqD1WnqDAImEiEB0 x2nAqII ：晶體管反向工作時(shí)的發(fā)射效率：晶體管反向工作時(shí)的發(fā)射效率XmE:發(fā)射結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度發(fā)射結(jié)勢(shì)壘區(qū)寬度注意注意 晶體管的反向擴(kuò)散電流和勢(shì)壘區(qū)的產(chǎn)晶體管的反向擴(kuò)散電流和勢(shì)壘區(qū)的產(chǎn)生電流是很小的。生電流是很小的。 引起反向電流過大的原因往往是引起反向電流過大的原因往往是表面表面漏電流漏電流太大。太大。 因此，在生產(chǎn)過程中

31、，搞好因此，在生產(chǎn)過程中，搞好表面清潔表面清潔處理處理及及工藝規(guī)范工藝規(guī)范是減小反向電流的關(guān)鍵。是減小反向電流的關(guān)鍵。 ICE0基極開路（基極開路（IB=0）時(shí)，時(shí)，集電極集電極-發(fā)射極之間反向電流發(fā)射極之間反向電流 ：共射極電流放大系數(shù)：共射極電流放大系數(shù) 說(shuō)明說(shuō)明 要減小要減小ICE0，必須減小，必須減小ICB0。 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)不要追求過高不要追求過高 （因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)镮CE0太大，會(huì)影響晶體管工作的穩(wěn)太大，會(huì)影響晶體管工作的穩(wěn)定性）定性） CB0CB0CEOI )1 (1II3.4 晶體管的擊穿電壓晶體管的擊穿電壓 晶體管的擊穿電壓是晶體管的晶體管的擊穿電壓是晶體管的 另一個(gè)重要

32、參數(shù)另一個(gè)重要參數(shù) 晶體管承受電壓的上限晶體管承受電壓的上限 擊穿電壓有擊穿電壓有 BVEB0 BVCB0 BVCE0 BVEB0和和BVCB0 BVEB0：集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極間的：集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極間的擊穿電壓，由發(fā)射結(jié)的雪崩擊穿電壓決定。擊穿電壓，由發(fā)射結(jié)的雪崩擊穿電壓決定。 對(duì)于平面管，由于發(fā)射結(jié)由兩次擴(kuò)散形對(duì)于平面管，由于發(fā)射結(jié)由兩次擴(kuò)散形成，在表面處結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度最高，因而雪成，在表面處結(jié)兩邊雜質(zhì)濃度最高，因而雪崩擊穿電壓在結(jié)側(cè)面最低，崩擊穿電壓在結(jié)側(cè)面最低，BVEB0由基區(qū)擴(kuò)由基區(qū)擴(kuò)散層表面雜質(zhì)濃度散層表面雜質(zhì)濃度NBs決定，所以決定，所以BVEB0只有只有幾伏。幾

33、伏。 硬擊穿硬擊穿（圖中曲線（圖中曲線甲甲）：）： BVCB0：集電結(jié)的雪崩擊：集電結(jié)的雪崩擊穿電壓穿電壓VB 軟擊穿軟擊穿（圖中曲線（圖中曲線乙乙）：）： BVCB0比比VB低低 BVCB0 ：發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極間的：發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極間的擊穿電壓，一般為集電結(jié)的雪崩擊穿電壓。擊穿電壓，一般為集電結(jié)的雪崩擊穿電壓。BVCE0BVCE0 基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極 之間的擊穿電壓。之間的擊穿電壓。 BVCE0與與BVCB0之間滿足以下關(guān)系之間滿足以下關(guān)系 n：常數(shù)：常數(shù) 集電結(jié)低摻雜區(qū)為集電結(jié)低摻雜區(qū)為N型時(shí)，型時(shí)，硅管硅管n=4，鍺管，鍺管n=3 集

34、電結(jié)低摻雜區(qū)為集電結(jié)低摻雜區(qū)為P型時(shí)，型時(shí)，硅管硅管n=2，鍺管，鍺管n=6 因?yàn)橐驗(yàn)榇笥诖笥?，所以，所以，BVCE0 BVCB0。nCB0CE01BVBVBVCE0測(cè)試的電路圖測(cè)試的電路圖 測(cè)試時(shí)經(jīng)?？梢钥吹饺鐖D所示的測(cè)試時(shí)經(jīng)?？梢钥吹饺鐖D所示的負(fù)阻擊穿現(xiàn)象負(fù)阻擊穿現(xiàn)象。 （當(dāng)（當(dāng)VC達(dá)到達(dá)到BVCE0時(shí)發(fā)生擊穿，擊穿后電流上升，電壓卻時(shí)發(fā)生擊穿，擊穿后電流上升，電壓卻反而降低。）反而降低。）谷值電壓谷值電壓VSUS維持電壓維持電壓發(fā)射結(jié)電流集邊效應(yīng)發(fā)射結(jié)電流集邊效應(yīng) 當(dāng)電流流過基區(qū)當(dāng)電流流過基區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生平行于時(shí)，將產(chǎn)生平行于結(jié)面的橫向壓降，結(jié)面的橫向壓降，使發(fā)射結(jié)偏壓從邊使發(fā)射結(jié)偏壓從

35、邊緣到中心逐漸減小，緣到中心逐漸減小，從而導(dǎo)致發(fā)射極電從而導(dǎo)致發(fā)射極電流從邊緣到中心逐流從邊緣到中心逐漸減小。漸減小。 3.5 晶體管的基極電阻晶體管的基極電阻 在在直流直流運(yùn)用中，對(duì)晶體管基本上沒有影響。運(yùn)用中，對(duì)晶體管基本上沒有影響。 在在交流交流運(yùn)用中，基極電阻將產(chǎn)生電壓反饋，運(yùn)用中，基極電阻將產(chǎn)生電壓反饋，因而影響晶體管的因而影響晶體管的功率特性功率特性和和頻率特性頻率特性。 因此，在晶體管設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能因此，在晶體管設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減小基減小基極電阻極電阻。 基極電阻的危害基極電阻的危害 晶體管基極電流晶體管基極電流IB的方向平行于結(jié)平面，是一股橫向的方向平行于結(jié)平面，是一股橫向多子電流，如圖所示?；鶇^(qū)存在一定的電阻（多子電流，如圖所示?；鶇^(qū)存在一定的電阻（基極電基極電阻阻），用），用rb表示。表示。 特點(diǎn)特點(diǎn) 流過基極電阻的電流是流過基極電阻的電流是不均勻不均勻的，產(chǎn)生的壓降也是不均勻的。的，產(chǎn)生的壓降也是不均勻的。計(jì)算方法計(jì)算方法 一般用一般用平均電壓法平均電壓法或或平均功