晶体管的结构及类型

用不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域,并形成两个pn结,就构成了晶体管。结构如图(a)所示,位于中间的p区称为基区,它很薄且杂质浓度很低;位于上层的n区是发射区,掺杂浓度很高;位于下层的n区是集电区,面积很大;它们分别引出电极为基极b, 发射极e和集电极c。
结构示意图如图(b)所示,发射区与基区的pn结称为发射结,基区与集电区间的pn结称为集电结。

图(c)为npn型管和pnp型管的符号。

1.3.2 晶体管的电流放大作用

如右图所示为基本放大电路, 为输入电压信号,它接入基极-发射极回路,称为输入回路;放大后的信号在集电极-发射极回路,称为输出回路。由于发射极是两个回路的公共端,故称该电路为共射放大电路。
晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正偏且集电结反向偏置,所以输入回路加的基极电源 和输出回路加的集电极电源 极性如图所示。

一、晶体管内部载流子的运动

=0时,晶体管内部载流子运动示意图如下图所示。
1.发射结加正向电压,扩散运动形成发射极电流
因为发射结加正向电压,发射区杂质浓度高,所以大量自由电子因扩散运动越过发射结到达基区。与此同时,空穴也从基区向发射区扩散,由于基区杂质浓度低,空穴形成的电流非常小,忽略不计。可见,扩散运动形成了发射极电流 。

2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流
由于基区很薄,杂质浓度很低,集电结又加反向电压,所以扩散到基区的电子中只有极少部分与空穴复合,其余部分均作为基区的非平衡少子达到集电结。又由于电压 的作用,电子与空穴的复合运动将源源不断进行,形成基极电流 。

3.集电结加反向电压,漂移运动形成集电极电流
由于集电结加反向电压且其结面积较大,基区的非平衡少子在外电场作用下越过集电结到达集电区,形成漂移电流。可见,在集电极电源 的作用下,漂移运动形成集电极电流 。

二、晶体管的电流分配关系

发射区向基区扩散形成的电子电流为 ,基区向发射区扩散形成的空穴电流为 ,基区内复合运动形成的电流为 ,基区内非平衡少子漂移到集电区形成的电流为 ,平衡少子在集电区与基区之间的漂移运动形成的电流为 。
 

= + = + +
= +
= + - = -
从外部看 = +

三、晶体管的共射电流放大系数

电流 与 之比称为共射直流电流放大系数 。

穿透电流 指当基极开路时,在集电极电源作用下的集电极与发射极之间形成的电流。集电结反向饱和电流 指发射极开路时,集电结的反向饱和电流。一般情况下, , ,所以

 若有输入电压 作用,则晶体管的基极电流将在 基础上叠加动态电流 ,集电极电流也将在 基础上叠加动态电流 , 与 之比称为共射极交流电流放大系数 。

 通过认为   
当以发射极电流作为输入电流,以集电极电流作为输出电流时, 与 之比称为共基直流电流放大系数 。

  共基交流电流放大系数 为

经推导可得,

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计