电子元件基础知识–半导体三极管

bjt是通过一定的工艺,将两个pn结结合在一起的器件,由于pn结之间的相互影响,使bjt表现出不同于单个pn结的特性而具有电流放大,从而使pn结的应用发生了质的飞跃。本节将围绕bjt为什么具有电流放大作用这个核心问题,讨论bjt的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。              

一、bjt的结构简介   

 

  bjt又常称为晶体管,它的种类很多。按照频率分,有高频管、低频管;按照功率分,有小、中、大功率管;按照半导体材料分,有硅管、锗管;根据结构不同,又可分成npn型和pnp型等等。但从它们的外形来看,bjt都有三个电极,如图3.1所示。

      

  图3.1是npn型bjt的示意图。它是由两个pn结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的p型半导体(几微米~几十微米),两边各为一块n型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是bjt的三个电极,它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c,对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。虽然发射区和集电区都是n型半导体,但是发射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上,集电区的面积比发射区的大,这从图3.1也可看到,因此它们并不是对称的。

 

二、bjt的电流分配与放大作用

 

1、bjt内部载流子的传输过程  

  bjt工作于放大状态的基本条件:发射结正偏、集电结反偏。

  在外加电压的作用下,bjt内部载流子的传输过程为:

                   

(1)发射极注入电子 

  由于发射结外加正向电压vee,因此发射结的空间电荷区变窄,这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区,形成发射极电流ie,其方向与电子流动方向相反,如图3.2所示。

   

(2)电子在基区中的扩散与复合      

  由发射区来的电子注入基区后,就在基区靠近发射结的边界积累起来,右基区中形成了一定的浓度梯度,靠近发射结附近浓度最高,离发射结越远浓度越小。因此,电子就要向集电结的方向扩散,在扩散过程中又会与基区中的空穴复合,同时接在基区的电源vee的正端则不断从基区拉走电子,好像不断供给基区空穴。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等,使基区的空穴浓度基本维持不变。这样就形成了基极电流ib,所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。也就是说,注人基区的电子有一部分未到达集电结,如复合越多,则到达集电结的电子越少,对放大是不利的。所以为了减小复合,常把基区做得很薄(几微米),并使基区掺入杂质的浓度很低,因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少,大部分都能能到达集电结。
    

(3)集电区收集电子        

  集电结外加反向电压,其集电结的内电场非常强,且电场方向从c区指向b区。使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结,但对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力,使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集,形成集电极电流ic。与此同时,集电区的空穴也会在该电场的作用下,漂移到基区,形成很小的反向饱和电流icb0。 

            

2、电流分配关系

 

与正向偏置的二极管电流类似,发射极电流ie与vbe成指数关系:  

    

集电极电流ic是ie的一部分,即:

 

     

 

式中β称为bjt的电流放大系数

 

三、bjt的特性曲线

 

  1.共射极电路的特性曲线      

 

(1)输入特性   

  

  vce=0v时,b、e间加正向电压,这时发射结和集电结均为正偏,相当于两个二极管正向并联的特性。

  vce≥1v时,这时集电结反偏,从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极,只有小部分与空穴复合形成ib。vce>1v以后,ic增加很少,因此ib的变化量也很少,可以忽略vce对ib的影响,即输入特性曲线都重合。

  

  

注意:发射结开始导通的电压vbe:0.6v~0.7v(硅管),0.1~0.3v(锗管)

(2)输出特性曲线 

  对于一确定的ib值,ic随vce的变化形成一条曲线,给出多个不同的ib值,就产生一个曲线族。如图3.6所示。

  

  ①ib=0v,ic=iceobjt截止,无放大作用,因此对应ib=0的输出特性曲线以下的区域称为截止区如图3.6所示。

  ②ib﹥0,vce<1v,ic随ib的变化不遵循的规律,而且ic随vce的变化也是非线性的,所以该区域称为饱和区。

  ③ib﹥0、vce≥1v,ic随ib的变化情况为:

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计