一.BJT簡述

Bipolar Junction Transistor，雙極性晶體管又稱為三極管，其由兩個pn結構成，理想的結構模型如圖，有兩種類型npn和pnp。

三極管的三個極分別為發(fā)射極E、基極B、集電極C，發(fā)射極與基極間形成發(fā)射結，集電極和基極間形成集電結。實際制造中，發(fā)射極是高濃度摻雜區(qū)，基極很薄且雜質濃度很低，集電極面積很大，這樣能保證BJT具有良好的電流放大能力。

基極和發(fā)射極的摻雜濃度不為衡量，隨著與表面之間的距離而變化，而理想模型中假設基極和發(fā)射極的摻雜濃度為恒量，稱為 均勻基區(qū)晶體管 。BJT表示符號中電流的方向為流入各端口。

根據(jù)發(fā)射結和集電結電壓的方向，BJT可有四個工作狀態(tài)，以npn為例：①正向放大區(qū)：發(fā)射結正偏 、集電結反偏 ；②飽和區(qū)：發(fā)射結正偏 、集電結正偏 ；③反向放大區(qū)：發(fā)射結反偏 、集電結正偏 ；④截止區(qū)：發(fā)射結反偏 、集電結反偏 。

二.正向放大區(qū)

正向放大區(qū)下發(fā)射結正偏 、集電結反偏 。

發(fā)射結p區(qū)邊界處 ，由基區(qū)平衡少子濃度為 ，多子濃度為 ， ，所以少子濃度為 ，其中的非平衡少子濃度為 。非平衡少子滿足擴散滿足穩(wěn)態(tài)方程 ，帶入邊界條件 、 ，可以求得 。 處擴散電流 ，（同理得到發(fā)射極處擴散電流密度 。計算發(fā)射結電流時并未將發(fā)射極擴散空穴電流算入，和pn結電流模型有差異。)

由基區(qū)非平衡少子濃度 ，而 很小時，泰勒展開 ，是一個線性關系。而電流密度 可知電流為一常量，且由于 、 可得 。該基區(qū)擴散電流全部流入集電極 。 與基極的寬度 成反比，基極越窄， 越大， 也越大。

基區(qū)發(fā)射結非平衡少子擴散電流 全部流向集電極，但是基極產(chǎn)生的電流也有流向發(fā)射極的部分，其主要是基區(qū)向發(fā)射區(qū)的多子空穴擴散電流 。此外，基區(qū)內(nèi)由于會有電子空穴的重組，其表現(xiàn)為從基極引入基區(qū)的多子空穴流動 。 ，且也呈現(xiàn)正比于 。所以可有表達式 ，顯然 表征了基極電流放大能力，稱為 正向電流放大系數(shù) ，其越大越好。 與基區(qū)寬度 正反比，與發(fā)射極、基極摻雜濃度比例 呈正比。集成電路中，pnp管典型值10100，npn管典型值50500。發(fā)射極電流 。

正向放大區(qū)大信號等效模型為流控電流源，由于指數(shù)特性的陡峭性， 通常變化很小。用一電壓為 (常為0.6~0.7V)的電源來替代輸入二極管。

實際情況下，隨著集電極反偏電壓的不同，如果 為常數(shù)，即可轉換為 電壓不同，基區(qū)寬度會有所變化。隨著 變大，集電結耗盡區(qū)變大，基區(qū)寬度減小，進而集電極電流 變大。 。對于反偏結而言， 可視為常量。 為常量，表示 確定后，等效電導是不變的。各 下 ~ 曲線延長線交于一點 ，該點稱為 厄爾利電壓 。

BJT的小信號跨導 ，電流效率 ， 高于同溫下的MOSFET ，室溫下其為38.4。

三.飽和區(qū)和反向放大區(qū)

正向飽和區(qū)下發(fā)射結正偏 、集電結正偏 ，而 。

此時由于集電結正偏，在集電結基區(qū)處產(chǎn)生由集電區(qū)向基區(qū)方向的非平衡少子電子流，該電子流抵消了在發(fā)射結基區(qū)處產(chǎn)生由發(fā)射區(qū)向基區(qū)方向的非平衡少子電子流。而集電極摻雜濃度小于發(fā)射極，所以最終電流方向仍為基區(qū)向集電區(qū)流動，只是數(shù)值相對于正向放大區(qū)小了不少。

反向放大區(qū)下發(fā)射結反偏 、集電結正偏 ，發(fā)射極和集電極的角色交換了，只不過集電極摻雜濃度小于發(fā)射極，因而反向放大電流絕對值也是小于正向放大電流的。

反向飽和區(qū)下發(fā)射結正偏 、集電結正偏 ，而 。

四.BJT擊穿

pn結存在雪崩擊穿特性，發(fā)射結和集電結也有類似效果，因此加于BJT的最大電壓值有限制。

1）共基極結構

在有恒定的射極電流的共基極結構中， 時的 定義了最大集電結反向擊穿電壓。當 時，如果器件功耗在一定額度內(nèi)，則 器件也不會發(fā)生損壞，而且還有一定的雪崩效應(曲線中 變大)。

2）共射極結構

在有恒定的基極電流的共射極結構中， 時的 定義了最大擊穿電壓。雪崩擊穿效應對共射特性的影響比在共基結構中更加復雜。 小于 ， 定義了器件所能承受的最大電壓 。

3）反向放大區(qū)

在反向放大區(qū)，集電極和發(fā)射極角色互換。在共射極集電結處，基極摻雜濃度大于集電極一個數(shù)量級，因此集電極決定了集電結擊穿特性；而發(fā)射極摻雜濃度大于基極，因此基極決定了發(fā)射結擊穿特性。由于摻雜濃度的原因，發(fā)射結擊穿電壓 要小的多，通常為6~8V。發(fā)射結擊穿電壓為一個設計便利的參考電壓，常以齊納管的形式加以應用。擊穿電流的持續(xù)時間和幅度決定了發(fā)射結擊穿的破壞性， 齊納管工作在電流很小的情況下保證其不變擊穿 。

五.BJT結構

制造上BJT主要有橫向和縱向兩種結構，橫向和縱向是根據(jù) 電流方向決定的。橫向BJT中，發(fā)射極和集電極之間的水平距離是基區(qū)的寬度。橫向BJT結構由于發(fā)射極與基極的摻雜濃度比值不能做到很大所以電流增益 較小。而 縱向BJT結構電流增益要比橫向結構大的多 。

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