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第三章 BJT双极型晶体管

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第三章--双极型晶体管

第三章--双极型晶体管

c
b e
PNP
c b
e
NPN
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.2 BJT的杂质分布 1.锗合金管-均匀基区晶体管 特点： 三个区杂质均匀分布 2结为突变结
2.硅平面管-缓变基区晶体管 特点： E、B区杂质非均匀分布 2结为缓变结
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？

I ne IE

I ne Ine I pe
1 1 I pe
I ne
I pe Ine
，则 0

2、基区输运系数β*
0

I nc I ne

Ine Irb I ne
1
I rb I ne
I rb I ne

，则
0

3、集电区倍增因子 *
Ic 1
I nc
3.2.3、晶体管电流放大系数
e 1 e qVbe kT
x LpE
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（3）、集电区少数载 流子分布
pC(x)
0
x
pC
x pC0 pC0
e 1 e qVbc kT
x LpC
3.3 晶体管的直流电流增益
二、电流密度分布函数
jnB
3.3 晶体管的直流电流增益
任务：导出α 0、β 0的定量关系式
0 0 0
0

0 10
0

1 1 I pe
I ne

0
1
I rb I ne
3.3.1 均匀基区晶体管的电流增益 均匀基区晶体管直流电流增益推导思路

第三章BJT器件解析

第三章BJT器件解析

* 基区自建电场 E的大小 ~
E = [( kT / q ) / pp(x)] ·[ dpp(x) / dx ] ≈ - [( kT / q ) / NB(x) ] ·[ dNB(x) / dx ] .
若杂质分布采用指数近似,则自建电场与位置无关:
E = - (kT/q)(η/W) = 常数, η称为电场因子. 23
相应地, 发射区中本征载流子浓度将由 ni2 变为
n i e 2 = ni2 exp[ΔEg / kT].
从而使得晶体管的注射效率↓(少子浓度↑所致) . ② Auger效应: Auger复合是电子与空穴直接复合、而将能量交给另一个自由 载流子的过程. N型半导体的Auger复合寿命τA ∝ 1/ n2 ; 在重掺杂时, τA 的数值很小. 在Si发射区掺杂浓度 >1019 cm-3 时, Auger复合寿命将小于SHR复合寿命 ( SHR复合寿命的典型值为10-7 s ). 则发射区少子寿命即由τA很小的 Auger过程决定; 从而使发射区的少子扩散长度↓, 注射效率↓.
W
∫ IVR = qA
[Δnp(x) / τn ] dx = IEnW2 / λLn2 (指数分布近似),
0
1/λ= [η- 1 + exp(-η) ] /η2 ≈ (η- 1)/ η2 ≈1 / η;
则输运系数为 β* = 1 – IVR / IEn = 1 - W2/ λLn2 .
③直流电流增益 ~ (掺杂浓度均是指平均值)
IB = IE - IC = (a11-a21){exp(qVBE/kT) - 1}
+ (a12-a22){exp(qVBC/kT) - 1},
* 可求得电流增益αo 和βo 与材料和结构参数之间的关系.

双极型功率晶体管BJT

双极型功率晶体管BJT
模拟电子技术基础
9.3 功率器件与散热
9.3.1 双极型功率晶体管（BJT） 1. 功率管的选择
在互补推挽功率放大电路中,功率管的极限参数 应满足以下关系
(1) PCM≥0.2Pom (2) |U(BR)CEO|>2VCC (3) ICM＞VCC/RC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2．二次击穿的影响
许功耗
电阻 R
Ω 热 阻 RT oC/W
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
散热等效热路
PCM
j Tj
Rjc c Tc
Rcs s Ts
Rsa a Ta
Tj——集电结的结温 Tc ——功率管的壳温 Ts ——散热器温度 Ta ——环境温度 Rjc ——集电结到管壳的热阻 Rcs ——管壳至散热片的热阻 Rsa ——散热片至环境的热阻
二次击穿临界曲线
二次击穿现象
iC
iC
二次击穿
B
一次击穿
A
O
uCE O
ห้องสมุดไป่ตู้
S/B曲线
uCE
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.3.2 功率MOSFET 1. V型NMOS管的结构
g 栅极
结构剖面图
s 源极
金属 源极 S i O2
P N+ N_外延层 沟道
N+ P 沟道
N + 衬底
d 漏极
上页 下页
返回
模拟电子技术基础
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
散热回路的总热阻为
最大允许功耗
PCM
=
Tj - Ta
RT
PCM
j Tj
Rjc c Tc

最新2019-第三章BJT晶体管-PPT课件

最新2019-第三章BJT晶体管-PPT课件

xB
xC
x
图 3-10 各 区 均 匀 掺 杂 N P N 晶 体 管 的 杂 质 分 布
18
Company Logo
3.3.1 载流子分布与电流分量
一、基区载流子分布及电流
中性基区（ 0 x x B ）少子电子分布及其电流：
Dn
d2np dx2
np np0
n
0
边界条件为：np0np0eVEVT npxB np0eVCV T
6
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3.2.1 晶体管的放大作用
共基极连接晶体管的放大作用
Diagram 1 发射结正偏
集电结反偏
Diagram 3
Diagram 4
图3 - 6（ a ）NPN 晶体管共基极放大电路
7
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3.2.1 晶体管的放大作用
Diagram 1
q V BE
B
DiagramE 3
Text 1 sub text
Text 2
Text 2
I suB b textI p E I R E I n E I ns uC b I teC xt0
Text 3 sub text
Text 3 sub text
Text 4ICInCIC0
sub text
Text 4 sub text
和 T 。
• 3-2-7还su可b t以ext写成 ICIEIC0
• 上式说明：以基极作为公共端时，输出集电极电流
与输入发射极电流之间的关系。
13
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3.2.3 直流电流增益
• 当集电结处于正向偏压时：
Text 1

《模拟电子技术基础》第3章 双极型晶体管及其基本放大电路

《模拟电子技术基础》第3章 双极型晶体管及其基本放大电路

3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
以IB为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时，因集电极无收集
作用，IC=0；
(2)随着uCE 的增大，集电区收集电
子的能力逐渐增强，iC 随着uCE 增加而
增加；
(3)当uCE 增加到使集电结反偏电压
电压，集电结应加反向偏置电压。
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
1. 晶体管内部载流子的传输
如何保证注入的载流
子尽可能地到达集电区？
P
N
IE=IEN + IEP
IEN >> IEP
IC= ICN +ICBO
ICN= IEN – IBN
IEN>> IBN
ICN>>IBN
N
IEP
IE
3. 晶体管的电流放大系数
(1) 共基极直流电流放大系数
通常把被集电区收集的电子所形成的电流ICN 与发射极电流
IE之比称为共基电极直流电流放大系数。
ത
I CN

IE
由于IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN，且ICN>> IBN，ICN>>IEP。通常ത
的值小于1，但≈1，一般
ത
为0.9-0.99。
ത
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
3. 晶体管的电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数
I C I CN I CBO I E I CBO ( I C I B ) I CBO

第三章 双极性三极管及其放大电路基础

第三章 双极性三极管及其放大电路基础
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 。
一、双极型三极管BJT
BJT放大的条件和电流分配关系
放大的条件： 发射结正向偏置；集电结反向偏置。 电流分配关系：
I C I B I E I B IC (1 ) I B
这是贯穿模拟电子电路分析的两个最重要的概念
无量纲 电导
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
1、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型） 交流等效模型（按式子画模型）
U be h11 I b h12U CE I C h21 I b h22U CE
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
2、h参数的物理意义
放大的概念与放大电路的性能指标
1、放大的概念
放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制
判断电路能否放 大的基本出发点
放大的特征：功率放大
放大的基本要求：不失真
二、基本共射极放大电路
放大的概念与放大电路的性能指标
2、性能指标
任何放大电路均可看成为两端口网络。
输出电流 输入电流
信号源 内阻
信号源
二、基本共射极放大电路
基本共射放大电路的组成及各元件的作用
动态信号作用时：
uI ib ic iRc uCE (uo )
输入电压 uI为零时，晶体管各 极的电流、b-e间电压、管压降， 称为静态工作点Q。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。 基本共射放大电路

IC 1 100 I B 0.01
IC 5 50 I B 0.1
一、双极型三极管BJT
讨论

ch3 双极型晶体管(BJT)PPT课件

ch3 双极型晶体管(BJT)PPT课件

10
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输 1.BJT的结构
放大状态下的三极管 （外部条件）
发射结正向偏置，集电结反向偏置。
11
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输 2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 1）发射
IE＝IEN＋IEP IEN
12
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 2）复合和扩散
IE＝IEN＋IEP IEN
IB＝IBN＋IEP
13
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 3）收集
简单共射极电路
iB＝20A ＝50
vi 20mV
iCRC
对于NPN管而言，放大的外 部条件是，外电源的接法必 须保证：
VBE > 0,
VBC < 0, VE < VB <VC
17
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
3. 三极管的放大作用
总结 ❖ 三极管的放大作用主要依靠它的发射极电流通过基区传输到集电
模拟电路基础
第3章 双极型晶体管（BJT）
内容
3.1 BJT的结构及内部载流子的传输 3.2 BJT共射电路的伏安特性 3.3 BJT的主要参数 3.4 BJT的直流模型和微变等效电路 3.5 BJT共射电路的工作原理 3.6 BJT放大电路的分析方法
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
函数关系：

03 双极型晶体管(BJT)解析

03 双极型晶体管(BJT)解析
晶体管之父 William Shockley
3
3.1 BJT的结构及内部载流子的传输
晶体管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。两 个PN结互相影响，使晶体管表现出不同于单个PN结的特性而具有信 号放大功能，因而成为各种电子电路的核心元件。 在晶体管中，参与导电的有空穴和电子两种载流子，又因为它 是由两个PN结构成，所以被称为双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor)。 由于BJT有三个电极, 因而又称为三极管。它有很多种类。按频 率分有高频管、低频管；按功率分有大、中、小功率管；按材料分 有Si和Ge管。 根据结构的不同，三极管一般有两种类型：NPN 型和 PNP 型。
14
(1) 当VCE=0V时，从输入回路看，由于发射结正偏，输入特性与半导 体二极管的正向特性曲线类似。 (2)当VCE0时，这个电压的极性有利于把发射区扩散到基极的电子收 集到集电极。如果VCE>VBE，则发射结正偏，集电结反偏。集电极开始 收集电子，基区复合减少，在同样的vBE下,IB减小，特性曲线右移。
第3章 双极型晶体管（BJT）
中山大学 郭东亮
1
1947年的晶体管（transistor）
1947年12月16日，美国新泽 西州的贝尔实验室里，3位科学 家——威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴顿（John Bardeen）和沃特·布拉顿 （Walter Brattain）成功地制造 出第一个晶体管，改变了人类的 历史。 1950年，William Shockley 开发出双极性接面晶体管 （bipolar junction transistor, BJT），也就是现在俗称的晶体管。
15
二、输出特性曲线

第三章双极结型三极管及放大电路基础资料

第三章双极结型三极管及放大电路基础资料

放大电路应遵循以下原则:
RS
1、有直流通路， 并保证合适的直流偏置。
VS ＋
RL
－
2、有交流通路，即待放大的
输入信号能加到晶体管上，
且放大了的信号能从电路中取出。 直流电源及偏置电路
模拟电子线路
共发射极放大器（建立放大器感性认识）
共发射极放大器是应用最为广泛的基本放大器。
NPN晶体管起放大作用；
远大于ΔvI，实现电压信号的放大。 放大作用：输入回路加微小信号，通过基极电流的改变
量去控制集电极电流，从而将VCC的能量转换为与输入 信号变化规律相同、能量更大的输出信号。
模拟电子线路
对放大器的分析可分为直流分析和交流分析
直流分析：确定晶体管的静态工作点（各节点的直流电 压值）
交流分析：确定电路中各交流信号之间的关系。
50
降到额定值2/3时的iC值。 40
iC值超过ICM时管子易损坏。ICM 30
集电极最大允许功耗PCM
20 10
PCM＝iCvCE
反向击穿电压
0
1.0 0.8
0.6 过Leabharlann 坏区0.4 安全工作区iB = 0.2mA
PC <PCM
10
20 V(BR)CEO 30
vCE / V
V(BR)CBO - 发射极开路时,集电极－基极间反向击穿电压。
模拟电子线路
2) 饱和区 vCE较小时，集电结吸引电子能力弱，iC不随iB的增加而增 加，晶体管失去放大作用。饱和时集电极电压称为饱和压 降VCE(sat)。
Si管VCE(sat) ≈0.3V，而发射结的饱和压降VBE(sat) ≈0.8V， 故VCB(sat) = VCE(sat) - VBE(sat) ≈- 0.5V

003双极晶体管1a1

003双极晶体管1a1
以上是基区的电流分量，接下来看发射区的电流分量
发 射 区
0
发射区空穴电流(表达式)
书本77页有详细推导，同学自己看
IpE xqApE D dd E p xx
IpExqLp A p EE D pExmE exxmELpE
IpE xqL p A p EE D p ExmE exxmE L pE
本章主要介绍BJT的结构、工作原理，重点介 绍其载流子的运动规律和直流特性
分析方法：通过对器件工作时载流子的运动规律的 分析，把器件的电学特性和器件内部结构、材料、 工艺参数联系起来，为我们设计、使用晶体管提供 相应的理论基础。
1、晶体管的分类、基本结构及杂质分布
2、双极晶体管的放大原理
3、双极晶体管的直流伏安特性 4、双极晶体管的电流增益 5、反向直流参数及基极电阻
In
E 、Ip
E 、In
C 、Ip
、
C
3. 由这些电流分量得出晶体管的伏安特性方程
IE InEIpE
IC InCIpC
缓变基区晶体管的直流伏安特性
基 区
0
由连续性方程求各区的少子分布函数
基区少子分布(表达式)
nBxnB 0nB0shW L BsnB h x W B L n nB B W BshLxnB
淡紫色
青色 橙色
返回发射区
自建电场
返回集电区 自建电场
浅青绿色
由于工艺上的原因，相对均匀基区管，缓变基区管三
个区的杂质呈非均匀分布，所以其伏安特性和均匀基区管
也有很大差别
为什么呢？原因如下，具体见后面的分析
杂质的非 均匀分布
自建电场
伏安特性
杂质的非 均匀分布
自建电场

第3章 双极型BJT及其放大电路

第3章 双极型BJT及其放大电路
us
RC RB uS iB uI T
iC
0

2
3
t
uBE
U BEQ
VCC
uO uCE
0
t
iB
I BQ
uBE
VBB
0
t
iC
基本共射极放大电路
uBE U BEQ ube iB I BQ ib iC I CQ ic u U CEQ uce CE
23/101
3.1
双极型BJT
3.1.4 温度对BJT参数及特性的影响
1.温度对发射结正向电压降 uBE的影响 2.温度对反向饱和电流 ICBO 的影响 3.温度对电流放大系数β的影响 T2 T1 iC
iB 40 A μ
30 A μ
20 A μ
10 A μ
0 A μ
0
uCE
24/101
3.2
IC IB
U CE U BE
U EB
输入 回路
IE
IC
IE IB
IE
CE
IB
输出 回路
U CB
U BC U BC
IC
CC
CB
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极 共基极接法，基极作为公共电极 共集电极接法，集电极作为公共电极
10/101
3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系
8/101
3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系 1. BJT内部载流子运动规律
N
I En
P
N
I Cn
E
I Bp
C

第3章双极晶体管

第3章双极晶体管
实际上，主要是通过减小Wb 和 e来提高 0或 0
的。
23
3. 缓变基区晶体管的电流放大系数 （1）缓变基区晶体管的自建电场
基区存在着杂质浓度梯度，这将导致空穴向 浓度低的方向扩散，空穴一旦离开，基区中的电 中性将被破坏。为了维持基区的电中性，必然会 在基区中产生一个电场，使空穴做反方向的漂移 运动来抵消空穴的扩散运动。这个为了维持基区 的电中性，而产生的电场称为缓变基区的自建电 场。
对于NPN晶体管，发射效率是注入基区的电子电 流与发射极电流的比值，即有
0

In (X 2 ) IE
对于NPN晶体管，基区输运系数是指到达集电结 的电子电流与注入基区的电子电流的比值，即有

0

In(X3) In(X2)
IC In(X2)
20
因此，可得 0
，
0
和
0
的关系为
0

IC IE
In(X2) IE
In(X3) In(X2)


0

0
所以，可按下面的步骤求解晶体管的电流放大倍数：
第一步 求发射效率；
第二步 求基区输运系数；
第三步 求共基极直流电流放大系数；
第四步 求共射极直流电流放大系数。
21
(1)发射效率
0

1
1 eWb
b Lpe
(2) 基区输运系数
晶体管的直流伏安特性曲线是指晶体管输入 和输出的电流—电压关系曲线。晶体管的三个端， 共有四个参数：输入电流、输入电压、输出电流 和输出电压。可以把任何两个参数之间的关系用 曲线表示出来(以其余两个参数中的一个作为参 变数)得到一族曲线，最常用的是输入特性曲线 和输出特性曲线。

第三章 双极型晶体管及其放大电路

第三章 双极型晶体管及其放大电路
集电极开路时，发射极-基极之间允许施加的最高反向电压， 一般为几十伏，有的甚至小于1伏。 ③集电极-发射极反向击穿电压U (BR)CEO
基极开路时，集电极-发射极之间允许施加的最高反向电压，
其值比U (BR)CBO要小一些。
由晶体管的三个极限参数 I CM、PCM 和 U (BR)CEO，可以画出管子 的安全工作区，如图3-8所示。使用中，不允许将工作点设在安 全工作区外。
图 3-7
15
（2）晶体管的极限参数
1) 集电极最大允许电流 I CM
在使用三极管时，I
C
超过
I
时并不一定会使三极管损坏，
CM
但值将逐渐降低。
2) 集电极最大允许功耗 PCM 其大小主要决定于允许的集电结结温。锗管最高允许结温
为 700 C ，硅管可达1500 C ，超过这个值，管子的性能变坏，甚至 烧毁管子。
•
三极管电流放大的实验电路
IB(mA) IC(mA) IE(mA)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
<0.001 0.70
1.50
2.30
3.10
3.95
<0.001 0.72
1.54
2.36
3.18
4.05
IB
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
IC
<0.001
0.70
1.50
2.30
第3章
双极型晶体管及其放大电路
3.1 双极型晶体管 3.2 基本放大电路的工作原理及其组成 3.3 静态工作点稳定及分压式射极偏置电路 3.4 共发射极电路 3.5 共集电极极放大电路和共基极极放大电路 3.6 多级放大电路 3.7 放大电路的频率响应和阶跃响应 3.8 电流源电路 3.9 应用电路介绍

第三讲双极型晶体管

第三讲双极型晶体管
3、当uCE1V后，特性曲线基本重合。 处于放大状态的BJT， uCE1V， 输入特性曲线就用uCE1V的曲线表示。
iB UCE=0V 10 1
uBE
对于一定的uBE ，当uCE增大到一定值后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入到基 区的绝大部分非平衡少子收集到集电区，因此即使再增大uCE ， iC也不可能明显增大了。
1 一 般 ：为 几 十 到 几 百
（五）BJT的结偏置电压与各极电流的关系
1、发射结正偏电压uBE对各极电流的作用——正向控制作用。 发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：
iE ISeuBE/UT;
u i BE
两者是指数关系。
E
iC iE;
iB
iE
1
uBE iC、 iB
uCB
iB
发射结
发射 区
集电结 基区
集电 区
E
B
C
uCB
iE
I euBE/UT S
uCB通过厄利效应对BJT电流的影响远不如uBE对电流的正向控制作用大，但它的存在使BJT的电流受控关系 复杂化，使之成为所谓的“双向受控元件”，由此带来分析的复杂化，并有可导致放大器因“内反馈”而
性能变坏。
（六）BJT的截止和饱和工作状态 c
与单个PN结的反向饱和电流一样。 IB = -ICBO， IC = ICBO ICBO的值很小，硅管小于1µA，锗管约10µA，受温度影响很 大。
（2）集电极反向穿透电流ICEO ： 此电流从集电区穿越基区流至发射区，所以叫穿透电流。 ICEO= （1+）ICBO ( P30 ) ICBO和ICEO都是衡量BJT温度稳定性的重要参数，因ICEO大， 容易测量，所以常把ICEO作为判断管子质量的重要依据。
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第三章 双极型晶体管
中国计量学院光电学院

晶体管——transistor 它是转换电阻transfer resistor的缩写 晶体管就是一个多重结的半导体器件 通常晶体管会与其他电路器件整合在一起， 以获得电压、电流或是信号功率增益
双极型晶体管（bipolar transistor）
IC 0 I E ICBO
(10)
理想BJT的静态特性
何谓静态？
静态电流 电压特性 各端点的电流方程式
五点假设
意味什么？
（1）晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； （2）基区中的空穴漂移电流和集基极反向 饱和电流可以忽略； （3）载流子注入属于小注入； （4）耗尽区中没有产生-复合电流； （5）晶体管中无串联电阻。 用途：为推导理想晶体管电流、电压表达 式做准备！
从这个方程中可以看出，少数载流子分布趋近于一条直线。
那么整体PNP晶体管在放大模式下的少子分布究竟如何呢？
类似于基区的求解，可以求出发射区和集电区中的少子分布。
发射区和集电区中性区域的边界条件为：
nE ( x xE ) nE 0 e q VCB nC ( x xC ) nC 0 e
注意
载流子浓度 exp[(载流子能量) / kT ]
qVbi nn 0 n p 0 exp( ) kT qVbi p p 0 pn 0 exp( ) kT
热平衡时的PN结载流子浓度
基本上，假设在正向偏压的状况下，空穴由 发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的 方式穿过基区到达集基结，一旦我们确定了 少数载流子的分布（即N区中的空穴），就 可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。
基区输运 系数
发射效率
发射效率(emitter efficency)，是入射空穴电 流与总发射极电流之比
I EP I EP IE I EP I EN
(6)
基区输运系数
基区输运系数(base transport factor)，是 到达集电极的空穴电流量与由发射极入 射的空穴电流量之比
历史
1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉 顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕， 恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线， 随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。 电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个 有放大作用的新电子器件！ 布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来，闻声而至 的肖克利也为眼前的奇迹感到格外振奋。布拉 顿在笔记本上这样写道：“电压增益100，功 率增益40…… 实验演示日期1947年12月23日 下午。”作为见证者，肖克利在这本笔记上郑 重地签了名。
各端点的电流
发射极电流
qVEB kT
I E I En I Ep a11[e a11 qA( a12 D p pn 0 W
1] a12
(15) (16) (17)
DEn nE 0 ) LE
qAD p pn 0 W
a12 a21
各端点的电流
集电极电流
qVEB kT
如何根据函数形式进行化简？ sinh是双曲正弦函数，双曲正弦函数的特点是什么？
补充
双曲函数
双曲函数常出現于某些重要的线性 微分方程的解中，譬如说拉普拉斯方程
双曲函数的来历
双曲函数的定义
名称为什么和三角 函数有关？
x y 1
2 2
sin t cos t 1
2 2
x y 1
理想的一维结构p-n-p双极型晶体管
p-n-p双极型晶体管的电路符号
图中也显示了各电流成分和电压极性， 箭头表示晶体管在一般工作模式(或称放 大模式 active mode)下各电流的方向。
我们将仔细讨论p-n-p双极型晶体管 理由： 因为其少数载流子(空穴)的流动方向与电 流方向相同 可更直观地了解电荷运动的机制 了解了p-n-p晶体管，只要将极性和掺杂 类型调换，即可描述n-p-n晶体管
历史
这是一颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引 爆”出强烈的冲击波。 1954年，贝尔实验室使用800支晶体管成功 组装了人类有史以来的第一台晶体管计算机 TRADIC。 电子计算机迈入了第二代！
p-n-p双极晶体管
制造过程
以p型半导体为衬底 利用热扩散的原理在p型衬底上形成一个n型 区域 再在此n型区域上以热扩散形成一高浓度的p+ 型区域 接着以金属覆盖p+、n以及下方的p型区域分 别形成欧姆接触
理想PN结电流-电压特性的假设
耗尽区为突变边界，且假设在边界之外，半导体为 电中性。 在边界的载流子浓度和跨过结的静电电势有关。 小注入情况，即注入的少子远小于多子浓度。也就 是说，在中性区的边界上，多子浓度因外加偏压而 改变的量可以忽略。 在耗尽区内并无产生复合电流，且电子和空穴在耗 尽区内为常数。
第一支晶 体管表面 积2cm2， 相当于现 在十亿个 晶体管
历史
1945年二战结束后，贝尔实验室迅速批准 固体物理学研究项目上马，当时总裁凯利 作为决策者在课题任务书上签署了大名。 由肖克利领衔，布拉顿、巴丁等人组成的 半导体小组把目光盯住了那些特殊的“矿 石”，肖克利首先提出了“场效应”半导 体管的实验方案。然而他们并没有发现预 期的那种放大作用。
掺杂浓度分布和加偏压状态下的耗尽 区以及电场分布
根据图中结上的电场强度分布，中性区域中的少数 载流子分布可由无电场的稳态连续方程来求解：
d pn pn pno DP ( 2 ) 0 (1) dx p
2
方程的一般解为：
pn ( x) pn C1e
x Lp
C2 e

x Lp
是最重要的半导体器件之一 在高速电路、模拟电路、功率放大等方面具 有广泛的应用 双极型器件是一种电子与空穴均参与导通过 程的半导体器件
历史
1947年肖克利和他的两位助手布拉顿、巴丁 在贝尔实验室工作时发明了世界上第一个晶 体管。 为此，肖克利三人于1956年获得诺贝尔物理 学奖。 用晶体管代替电子管制造电脑，在电脑史上 是一次突破性技术飞跃。
pn (0) pn 0 e (3) )0 (4) 第一个边界条件表示在正向偏压的 pn (W
qVEB kT
NB表示基区中均匀的施主浓度。
将（3）式代入（2）式，可得：
pn ( x) pn 0 [e
qVEB kT
W x x sinh( ) sinh( ) Lp Lp 1][ ] pn 0 [1 ] (5) W W sinh( ) sinh( ) Lp Lp
I Ep
dpn A(qDp dx
qAD p pn 0 W
Hale Waihona Puke )qVEB kTx 0
e
(11)
同样，在x=W处，由集电极所收集到的空穴 电流为：
I Cp
dpn A(qDp dx qADp pn 0 W e
)
x W
qVEB kT
(12)
当W/Lp <<1时，IEP等于ICP。
1] (a12 a22 ) (21)
例：对一只理想的p-n-p晶体管, 若各个区的掺杂浓度分 别是1019 cm-3, 1017 cm-3 和5×1015 cm-3；又已知 DnE = 1 cm2/ V-s，DP = 10 cm2/ V-s, LE = 1.0mm, LP = 10mm,W = 0.5mm 。试计算共基极电流增益0 。
肖克利(坐)在检查巴丁(左)和布拉顿(右)的实验结果
历史
1948年，美国专利局批准了贝尔实验室这种 被命名为晶体管的发明专利。当时，专利书 上的发明人只列着布拉顿和巴丁。 1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8 个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发 明晶体管的消息。
历史
此后，肖克利一举攻克晶体管中的另一座 “堡垒”：他发明了一种“结型晶体管 ”， 离布拉顿和巴丁发明“点接触型晶体管”的 时间仅隔一年。 人们后来知道，结型晶体管才是现代晶体管 的正宗始祖，它预示着半导体技术的发展方 向。
2 2
cosh t sinh t 1
2 2
回到方程（5）
pn ( x) pn 0 [e
qVEB kT
W x x sinh( ) sinh( ) Lp Lp 1][ ] pn 0 [1 ] (5) W W sinh( ) sinh( ) Lp Lp
考虑双曲正弦函数的特点！
最直观的方法！ 从图象中找函数 特点。
所有端点接地的p-n-p晶体管 （热平衡状态 ）
晶体管工作在放大模式时
能带图
理想的p-n-p晶体管偏压在放大模式下 的各电流成分
工作原理
各端点的电流成分
I E I EP I EN IC ICP ICN (1) (2) (3)
I B I E IC I EN ( I EP ICP ) ICN
当u 1时, sinh(u) u
所以当 W
Lp 1
qVEB kT
这个假设合 理吗？ 时，方程（ 5）可简化为：
pn ( x) pn 0e
x x (1 ) pn (0)(1 ) (6) W W
这个近似是合理的，因为在晶体管的设计中，基区 宽度远小于少数载流子的扩散长度。
x pn ( x) pn (0)(1 ) W
共基电流增益
晶体管中有一项重要的参数，称为共基电 流增益(common base current gain)
I CP 0 IE
(4)
将式(1)代人式(4)可得
ICP ICP I EP 0 ( )( ) (5) I EP I EN I EP I EN I EP