1、微電子器件與微電子器件與IC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)第第 3 章章 雙極型晶體管雙極型晶體管Bipolar Junction Transistor-BJT第 3 章 雙極型晶體管雙極型晶體管l3.1 結(jié)構(gòu) l3.2 放大原理 l3.3 直流電流增益l3.4 反向直流特性l3.5 開關(guān)作用3.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布3.1.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)由兩個(gè)靠得很近的背靠背的PN結(jié)構(gòu)成3.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布3.1.2 BJT的雜質(zhì)分布1.鍺合金管-均勻基區(qū)晶體管特點(diǎn)：三個(gè)區(qū)雜質(zhì)均勻分布2結(jié)為突變結(jié)2.硅平面管-緩變基區(qū)晶體管特點(diǎn)：E、B區(qū)雜質(zhì)非均勻分布

2、2結(jié)為緩變結(jié)3.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布晶體管的基本結(jié)構(gòu)及雜質(zhì)分布“背靠背”的2個(gè)二極管有放大作用嗎？3.1.3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于基區(qū)少子擴(kuò)散長(zhǎng)度(WB NB )發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)集集電電結(jié)結(jié)發(fā)發(fā)射射極極集集電電極極基極基極共基極共基極共射極共射極共集電極共集電極NNP晶體管的共集電極接法晶體管的共集電極接法cbe3.2 晶體管的放大原理晶體管的放大原理0CEII0CBII3.2.1、晶體管中載流子的傳輸、晶體管中載流子的傳輸以共基極為例：1、發(fā)射結(jié)的注入2、基區(qū)的輸運(yùn)與復(fù)合3、集電極的收集WBIneIncIrIpeICBOIEICIB各區(qū)少子分布各

3、區(qū)少子分布能帶圖能帶圖CnccboIIIEpeneIIIBperbcboIIIIEBCIIIIne:發(fā)射結(jié)正向注入電子電流發(fā)射結(jié)正向注入電子電流 Ipe:發(fā)射結(jié)反向注入空穴電流發(fā)射結(jié)反向注入空穴電流 Irb:基區(qū)復(fù)合電流基區(qū)復(fù)合電流 Inc:集電結(jié)電子電流集電結(jié)電子電流Icbo:集電結(jié)反向飽和電流集電結(jié)反向飽和電流nencrbIII3.2.2、發(fā)射效率及基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)、發(fā)射效率及基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)1、發(fā)射效率、發(fā)射效率r0011nenepeEnepeneIIIIIII0peneII，則2、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)、基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)*3、集電區(qū)倍增因子集電區(qū)倍增因子01ncnerbrbneneneIIIIIII 0rb

4、neII，則1cncII*1.共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) 2.共射極直流電流放大系數(shù)共射極直流電流放大系數(shù)000CnencCEEnencIIIIIIII00011CCCECBECEIIIIIIIII3.2.3、晶體管電流放大系數(shù)、晶體管電流放大系數(shù)晶體管放大三要素：晶體管放大三要素： WbNB 。發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。3.3 晶體管的直流電流增益晶體管的直流電流增益任務(wù)：導(dǎo)出任務(wù)：導(dǎo)出0 0、0 0的定量關(guān)系式的定量關(guān)系式0000001011peneII01rbneII 3.3.1 均勻基區(qū)晶體管的電流增益均勻基區(qū)晶體管的電流增益均勻

5、基區(qū)晶體管直流電流增益推導(dǎo)思路A、對(duì)發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)分別建立擴(kuò)散方程B、利用波爾茲曼分布關(guān)系建立邊界條件C、解擴(kuò)散方程得到各區(qū)少子分布函數(shù)D、利用少子分布函數(shù)求出各區(qū)電流密度分布函數(shù)E、由電流密度分布函數(shù)得到j(luò)ne , jnc , jpe 。F、求出發(fā)射效率和輸運(yùn)系數(shù)G、得到共基極和共射極電流放大系數(shù)l以共基極連接為例，采用一維理想模型以共基極連接為例，采用一維理想模型l發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置WBIneIncIrIpeICBOIEICIB坐標(biāo)：坐標(biāo)：發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)集集電電結(jié)結(jié)發(fā)發(fā)射射極極集集電電極極基極基極We0WbWc一

6、、一、少數(shù)載流子分布少數(shù)載流子分布（1 1）基區(qū)）基區(qū)“少子少子”電電子密度分布子密度分布 00011BCBEqVqVbkTkTbbnbnbbbbnbWxxneshneshLLnxnWshLWB0nB(x)3.3 晶體管的直流電流增益一、一、少數(shù)載流子分布少數(shù)載流子分布（2）發(fā)射區(qū)少數(shù)載）發(fā)射區(qū)少數(shù)載流子分布流子分布x0pE(x) 001pEbex LqVkTEEEpxppee3.3 晶體管的直流電流增益一、一、少數(shù)載流子分布少數(shù)載流子分布（3）、集電區(qū)少數(shù)載）、集電區(qū)少數(shù)載流子分布流子分布x0pC(x) 001pCbcx LqVkTCCCpxppee3.3 晶體管的直流電流增益二、電流密度分

7、布函數(shù) 0011 cscbebcqVkTqVkTnBBBBnEnBnBnBnBqD nWWjjecthehLLL 011bebcqVkTqVkTBnBnBnBBnBnBBnBWxxechechLLqD njxLsh WL 01 csc1 cbebcqVkTqVkTnBBBBncnBBnBnBnBqD nWWjjWehethLLL 3.3 晶體管的直流電流增益 001bepEEqVkTpEpEpEq DpjjeL 001bcpCCqVkTpCpCpCq DpjjeL3.3 晶體管的直流電流增益3.3 晶體管的直流電流增益三、直流電流增益1.發(fā)射效率02.基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)*011peneII01rbn

8、eII 3.3 晶體管的直流電流增益3、共基極電流增益22002222222211122(1)1 () 111221 12peBbbbpeBbnbnbEenbnbEebebbebnbbenbbeebbbenbD N WWWD N WLD N WLD N WWWWWLWLWWWWL 或者或者 4、共射極電流增益3.3 晶體管的直流電流增益3.3.2 緩變基區(qū)晶體管的電流增益緩變基區(qū)晶體管的電流增益一、緩變基區(qū)晶體管基區(qū)自建電場(chǎng)一、緩變基區(qū)晶體管基區(qū)自建電場(chǎng)對(duì)載流子的影響基區(qū)自建電場(chǎng)多子：維持分布少子：阻滯、加速3.3 晶體管的直流電流增益（1）基區(qū)自建電場(chǎng)計(jì)算公式（2）基區(qū)雜質(zhì)分布指數(shù)近似 1B

9、BBdNxkTExqNxdx 0 : : 0n 0lBBxWBBBBBNxNeNNNW其中：基區(qū)發(fā)射結(jié)邊界處雜質(zhì)濃度基區(qū)電場(chǎng)因子（無量綱） BBkTExqW 二、發(fā)射區(qū)自建電場(chǎng)發(fā)射區(qū)自建電場(chǎng) 1EEEdNxkTExqNxdx 3.3 晶體管的直流電流增益 三、緩變基區(qū)晶體管電流增益推導(dǎo)思路三、緩變基區(qū)晶體管電流增益推導(dǎo)思路A、先忽略基區(qū)中少子復(fù)合。B、利用： “電流電流 少子擴(kuò)散電流在自建電場(chǎng)作用下的漂少子擴(kuò)散電流在自建電場(chǎng)作用下的漂移電流移電流” 關(guān)系，得到基區(qū)和發(fā)射區(qū)少子密度分布函數(shù)= 0123xnB(x)基區(qū)少子分布：( )( )( )bWnbbbxnbbJn xNx dxqD Nx(3

10、.3.46) 當(dāng)基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)分布時(shí)-()( )1BBWxWnbBbnbJWn xeqD(3.3.47) 48. 3 . 3002kTqVWBinbnbneBEbedxxNnqDJJ 203.3.55BEepeiqVkTpeWEqD nJeNx dx根據(jù)根據(jù)(3.3.46)(3.3.46)，利用，利用 2000,0/BEqVkTbbBibnn eNnn類似可得到類似可得到3.3 晶體管的直流電流增益C、利用 把(3.3.47)代入得到基區(qū)復(fù)合電流 0bWbrbnbnxIAqdx22221()nbnnebrbbnbnebeAJ WI WIDLD、引入平均雜質(zhì)濃度平均雜質(zhì)濃度的概念求出 jne 和

11、jpe ，得到發(fā)射效率E、得到共基極和共射極 電流放大系數(shù)3.3 晶體管的直流電流增益四、電流增益四、電流增益（1）發(fā)射效率3.3 晶體管的直流電流增益（2）輸運(yùn)系數(shù) 2 1101Bx WBBNxNee均勻基區(qū)晶體管 ：= 2基區(qū)雜質(zhì)線性分布：= 4基區(qū)雜質(zhì)指數(shù)近似：(0)bbbbWxNNW3.3 晶體管的直流電流增益（3）共基極電流增益（4）共射極電流增益1201ebbnbRWRL發(fā)射效率與均勻基區(qū)形式相同發(fā)射效率與均勻基區(qū)形式相同3.3 晶體管的直流電流增益3.3.3 提高放大系數(shù)的途徑提高放大系數(shù)的途徑1、減小基區(qū)寬度 2、提高發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度與基區(qū)雜質(zhì)濃度比NE/NB 3、提高基區(qū)電場(chǎng)

12、因子4、提高基區(qū)“少子”壽命l3.3.4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11nenepereenepereneneIIIIIIIIII2. 發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)對(duì)電流放大系數(shù)的影響發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng)對(duì)電流放大系數(shù)的影響發(fā)射區(qū)過重的摻雜不僅不能提高發(fā)射效率，反而使發(fā)射效率降低發(fā)射區(qū)過重的摻雜不僅不能提高發(fā)射效率，反而使發(fā)射效率降低1）形成雜質(zhì)帶尾，禁帶變窄）形成雜質(zhì)帶尾，禁帶變窄gggEEE3316EgsSNqEkT發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低為發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低為: 22expieffEEgienNxNxNxEkTn

13、DeffDiigNNnnE2發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低，導(dǎo)致發(fā)射效率下降。發(fā)射區(qū)有效雜質(zhì)濃度降低，導(dǎo)致發(fā)射效率下降。2）俄歇復(fù)合）俄歇復(fù)合111pTA發(fā)射區(qū)少子空穴壽命發(fā)射區(qū)少子空穴壽命 隨著俄歇復(fù)合壽命隨著俄歇復(fù)合壽命 而而。 俄歇復(fù)合通過復(fù)合中心復(fù)合pASiNnCnA201少子空穴壽命縮短使注入到發(fā)射區(qū)的空穴增加，發(fā)射效率少子空穴壽命縮短使注入到發(fā)射區(qū)的空穴增加，發(fā)射效率。 *01nerbsbrbsbneneneIIIIIIII 表面復(fù)合對(duì)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的影響可表示為表面復(fù)合對(duì)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)的影響可表示為*0212bSbnbenbWSA WLA D *0210BbSbnbenbBWSA W NLA

14、 D N 對(duì)均勻基區(qū)對(duì)均勻基區(qū)對(duì)緩變基區(qū)對(duì)緩變基區(qū)S為表面復(fù)合速率體復(fù)合體復(fù)合 表面復(fù)合表面復(fù)合3.基區(qū)表面復(fù)合基區(qū)表面復(fù)合 共射極輸出特性曲線上共射極輸出特性曲線上 VBC 0 點(diǎn)的切點(diǎn)的切線與線與 VCE 軸負(fù)方向交于一點(diǎn)，該點(diǎn)電壓軸負(fù)方向交于一點(diǎn)，該點(diǎn)電壓稱為稱為Early電壓，電壓，ICVCEVEAIB增大001CEEAVV基區(qū)有效寬度隨集電結(jié)偏壓而變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度調(diào)變基區(qū)有效寬度隨集電結(jié)偏壓而變化的現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)（厄爾利效應(yīng)）效應(yīng)（厄爾利效應(yīng)）4. 基區(qū)寬變效應(yīng)基區(qū)寬變效應(yīng)有寬變效應(yīng)的電流放大系數(shù)：有寬變效應(yīng)的電流放大系數(shù)：ecII00001cecIIIecii1bc

15、II0bcii3.4.2 晶體管的反向晶體管的反向電流電流一、定義一、定義 晶體管某二個(gè)電極間加反向電壓，另一電極開路時(shí)流過管中晶體管某二個(gè)電極間加反向電壓，另一電極開路時(shí)流過管中的電流稱其的電流稱其反向電流反向電流。1、IEBO：集電極極開路，發(fā)射極與基極間反偏，流過發(fā)射結(jié)的電流。：集電極極開路，發(fā)射極與基極間反偏，流過發(fā)射結(jié)的電流。2、ICBO：發(fā)射極開路，集電極和基極間反偏，流過集電結(jié)的電流。：發(fā)射極開路，集電極和基極間反偏，流過集電結(jié)的電流。3、ICEO：基極開路，發(fā)射極和集電極間反偏，流過發(fā)射極和集電極的電流：基極開路，發(fā)射極和集電極間反偏，流過發(fā)射極和集電極的電流。IVIeboIV

16、IcboIVIceo二、反向電流的來源二、反向電流的來源實(shí)際的晶體管反向電流應(yīng)包括反向擴(kuò)散電流，勢(shì)壘產(chǎn)實(shí)際的晶體管反向電流應(yīng)包括反向擴(kuò)散電流，勢(shì)壘產(chǎn)生電流和表面漏電流。生電流和表面漏電流。l對(duì)對(duì)Ge管：主要是反向擴(kuò)散電流管：主要是反向擴(kuò)散電流l對(duì)對(duì)Si管：主要是管：主要是勢(shì)壘產(chǎn)生電流勢(shì)壘產(chǎn)生電流，表面電流視工藝而定，表面電流視工藝而定0CECBOIII0BICECEOIII0000CECECBIII000(1)CECBII000001(1)1CECBCBIII共射極接法，信號(hào)放大的同時(shí)，共射極接法，信號(hào)放大的同時(shí)，相應(yīng)的漏電流也增大了相應(yīng)的漏電流也增大了 倍倍(1)定義：某一極開路，另二極所能

17、承受的最大反向電壓定義：某一極開路，另二極所能承受的最大反向電壓 ：集電極開路時(shí)e-b間反向擊穿電壓 ：發(fā)射極開路時(shí)c-b間反向擊穿電壓 ：基極開路時(shí)e-c間所能承受的最高反向電壓 3.4.4 基極電阻基極電阻 基極電流為橫向電流，基基極電流為橫向電流，基區(qū)摻雜濃度低，且很薄，區(qū)摻雜濃度低，且很薄，這個(gè)電阻不可忽略。這個(gè)電阻不可忽略。 基極電阻基極電阻r rb b： 擴(kuò)展電阻，包括基區(qū)擴(kuò)展電阻，包括基區(qū)體電阻和基極電極引出線體電阻和基極電極引出線處接觸電阻。處接觸電阻。2120lg(dB)20lg(dB)6 6分貝倍頻程段分貝倍頻程段 （頻率增減一倍，放大系數(shù)（頻率增減一倍，放大系數(shù)變化變化6

18、dB6dB）6 6分貝倍頻程段分貝倍頻程段 常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是常數(shù)，這個(gè)常數(shù)就是 （增益增益帶寬積帶寬積）TfffTf3.5 雙極晶體管直流伏安特性雙極晶體管直流伏安特性3.5.1 均勻基區(qū)晶體管直流伏安特性 000,0coth1csc1,csc1coth1BCBEBCBEqVqVnbbbbkTkTnbnbnbnbqVqVnbbbbkTkTbnbbnbnbnbqD nWWxJeheLLLqD nWWxWJWheeLLL0,11BEBCqVpeekTepeepeepeqVpccokTpccpcqD pWLxJxeLqD pJxeL發(fā)射結(jié)空穴電流集電結(jié)空穴電流 bnbbnbnbbnbbcecpcp

19、cepepebnbncnbneWLLWhWLLWLWAAAxJJxJJWJJJJnbbcsc,coth,;,0:假設(shè)1 . 5 . 3111csc1coth000000kTqVbbnbkTqVPEepebbnbkTqVnbbnbbnbkTqVPEnpenbbnbbnbPENEEEBCBEBCBEeWnqDeLpqDWnqDAeLWhLnqDAeLpqDLWLnqDAJJAI于是得到發(fā)射極電流00000csc1coth111BEBCBCBEqVnbbobkTCCncpcnbnbqVpccnbbbkTnbnbpcqVqVpccnbbnbbkTkTbbpcqD nWIAJJAheLLqD pqD n

20、WAeLLLqD pqD nqD nAeeWWL 3.5.2集電極電流4 . 5 . 313 . 5 . 31,0,0000000pccpcbbnbkTqVbbnbCbbnbkTqVpeepebbnbEBCBCBELpqDWnqDeWnqDAIWnqDeLpqDWnqDAIqkTVVVBEBE上式簡(jiǎn)化為放大狀態(tài)時(shí)CEBECIIIII,分析可知下的直流特性方程上式為晶體管放大狀態(tài)3.5.2 Ebers-Moll 模型模型 EbersEbers-Moll-Moll模型是一模型是一種適用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)種適用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)(CAD)的表述簡(jiǎn)單的模型，的表述簡(jiǎn)單的模型，它于它于195419

21、54年由此二人提出，年由此二人提出，適用于圖適用于圖2-622-62所示的所有所示的所有工作區(qū)。工作區(qū)。 * 薄基區(qū)導(dǎo)致兩個(gè)結(jié)的相互作用，流過每個(gè)結(jié)的電流都應(yīng)由兩個(gè)結(jié)上的電壓所決定。000113.5.1BCBEqVqVpeenbbnbbkTkTEbPEbqD pqD nqD nIAeeWLW 000113.5.2BCBEqVqVpccnbbnbbkTkTCbbpcqD pqD nqD nIAeeWWL 1. E-M1. E-M 方程方程將雙極晶體管的電流看成一個(gè)正向晶體管和一個(gè)倒向晶體管將雙極晶體管的電流看成一個(gè)正向晶體管和一個(gè)倒向晶體管疊加后各自所具有的電流并聯(lián)而成疊加后各自所具有的電流并聯(lián)

22、而成正向晶體管0, 0BCBEVV倒向晶體管0, 0BEBCVV1. E-M1. E-M 方程方程5 . 5 . 3EFCFFII6 . 5 . 31FkTqVESEFIeIIBE7 . 5 . 31kTqVESFEFFCFBEeIIIIES是C結(jié)短路，E結(jié)的反向飽和電流對(duì)正向晶體管對(duì)正向晶體管：對(duì)比式（3.5.1）8 . 5 . 300peepebbnbESLpqDWnqDAIE結(jié)正偏，C結(jié)零偏，正向電流增益同理，對(duì)倒向晶體管同理，對(duì)倒向晶體管9 . 5 . 3ERCRRII10. 5 . 31RkTqVCSERIeIIBC11. 5 . 31kTqVCSRERRCRBCeIIIICS是E結(jié)

23、短路， C 結(jié)的反向飽和電流對(duì)比式（3.5.2）12. 5 . 300pCCpCbbnbCSLpqDWnqDAIC結(jié)正偏， E結(jié)零偏反向電流增益13. 5 . 3RRFCREFEIIIII14. 5 . 3EREFFERCFCIIIII由圖16. 5 . 311kTqVCSkTqVESFCBCBEeIeII代入式（3.5.6）、（3.5.10）得E-M方程15. 5 . 311kTqVCSRkTqVESEBCBEeIeII等效電路見圖對(duì)照式（3.5.1）、 （3.5.2）得E-M方程互易定理17. 5 . 30bbnbCSRESFWnqDAII實(shí)際器件中ESCSRFII，故有一般 互易定理的本

24、質(zhì)是互易定理的本質(zhì)是：ebeb 結(jié)與結(jié)與cbcb 結(jié)有共同部分（基區(qū)），結(jié)有共同部分（基區(qū)），無論哪個(gè)結(jié)短路，另一個(gè)結(jié)的反向飽和電流都含有共同的無論哪個(gè)結(jié)短路，另一個(gè)結(jié)的反向飽和電流都含有共同的基區(qū)少子擴(kuò)散電流基區(qū)少子擴(kuò)散電流2. EM1模型模型式（3.5.15）、（3.5.16）是以晶體管某一極短路時(shí)的反向飽和電流來表示端電流的EM方程；同樣也可以某一極開路時(shí)的反向飽和電流 來表示EM方程00,CBEBII(1)(1)CEqVqVKTKTFESCSIeIe1EqVkTEEBOIIe1EBORFESII 1EBOESRFII 上式又可寫為01111EEECqVkTqVkTEESRFESqVkT

25、RFESIIIeIeIe 于是得到得及由且有15. 5 . 316. 5 . 3, 0, 0qkTVVIBEBEC對(duì) 有:0EBI對(duì) 有0CBI得及由且有15. 5 . 316. 5 . 3, 0, 0qkTVVIBCBCE19. 5 . 310CSRFCBII即01CBCSFRII 集電結(jié)（發(fā)射結(jié)）短路時(shí)的發(fā)射結(jié)（集電結(jié)）飽和電流等集電結(jié)（發(fā)射結(jié)）短路時(shí)的發(fā)射結(jié)（集電結(jié)）飽和電流等于集電結(jié)（發(fā)射結(jié)）開路時(shí)的發(fā)射結(jié)（集電結(jié)）飽和電流于集電結(jié)（發(fā)射結(jié)）開路時(shí)的發(fā)射結(jié)（集電結(jié)）飽和電流除以除以 (1RF) ，一般，一般RF均小于均小于1，I IEB0EB0,I,ICB0CB0都小于都小于I IES

26、ES,I,ICSCS上述二式均可等效為一個(gè)電流源與一個(gè)二極管并聯(lián)：上述二式均可等效為一個(gè)電流源與一個(gè)二極管并聯(lián)：013.5.22BEqVkTERCEBIIIe23. 5 . 310kTqVCBEFCBCeIII代入式 （3.5.15）、（3.5.16）得一、晶體管的工作狀態(tài)一、晶體管的工作狀態(tài) 晶體管的工作狀態(tài)完全晶體管的工作狀態(tài)完全由直流偏置情況決定，如圖由直流偏置情況決定，如圖可分為三個(gè)區(qū)。當(dāng)晶體管處可分為三個(gè)區(qū)。當(dāng)晶體管處于倒向運(yùn)用狀態(tài)時(shí)，也同樣于倒向運(yùn)用狀態(tài)時(shí)，也同樣存在以上三個(gè)區(qū)，但截止區(qū)存在以上三個(gè)區(qū)，但截止區(qū)和飽和區(qū)是一樣的。只注意和飽和區(qū)是一樣的。只注意反向放大區(qū)即可。反向放大

27、區(qū)即可。3.6 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性各工作區(qū)中結(jié)的偏置情況和電流關(guān)系各工作區(qū)中結(jié)的偏置情況和電流關(guān)系工作區(qū)工作區(qū)正向放大區(qū)正向放大區(qū)反向放大區(qū)反向放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)發(fā)射結(jié)偏置發(fā)射結(jié)偏置VBE0（正偏）（正偏）VBE0（正偏）（正偏）VBE0(反偏反偏)集電結(jié)偏置集電結(jié)偏置VBC0(正偏）正偏）VBC=0（正偏）（正偏）VBC0（反偏）（反偏）電流關(guān)系電流關(guān)系ICIbICR IbICVBB+VBE時(shí)時(shí) IBIBS 時(shí)時(shí)V Vcccc,V,VBBBB為集電極和發(fā)為集電極和發(fā)射極的反向偏置電壓。射極的反向偏置電壓。R RL L：負(fù)載電阻：負(fù)載電阻 當(dāng)當(dāng)V VI I為負(fù)脈沖或零

28、時(shí)為負(fù)脈沖或零時(shí) 當(dāng)當(dāng)V VI I為為VVBBBB的正脈的正脈 沖信號(hào)時(shí)沖信號(hào)時(shí)小結(jié)：飽和態(tài)晶體管的特點(diǎn)：(1)飽和電流CCCSLVIRCSBIIS 飽和深度 與飽和深度有關(guān)飽和壓降小：,3 . 02 . 02VVces VVVVVVbcbesces5 . 0,7 . 0,3 . 02 . 03集電結(jié)正偏，(4)產(chǎn)生超量貯存電荷 在放大電路中，晶體管作為放大元件；但在邏輯電路中，在放大電路中，晶體管作為放大元件；但在邏輯電路中，晶體管是作為晶體管是作為開關(guān)元件開關(guān)元件的。的。二、晶體管的開關(guān)作用（以共射極電路為例）二、晶體管的開關(guān)作用（以共射極電路為例）截止區(qū)截止區(qū)-關(guān)態(tài)關(guān)態(tài) 飽和區(qū)飽和區(qū)-開

29、態(tài)開態(tài)三、正向壓降和飽和壓降三、正向壓降和飽和壓降如圖：定義Vbes：晶體管驅(qū)動(dòng)到飽和時(shí)，：晶體管驅(qū)動(dòng)到飽和時(shí)，be間電壓降稱為間電壓降稱為共射極正向壓降共射極正向壓降。 Vces：晶體管驅(qū)動(dòng)到飽和時(shí)，：晶體管驅(qū)動(dòng)到飽和時(shí)，ce間電壓降成為間電壓降成為共射極飽和壓降共射極飽和壓降。 beseb be esVVI rI rcesee VV Icesc csVrI r很小集電區(qū)體電阻壓降四、晶體管的開關(guān)過程四、晶體管的開關(guān)過程1 1、延遲過、延遲過程程2 2、上升過、上升過程程3 3、貯存過、貯存過程程4 4、下降過、下降過程程晶體管開關(guān)的實(shí)際波形晶體管開關(guān)的實(shí)際波形1 1、延遲過程、延遲過程2

30、2、上升過程、上升過程3 3、貯存過程、貯存過程4 4、下降過程、下降過程五、開關(guān)時(shí)間五、開關(guān)時(shí)間l1、延遲時(shí)間、延遲時(shí)間l2、上升時(shí)間、上升時(shí)間l3、貯存時(shí)間、貯存時(shí)間l4、下降時(shí)間、下降時(shí)間l5、開啟時(shí)間、開啟時(shí)間l6、關(guān)斷時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間六、開關(guān)速度的提高六、開關(guān)速度的提高 ts最關(guān)鍵最關(guān)鍵3.7 小結(jié)：小結(jié)：BJT的特點(diǎn)的特點(diǎn)優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)垂直結(jié)構(gòu)垂直結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)時(shí)間相關(guān)的尺與輸運(yùn)時(shí)間相關(guān)的尺寸由工藝參數(shù)決定，寸由工藝參數(shù)決定，與光刻尺寸關(guān)系不大與光刻尺寸關(guān)系不大易于獲易于獲得高得高fT高速高速應(yīng)用應(yīng)用整個(gè)發(fā)射結(jié)整個(gè)發(fā)射結(jié)上有電流流上有電流流過過可獲得單位面積可獲得單位面積的大輸出電流的大輸出電

31、流易于獲得易于獲得大電流大電流大功率大功率應(yīng)用應(yīng)用開態(tài)電壓開態(tài)電壓VBE與尺寸、與尺寸、工藝無關(guān)工藝無關(guān)片間漲落小，可獲片間漲落小，可獲得小的電壓擺幅得小的電壓擺幅易于小信易于小信號(hào)應(yīng)用號(hào)應(yīng)用模擬電模擬電路路輸入電容由輸入電容由擴(kuò)散電容決擴(kuò)散電容決定定隨工作電流的減隨工作電流的減小而減小小而減小可同時(shí)在大或小的電可同時(shí)在大或小的電流下工作而無需調(diào)整流下工作而無需調(diào)整輸入電容輸入電容輸入電壓直接控制提供輸入電壓直接控制提供輸出電流的載流子密度輸出電流的載流子密度高跨導(dǎo)高跨導(dǎo)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在直流輸入電存在直流輸入電流，基極電流流，基極電流功耗大功耗大飽和區(qū)中存儲(chǔ)電飽和區(qū)中存儲(chǔ)電荷上升荷上升開關(guān)速度

32、慢開關(guān)速度慢開態(tài)電壓無法成開態(tài)電壓無法成為設(shè)計(jì)參數(shù)為設(shè)計(jì)參數(shù)3.8 先進(jìn)的雙極工藝先進(jìn)的雙極工藝雙極型的一個(gè)重要特點(diǎn)是縱向尺寸無法跟橫向雙極型的一個(gè)重要特點(diǎn)是縱向尺寸無法跟橫向尺寸成正比縮減，這使得雙極工藝始終落后于尺寸成正比縮減，這使得雙極工藝始終落后于MOS一到二代。一到二代。BJT最重要的是最重要的是和和截止頻率截止頻率l截止頻率截止頻率：Wb,寄生結(jié)電容寄生結(jié)電容l：發(fā)射區(qū)摻雜濃度：發(fā)射區(qū)摻雜濃度/基區(qū)摻雜濃度基區(qū)摻雜濃度注入效率注入效率 但是，基區(qū)摻雜濃度太低容易發(fā)生基區(qū)穿通，但是，基區(qū)摻雜濃度太低容易發(fā)生基區(qū)穿通，所以一般提高發(fā)射區(qū)摻雜濃度，但發(fā)射區(qū)濃度太高，所以一般提高發(fā)射區(qū)摻雜濃度，但發(fā)射區(qū)濃度太高，雜質(zhì)高度簡(jiǎn)并，會(huì)使雜質(zhì)高度簡(jiǎn)并，會(huì)使Eg ，少子