最新半導(dǎo)體理器件物課件

1、第三章第三章 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)基本工作原理基本工作原理理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程緩變基區(qū)晶體管緩變基區(qū)晶體管基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流密聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流密聚基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)混接混接 型等效電路型等效電路 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性擊穿電壓擊穿電壓雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 1947.12.231947.12.23日第一只點(diǎn)接觸晶體管誕生日第一只點(diǎn)接觸晶體管誕生-bel-bell lab.(bardeenl lab.(bard

2、een、shockleyshockley、brattain)brattain) 1949 1949年提出年提出pnpn結(jié)和雙極結(jié)型晶體管理論結(jié)和雙極結(jié)型晶體管理論-bel-bell lab.(shockley)l lab.(shockley)19511951年制造出第一只鍺結(jié)型晶體管年制造出第一只鍺結(jié)型晶體管-bell la-bell lab.(shockley) b.(shockley) 1956 1956年制造出第一只硅結(jié)型晶體管年制造出第一只硅結(jié)型晶體管- -美德州美德州儀器公司（儀器公司（titi） 19561956年年bardeenbardeen、shockleyshockley、b

3、rattainbrattain獲諾獲諾貝爾獎(jiǎng)貝爾獎(jiǎng) 19561956年中國制造出第一只鍺結(jié)型晶體管年中國制造出第一只鍺結(jié)型晶體管- -（吉林大學(xué)（吉林大學(xué) 高鼎三）高鼎三） 19701970年硅平面工藝成熟，雙極結(jié)型晶體管大年硅平面工藝成熟，雙極結(jié)型晶體管大批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)發(fā)展歷史發(fā)展歷史雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.13.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu) 1.1.雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：雙極型晶體管有兩種基本結(jié)構(gòu)：pnp pnp 型和型和 npn npn 型型雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.13.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu) 2.2.雙極型晶體管工藝復(fù)合圖雙極型

4、晶體管工藝復(fù)合圖雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.13.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)4)光刻硼擴(kuò)散窗口光刻硼擴(kuò)散窗口 1 1）襯底制備）襯底制備 襯底為低阻n型硅，電阻率在 左右，沿（111）面切成厚約 的圓片，研磨拋光到表面光亮如鏡。cm001. 0m4003.3.制造工藝制造工藝2 2）外延）外延 外延層為n型，按電參數(shù)要求確定其電阻率及厚度。 3 3）一次氧化）一次氧化 高溫生長的氧化層用來阻擋硼、磷等雜質(zhì)向硅中擴(kuò)散，同時(shí)也起表面鈍化作用。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.13.1雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極結(jié)型晶體管的結(jié)構(gòu)5 5）硼擴(kuò)散和二次氧化）硼擴(kuò)散和二次氧化 硼擴(kuò)散后在外延

5、層上形成p型區(qū)，熱生長的氧化層用來阻擋磷向硅中擴(kuò)散，并起鈍化作用。6 6）光刻磷擴(kuò)散窗口）光刻磷擴(kuò)散窗口 7)磷擴(kuò)散和三次氧化磷擴(kuò)散和三次氧化 磷擴(kuò)散后在p型區(qū)磷雜質(zhì)補(bǔ)償硼而形成n+區(qū)，熱氧化層用作金屬與硅片間電絕緣介質(zhì)。8)光刻發(fā)射極和基極接觸孔光刻發(fā)射極和基極接觸孔9） 蒸發(fā)鋁蒸發(fā)鋁 10）在鋁上光刻出電極圖形）在鋁上光刻出電極圖形 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.3.2 2基本工作原理基本工作原理 ebbeevvvvcbbccvvvv0,0ecvv 雙極晶體管四種工作模式（工作區(qū)）雙極晶體管四種工作模式（工作區(qū)）基極對集電極電壓基極對發(fā)射極電壓（1）正向有源模式： （2）反向有源模式：

6、（3）飽和模式： （4）截止模式： 0,0ecvv 0,0ecvv 0,0ecvv 加在各加在各 pn 結(jié)上的電壓為結(jié)上的電壓為根據(jù)兩個(gè)結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有根據(jù)兩個(gè)結(jié)上電壓的正負(fù)，晶體管有 4 種工作狀態(tài)，種工作狀態(tài)，雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 3.2.13.2.1共基極連接晶體管的放大作用共基極連接晶體管的放大作用 晶體管共基極放大電路圖3 - 6 （ a）npn beqv bcqv e b c （b） 圖圖3-6 3-6 （b b）npnnpn晶體管共基極能帶圖晶體管共基極能帶圖 晶體管放大電路有兩種基本類型：共基極接法 與 共發(fā)射極接法 。雙極結(jié)

7、型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 3.2.23.2.2電流分量電流分量 從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)中的電子流。從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)中的電子流。到達(dá)集電結(jié)的電子流。到達(dá)集電結(jié)的電子流。 基區(qū)注基區(qū)注入電子通過基區(qū)時(shí)復(fù)合所引起的復(fù)入電子通過基區(qū)時(shí)復(fù)合所引起的復(fù)合電流合電流從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴電流從基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴電流發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流。發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合電流。集電結(jié)反向電流，它包括集電結(jié)反集電結(jié)反向電流，它包括集電結(jié)反向飽和電流和集電結(jié)空間電荷區(qū)產(chǎn)向飽和電流和集電結(jié)空間電荷區(qū)產(chǎn)生電流生電流。 neincincneiipeirgi0ci雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型

8、晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 3.2.23.2.2電流分量電流分量 rgpeneeiiii（3-2-1） 0cncnergpebiiiiii（3-2-2） 0cncciii（3-2-3） 0bceiii（3-2-4） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 為描述晶體管的增益特性引進(jìn)以下物理量 發(fā)射極注射效率 （3-2-5） （3-2-7） 基區(qū)輸運(yùn)因子 共基極直流電流增益 neneenepergiiriiiitnctneiiecciii0（3-2-6） 3.2.3.3.2.3.電流增益電流增益 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工

9、作原理 （3-2-8） （3-2-10） 利用（3-3）式，（3-7）式可以改寫成 考慮到集電結(jié)正反兩種偏壓條件 的完全表達(dá)式為 trgpenenciiii0ceciii（3-2-9） ci01ctvvceciiie 3.2.3.3.2.3.電流增益電流增益 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 vcb （v） 0 2 4 6 8 10 ic （ma） 2 4 6 8 10 maie0 10 6 8 4 2 有源區(qū) 飽和區(qū) 截止區(qū) ic （ma） 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8 10 vce （v） aib0 125 75 100 50 25 （a）

10、（b） 圖圖3-8 3-8 集電結(jié)電流集電結(jié)電流電壓特性：（電壓特性：（a a）共基極情形，（）共基極情形，（b b）共發(fā)射極情形）共發(fā)射極情形 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 式中定義式中定義 共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法 0cbcciiii（3-2-11） 0011cebfecbciihiii（3-2-12） 1feh100cceii（3-2-13） （3-2-14） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.23.2基本工作原理基本工作原理 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求掌握四個(gè)概念：發(fā)射效率、基區(qū)輸運(yùn)因子、共基極電流增益、共發(fā)射極電流掌握四個(gè)概念：發(fā)射效率、基區(qū)輸運(yùn)因子、共基極電

11、流增益、共發(fā)射極電流增益增益了解典型了解典型bjtbjt的基本結(jié)構(gòu)和工藝過程。的基本結(jié)構(gòu)和工藝過程。掌握掌握bjtbjt的四種工作模式。的四種工作模式。畫出畫出bjtbjt電流分量示意圖，寫出各極電流及其相互關(guān)系公式。電流分量示意圖，寫出各極電流及其相互關(guān)系公式。分別用能帶圖和載流子輸運(yùn)的觀點(diǎn)解釋分別用能帶圖和載流子輸運(yùn)的觀點(diǎn)解釋bjtbjt的放大作用。的放大作用。為什么公式（為什么公式（3-2-93-2-9）可以寫成公式（）可以寫成公式（3-2-103-2-10）。）。解釋理想解釋理想bjtbjt共基極連接正向有源模式下集電極電流與集電壓無關(guān)的現(xiàn)象。共基極連接正向有源模式下集電極電流與集電壓

12、無關(guān)的現(xiàn)象。解釋理想解釋理想bjtbjt共發(fā)射極連接正向有源模式下集電極電流與集電極發(fā)射極間共發(fā)射極連接正向有源模式下集電極電流與集電極發(fā)射極間的電壓無關(guān)的現(xiàn)象。的電壓無關(guān)的現(xiàn)象。解釋理想解釋理想bjtbjt共基極連接和共發(fā)射極連接的輸出特性曲線。共基極連接和共發(fā)射極連接的輸出特性曲線。 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸（1）各區(qū)雜質(zhì)都是均勻分布的，因此中性區(qū)不存在內(nèi)建電場；）各區(qū)雜質(zhì)都是均勻分布的，因此中性區(qū)不存在內(nèi)建電場；（2）結(jié)是理想的平面結(jié)，載流子作一維運(yùn)動(dòng)；）結(jié)是理想的平面結(jié)，載流子作一維運(yùn)動(dòng)；（3）橫向尺寸遠(yuǎn)大于基

13、區(qū)寬度，并且不考慮邊緣效應(yīng)，所以載流）橫向尺寸遠(yuǎn)大于基區(qū)寬度，并且不考慮邊緣效應(yīng)，所以載流 子運(yùn)動(dòng)是一維的；子運(yùn)動(dòng)是一維的；（4）基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度；）基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度；（5）中性區(qū)的電導(dǎo)率足夠高，串聯(lián)電阻可以忽略，偏壓加在結(jié)空間電荷區(qū)上；）中性區(qū)的電導(dǎo)率足夠高，串聯(lián)電阻可以忽略，偏壓加在結(jié)空間電荷區(qū)上；（6）發(fā)射結(jié)面積和集電結(jié)面積相等；）發(fā)射結(jié)面積和集電結(jié)面積相等；（7）小注入，等等）小注入，等等 3.3.13.3.1電流傳輸電流傳輸 理想晶體管的主要假設(shè)及其意義：理想晶體管的主要假設(shè)及其意義：雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)

14、型晶體管中的電流傳輸adnn x ew 0 bx cx 圖 3-10 各區(qū)均勻摻雜npn晶體管的雜質(zhì)分布 ex 3.3.13.3.1電流傳輸電流傳輸 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸邊界條件為：邊界條件為： 中性基區(qū)（中性基區(qū)（0 0 ）少子電子分布及其電流）少子電子分布及其電流： xbx nbnbvvppplxlxxennxntesinhsinh100nbnvvplxlxentcsinhsinh100022npppnnndxndd（3-3-1） tevvppenn00 tcvvpbpenxn0（3-3-2） （3-3-4）

15、3.3.13.3.1電流傳輸電流傳輸 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸1.1.電子電流電子電流 （3-3-5）（3-3-6） 0 xpnnedxxdnqadi1sinh110tctevvnbvvnbnpnneelxelxcthlndqai）（ bxxpnncdxxdnqadi0111sinh()ctetnpvvvvbbnnnd nxqaecthexlll 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸2.2.發(fā)射區(qū)少子空穴分布及其電流：發(fā)射區(qū)少子空穴分布及其電流： 邊邊界條

16、條件： （3-3-7-3-3-10） （3-3-11） tevveeeepwp00eeepxp peeepeevveeelwxlxxeppxptesinhsinh1000ctvvcccpxp e 0ccpp 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸 若若 ，（，（3-23a3-23a）式可以寫作：）式可以寫作： （3-3-12） （3-3-13） expel evveeexxeppxpte1100空穴電流為：空穴電流為：12tevvedeipeexnnqad 0011eetvveeeeexxpxppexw1eteovvpeepeepi

17、wqadex 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸3.3.集電區(qū)少子空穴分布及其電流集電區(qū)少子空穴分布及其電流 邊界條件：邊界條件： （3-3-14） （3-3-16） tcvvcccepxp0 0ccpp pcctclxxvvccceeppxp100 01cpcctx xlvvcpcpcpcpixqadeel2()/1cpcctx xlvvipcdcpcnqadeenl（3-3-15） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸3.3.23.3.2正向有源模式正向有源模式

18、1.1.少數(shù)載流子分布少數(shù)載流子分布 nbnpnbnbvvppplxlxnlxlxxennxntesinhsinhsinhsinh1000（3-27a） 在在 的情的情況況下，（下，（3-27a3-27a）式）式簡簡化化 nblx bvvppxxenxnte10（3-27b） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸圖圖3-11 3-11 正向有源模式下晶體管各區(qū)少數(shù)載流子分布正向有源模式下晶體管各區(qū)少數(shù)載流子分布 正向有源模式下少數(shù)載流子分布曲線正向有源模式下少數(shù)載流子分布曲線雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體

19、管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸3.3.電流分量電流分量 1)1)發(fā)射區(qū)和收集區(qū)電子電流發(fā)射區(qū)和收集區(qū)電子電流： （3-3-18） 10tevvnbnpnneelxcthlnqadi1csc0tevvnbnpnncelxhlnqadi（3-3-19） nbtlxhsec（3-3-20） 若若 bxnl12tevvbainneexnnqadi（3-3-21） 22211nbtlx（3-3-22） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸2)2)發(fā)射區(qū)和收集區(qū)發(fā)射區(qū)和收集區(qū)空穴電流空穴電流 （3-3-23） 3 3）正偏壓發(fā)射

20、結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流：）正偏壓發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流： （3-3-24） 12tevvedeipepeexnnqadi20cipcpcpcpcdcpcpniqadqadlnl /202etvviereqanwie 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸（3-3-25） （3-3-26） rgncnepebiiiiitevvbei2220(1)22etetvvvvnbpeeideeanid xdwqaneenxn ln 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸4.4.晶體管

21、的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線 圖圖3-12 npn 3-12 npn 晶體管的靜態(tài)電流晶體管的靜態(tài)電流電壓特性電壓特性 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸5.5.共發(fā)射極電流增益共發(fā)射極電流增益 cbfeiih1crgcncnecpefeiiiiiiih1（3-3-27） tevvinebanbnedepebafeendwxnlxdxndxnh2022122雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸共發(fā)射極電流增益與工作電流的關(guān)系共發(fā)射極電流增益與工作電流的關(guān)系 圖

22、3-13 電流增益對集電結(jié)電流的依賴關(guān)系 10-9 10-1 10-7 10-5 10-3 102 101 100 10-1 hfe aic 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.33.3理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸理想雙極結(jié)型晶體管中的電流傳輸學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求導(dǎo)出基區(qū)輸運(yùn)因子表達(dá)式導(dǎo)出基區(qū)輸運(yùn)因子表達(dá)式理解理想雙極結(jié)型晶體管的基本假設(shè)及其意義。理解理想雙極結(jié)型晶體管的基本假設(shè)及其意義。寫出發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)少子滿足的擴(kuò)散方程并解之求出少子分布。寫出發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)少子滿足的擴(kuò)散方程并解之求出少子分布。掌握公式（掌握公式（3-3-63-3-6）、（）、（3-3-73-3-7）。這兩個(gè)公式有什

23、么樣的對稱關(guān)系？）。這兩個(gè)公式有什么樣的對稱關(guān)系？掌握正向有源模式基區(qū)輸運(yùn)因子公式。掌握正向有源模式基區(qū)輸運(yùn)因子公式。掌握正向有源模式基區(qū)電子電流公式（掌握正向有源模式基區(qū)電子電流公式（3-3-183-3-18）、（）、（3-3-193-3-19）、（）、（3-3-23-3-21 1）。）。解釋圖解釋圖3-123-12、圖、圖3-133-13。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程雙極晶體管有四種工作模式，取決于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置狀況。(1)(1)正向有源工作模式：正向有源工作模式： 0， 0 evcv tevvppenn00 0bpxn(2)(2)反向有

24、源工作模式：反向有源工作模式： 0 evcv 00 pntcvvpbpenxn0(3)(3)飽和工作模式：飽和工作模式： 0 0， 0 0evcv tevvppenn00 tcvvpbpenxn0(4) 截止工作模式截止工作模式: 0 0， 0 0evcv 00bppxnn3.4.13.4.1工作模式和少子分布工作模式和少子分布基區(qū)少子滿足的邊界條件為相應(yīng)的邊界條件為: 相應(yīng)的邊界條件為: 相應(yīng)的邊界條件為:雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程此外此外， 0eeepxptevveeeepwp0 0ccpp0正向有源飽 和截 止反向有源圖圖3-14 晶體管四

25、種不同工作模式對應(yīng)的少數(shù)載流子分布晶體管四種不同工作模式對應(yīng)的少數(shù)載流子分布/()0ctvvcccp xp e雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管對于 的情形（3-3-5)簡化為:3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程（在電路分析中，不考慮（3-3-5）式和（3-3-13）式中的負(fù)號）。0111sinhctetnpvvvvbnennbnd nxiqactheellxl（）21etvvipedeenqadenxpeeiwnblx 211ctetvvvvnineabqad nieen x（3-3-59） （3-3-13） 3.4.2 3.4.2 愛伯斯愛伯斯莫爾（莫爾（ebers-molleber

26、s-moll）方程）方程 發(fā)射極注入到基極的電子電流為:基極注入到發(fā)射極的空穴電流為:雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管暫時(shí)把發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流看作是外部電流，則暫時(shí)把發(fā)射結(jié)空間電荷區(qū)復(fù)合電流看作是外部電流，則nepeeiii111211tctevvvveaea（3-4-8） edepebanixndxndqana211bainxnnqada212用類似的方法得到用類似的方法得到112221tctevvvvceaeai其中其中 bainxnnqada221pcdcpcbanilndxndqana222（3-4-9） （3-4-10） （3-4-11） (3-40(3-40）和（）和（3-423

27、-42）稱為愛伯斯）稱為愛伯斯莫爾方程，簡稱為莫爾方程，簡稱為 e-m e-m 方程方程。 2112aa3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程式中式中雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管愛伯斯愛伯斯莫爾模型的等效電路圖莫爾模型的等效電路圖(a) 圖3-15 ebers-moll 模型 （a）npn一維晶體管，（b）將晶體管表示為有公共區(qū)域的背靠背連接的二極管，（c）ebers-moll 模型等效電路（c）f叫做正向共基極電流增益。r 叫做反向共基極電流增益。3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管根據(jù)圖3-14c可以寫出10tevvffeii10tcvvrre

28、ii（3-4-1） （3-4-2） 其中其中0fi和和0ri分別為兩個(gè)二極管反向飽和電流分別為兩個(gè)二極管反向飽和電流。端電流為：端電流為：rrfeiiirffciii（3-4-3） （3-4-4） 聯(lián)立（3-443-44），（），（3-453-45），（），（3-463-46）和（3-473-47）式得到1100tctevvrrvvfeeieii1100tctevvrvvffceieii（3-4-5） （3-4-6） （3-483-48）和（）和（3-493-49）式即）式即為為e-me-m方程方程3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管將（將（3-4-8）式

29、與（）式與（3-4-5）式比較，（）式比較，（3-4-10）式與（）式與（3-4-6）式比較，得到）式比較，得到（3-4-12） 022021012011rffrrfiaiaiaia由于由于 2112aa有有 00ffrrii（3-4-133-4-13）式稱為互易關(guān)系）式稱為互易關(guān)系。（3-4-13） 3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 以上討論的以上討論的e-me-m方程，只是一種非線性直流模型，方程，只是一種非線性直流模型，通常將它記為通常將它記為 模型。在模型。在 模型的基礎(chǔ)上模型的基礎(chǔ)上計(jì)及非線性電荷貯存效應(yīng)和歐姆電阻，就構(gòu)成第二級計(jì)及非線性電荷

30、貯存效應(yīng)和歐姆電阻，就構(gòu)成第二級復(fù)雜程度的復(fù)雜程度的 模型。第三級復(fù)雜程度的模型。第三級復(fù)雜程度的 模型則還包括多種二級效應(yīng)，如基區(qū)寬度調(diào)制，基區(qū)模型則還包括多種二級效應(yīng)，如基區(qū)寬度調(diào)制，基區(qū)展寬效應(yīng)以及器件參數(shù)隨溫度的變化等等。展寬效應(yīng)以及器件參數(shù)隨溫度的變化等等。 1me 1me 2me 3me 3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 了解了解e em m方程中四個(gè)參數(shù)的物理意義方程中四個(gè)參數(shù)的物理意義 根據(jù)根據(jù)e em m方程寫出四種模式下發(fā)射極電流和集電極電流表達(dá)式。方程寫出四種模式下發(fā)射極電流和集電極電流表達(dá)式。1100tctevvrrvvfeei

31、eii1100tctevvrvvffceieii（3-4-5） （3-4-6） 3.43.4愛伯斯愛伯斯- -莫爾方程莫爾方程學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求理解并記憶理解并記憶bjtbjt四種工作模式下的少子分布邊界條件四種工作模式下的少子分布邊界條件畫出畫出bjtbjt四種工作模式下少子分布示意圖。四種工作模式下少子分布示意圖。理解寫出方程（理解寫出方程（3-4-103-4-10）的根據(jù)。）的根據(jù)。根據(jù)愛拜耳斯根據(jù)愛拜耳斯莫爾模型的等效電路圖導(dǎo)出莫爾模型的等效電路圖導(dǎo)出e em m方程方程雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.53.5緩變基區(qū)晶體管緩變基區(qū)晶體管 均勻基區(qū)晶體管：均勻基區(qū)晶體管：基區(qū)摻基區(qū)摻雜為

32、均勻分布。少子在基區(qū)主雜為均勻分布。少子在基區(qū)主要作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，又稱為要作擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，又稱為 擴(kuò)散晶擴(kuò)散晶體管。體管。 1. 2n3866 1. 2n3866晶體管的雜質(zhì)分布：晶體管的雜質(zhì)分布：距離x （m）圖3-16 2n3866晶體管的雜質(zhì)分布 緩變基區(qū)晶體管：緩變基區(qū)晶體管：基基區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，區(qū)摻雜近似為指數(shù)分布，少子在基區(qū)主要作漂移運(yùn)少子在基區(qū)主要作漂移運(yùn)動(dòng)，又稱為動(dòng)，又稱為 漂移晶體管。漂移晶體管。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.3.基區(qū)少子分布基區(qū)少子分布 dxxdnxnvaat（3-5-1） dxnnqadixnbxxaannp（3-5-4） 式（式（3-563-56）中負(fù)號

33、表示電流沿）中負(fù)號表示電流沿x x方向。方向。4.4.電子電流電子電流tebvvxainnedxnnqadi02（3-5-5） 3.53.5緩變基區(qū)晶體管緩變基區(qū)晶體管2.2.基區(qū)的緩變雜質(zhì)分布，引起內(nèi)建電場基區(qū)的緩變雜質(zhì)分布，引起內(nèi)建電場這個(gè)電場沿著雜質(zhì)濃度增加的方向，有助于電子在大部分基區(qū)范圍內(nèi)這個(gè)電場沿著雜質(zhì)濃度增加的方向，有助于電子在大部分基區(qū)范圍內(nèi)輸運(yùn)。這時(shí)電子通過擴(kuò)散和漂移越過基區(qū)薄層，致使輸運(yùn)因子增加。輸運(yùn)。這時(shí)電子通過擴(kuò)散和漂移越過基區(qū)薄層，致使輸運(yùn)因子增加。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管把整個(gè)基區(qū)復(fù)合電流取為把整個(gè)基區(qū)復(fù)合電流取為（3-57） （3-58） 0bxrgpnqai

34、nx dx 根據(jù)基區(qū)輸運(yùn)因子的定義根據(jù)基區(qū)輸運(yùn)因子的定義 11/1/ntrgnnrgrgniiiiiii 01bxpnnqanx dxi 把式（把式（3-553-55）代入式（）代入式（3-583-58）并使用）并使用，便得到，便得到 2nnnldbbxxxaantdxdxnnl02111（3-59） 3.53.5緩變基區(qū)晶體管緩變基區(qū)晶體管5.5.基區(qū)輸運(yùn)因子基區(qū)輸運(yùn)因子對于均勻基區(qū)，（3-58）式化簡為（3-32）式。 22211nbtlx雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 1.1.導(dǎo)出緩變基區(qū)晶體管基區(qū)內(nèi)建電場公式（導(dǎo)出緩變基區(qū)晶體管基區(qū)內(nèi)建電場公式（3-5-13-5-1）。）

35、。 2.2.導(dǎo)出少子分布公式（導(dǎo)出少子分布公式（3-5-43-5-4）。）。 3.3.導(dǎo)出電流公式（導(dǎo)出電流公式（3-55-53-55-5）。）。 4 4 比較基區(qū)輸運(yùn)因子公式（比較基區(qū)輸運(yùn)因子公式（3-5-83-5-8）與均勻摻雜的基區(qū)輸運(yùn)因子公式（）與均勻摻雜的基區(qū)輸運(yùn)因子公式（3-3-23-3-22 2）。）。 5.5.擴(kuò)展知識：導(dǎo)出緩變發(fā)射區(qū)晶體管發(fā)射區(qū)少子空穴分布和空穴電流分布表擴(kuò)展知識：導(dǎo)出緩變發(fā)射區(qū)晶體管發(fā)射區(qū)少子空穴分布和空穴電流分布表達(dá)式（考研參考）。達(dá)式（考研參考）。 3.53.5緩變基區(qū)晶體管緩變基區(qū)晶體管雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 如果把基極電流如果把基極電流 ib

36、從基極引線經(jīng)非工作基區(qū)流到工作基區(qū)所產(chǎn)生的電壓從基極引線經(jīng)非工作基區(qū)流到工作基區(qū)所產(chǎn)生的電壓降，當(dāng)作是由一個(gè)電阻產(chǎn)生的，則稱這個(gè)電阻為基極擴(kuò)展電阻，用降，當(dāng)作是由一個(gè)電阻產(chǎn)生的，則稱這個(gè)電阻為基極擴(kuò)展電阻，用 rbb 表示。表示。由于基區(qū)很薄，由于基區(qū)很薄，rbb 的截面積很小，使的截面積很小，使 rbb 的數(shù)值相當(dāng)可觀，對晶體管的特性會(huì)的數(shù)值相當(dāng)可觀，對晶體管的特性會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。產(chǎn)生明顯的影響。 工作基區(qū)：指正對著發(fā)射區(qū)下方的在工作基區(qū)：指正對著發(fā)射區(qū)下方的在 wb 范圍內(nèi)的基區(qū)，也稱為范圍內(nèi)的基區(qū)，也稱為 有源基區(qū)有源基區(qū) 或或 內(nèi)內(nèi)基區(qū)基區(qū) 。 非工作基區(qū)：指在發(fā)射區(qū)下方以外從非工作

37、基區(qū)：指在發(fā)射區(qū)下方以外從表面到表面到 xjc 處的基區(qū)，也稱為處的基區(qū)，也稱為 無源基區(qū)無源基區(qū) 或或 外基區(qū)外基區(qū) 。3.63.6基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚1.1.基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.63.6基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚有源電阻和無源電阻有源電阻和無源電阻 圖3-17 基區(qū)中的橫向基極電流和歐姆電壓降，導(dǎo)致在發(fā)射結(jié)中，邊緣 處有最大正向偏壓1.1.基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚 電流集聚效應(yīng)：電流集聚效應(yīng)： 少數(shù)載流子的注入從基區(qū)少數(shù)載流子的注入從基區(qū)邊緣起隨著向內(nèi)的深度而下降。邊緣起

38、隨著向內(nèi)的深度而下降。非均勻載流子的注入使得沿著非均勻載流子的注入使得沿著發(fā)射結(jié)出現(xiàn)非均勻的電流分布。發(fā)射結(jié)出現(xiàn)非均勻的電流分布。造成在靠近邊緣處有更高的電造成在靠近邊緣處有更高的電流密度，這種現(xiàn)象稱為電流集流密度，這種現(xiàn)象稱為電流集聚效應(yīng)聚效應(yīng)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管2.中功率雙極晶體管交叉指狀電極圖形的俯視圖中功率雙極晶體管交叉指狀電極圖形的俯視圖 圖3-18 中功率雙極晶體管指狀交叉圖形的俯視圖3.63.6基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚分析：交叉指狀電極能有效克服電流集聚效應(yīng)？雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 了解了解bjtbjt基極擴(kuò)展電阻和電流集聚效應(yīng)基

39、極擴(kuò)展電阻和電流集聚效應(yīng)。 掌握有源電阻、無源電阻、基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚的概念。掌握有源電阻、無源電阻、基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚的概念。 為什么交叉指狀電極能有效克服電流集聚效應(yīng)為什么交叉指狀電極能有效克服電流集聚效應(yīng)。 3.63.6基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚基區(qū)擴(kuò)展電阻和電流集聚雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng) 0011ccbfebceiiih ii 1.1.問題的提出問題的提出在共發(fā)射極電路正向有源模式下，對于給定的基極電流，集電極電流應(yīng)當(dāng)與集電極電在共發(fā)射極電路正向有源模式下，對于給定的基極電流，集電極電流應(yīng)當(dāng)與集電極電壓無關(guān)。圖壓無關(guān)。圖3-8(b)

40、3-8(b)中的曲線斜率應(yīng)為零。但圖中的曲線斜率應(yīng)為零。但圖3-8(b)3-8(b)中的電流卻隨集電極電壓的增加中的電流卻隨集電極電壓的增加而增加。這種現(xiàn)象起因于晶體管的基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)，也稱為而增加。這種現(xiàn)象起因于晶體管的基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)，也稱為earlyearly效應(yīng)。效應(yīng)。圖圖3-8 3-8 集集電結(jié)電電結(jié)電流流電壓電壓特性：（特性：（a a）共基）共基極極情形，（情形，（b b）共）共發(fā)發(fā)射射極極情形情形雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管前面的討論中默認(rèn)有效基區(qū)寬度是前面的討論中默認(rèn)有效基區(qū)寬度是 不變的，實(shí)際上不變的，實(shí)際上 是集電結(jié)偏壓的函數(shù)。是集電結(jié)偏壓的函數(shù)。bxbx222111bn

41、ttttfexlh（3-60） 共發(fā)射極電流增益正比于共發(fā)射極電流增益正比于 ，當(dāng)，當(dāng) 增加時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)展寬，使增加時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)展寬，使有效基區(qū)寬度有效基區(qū)寬度 減小，如圖減小，如圖3-213-21所示。所示。 減小使減小使 增加，從而集電極增加，從而集電極電流電流 將隨的將隨的 增加而增加。增加而增加。 2bxcevbxbxfehcicev3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)2.2.基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)的分析：基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)的分析：feh的變化：的變化：1)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 2 2） 的變化：的變化： （3-61） 0ceicofecceihii1100可見

42、可見 也將隨也將隨 增加而增加，呈現(xiàn)出不飽和特性，如圖增加而增加，呈現(xiàn)出不飽和特性，如圖3-21b3-21b所示。所示。綜合綜合1 1），），2 2） 隨隨 的增加而增加。這就是的增加而增加。這就是earlyearly效應(yīng)。效應(yīng)。0ceicevcicev3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.基區(qū)寬度減小使少子濃度梯度增加：基區(qū)寬度減小使少子濃度梯度增加： 圖圖3-21 3-21 晶體管中的少數(shù)載流子分布晶體管中的少數(shù)載流子分布(a)(a)有源區(qū)工作，有源區(qū)工作， = =常數(shù)，常數(shù)， 改變時(shí)有效基區(qū)寬度與少數(shù)載流子分布的變化改變時(shí)有效基區(qū)寬度與少數(shù)載流子分布

43、的變化(b) (b) 和和 對應(yīng)的基區(qū)少數(shù)載流子分布對應(yīng)的基區(qū)少數(shù)載流子分布ebvcbv0cbiceoi3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管設(shè)設(shè)npnnpn雙極結(jié)型晶體管有效基區(qū)邊界分別為雙極結(jié)型晶體管有效基區(qū)邊界分別為0 0和和 。在下列三種邊界條件下解擴(kuò)散方程。在下列三種邊界條件下解擴(kuò)散方程求少子分布和電流分布。討論三種邊界條件下電流的大小。求少子分布和電流分布。討論三種邊界條件下電流的大小。 根據(jù)所得結(jié)果得出結(jié)論：當(dāng)根據(jù)所得結(jié)果得出結(jié)論：當(dāng) 增加時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)展寬，使有效基區(qū)寬度減增加時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)展寬，使有效基區(qū)寬度減小，基區(qū)寬度小，基區(qū)

44、寬度 減小減小,使少子濃度梯度增加因使少子濃度梯度增加因 而增加。而增加。bx/00(0),()0;(0),()0;0(0),()0.etvvpppbpppbppbnn enxnnnxdnxnxdx正偏發(fā)射結(jié)零偏發(fā)射結(jié)發(fā)射極開路cevbxci3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)4.4.擴(kuò)展知識（考研參考）：擴(kuò)展知識（考研參考）：雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 解釋基區(qū)寬度調(diào)變效解釋基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)應(yīng)推導(dǎo)推導(dǎo) 隨隨 的變化的變化bxfeh從基區(qū)寬度減小使少子濃度梯度增加因而從基區(qū)寬度減小使少子濃度梯度增加因而 增加的角度定量解增加的角度定量解釋基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)（擴(kuò)展知識考研

45、參考）。釋基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)（擴(kuò)展知識考研參考）。 ci3.73.7基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)推導(dǎo)推導(dǎo) 隨隨 的變化的變化bxceoi雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.83.8晶體管的頻率響應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)2.電流增益與頻率的關(guān)系稱為晶電流增益與頻率的關(guān)系稱為晶體管的頻率響應(yīng)：體管的頻率響應(yīng)：常數(shù)cbvecdidi常數(shù)cevbcfedidih圖圖3-22 3-22 電流增益作為頻率的函數(shù)電流增益作為頻率的函數(shù)1.小小信信號的共基極和共發(fā)射極電流增益定義為：號的共基極和共發(fā)射極電流增益定義為：雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管共基極截止頻率共基極截止頻率 ： 的大小下降為的大小下降為0.707 0

46、.707 （即（即 的模量的平方等于的模量的平方等于 的一半或者說下降的一半或者說下降3db3db）時(shí)的頻率。）時(shí)的頻率。00共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率 ： 的大小下降為的大小下降為0.707 0.707 （下降（下降3db3db）時(shí)的）時(shí)的頻率。頻率。 和和 也稱為也稱為3db3db頻率。頻率。fehfeh增益增益 帶寬乘積帶寬乘積 ，它是，它是 的模量變?yōu)榈哪Ａ孔優(yōu)? 1時(shí)的頻率，也叫做特征頻率。時(shí)的頻率，也叫做特征頻率。 相對頻率的曲線的斜率為相對頻率的曲線的斜率為20db/20db/十進(jìn)位，它可用下式來描述十進(jìn)位，它可用下式來描述tfehj10（3-62） 可見在可見在 ， 的大

47、小為的大小為0.7070.7070相對頻率的曲線的斜率為相對頻率的曲線的斜率為20db/20db/十進(jìn)位，在十進(jìn)位，在 時(shí)時(shí) 的大小下降的大小下降 3db3db，因而也稱因而也稱 為為3db3db頻率。頻率。3.83.8晶體管的頻率響應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)圖中的各種頻率定義為圖中的各種頻率定義為：雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管利用利用 和和 之間的關(guān)系求得之間的關(guān)系求得fehjhhfefe11（3-63） 式中式中 01t是模量為是模量為1 1時(shí)的頻率，由（時(shí)的頻率，由（3-633-63）式，取）式，取 ， 有，有，t1feh12fethfeh（3-65） 由于是晶體管共射極接法工作的截止頻率即帶寬

48、，故是晶體管共射極接法工作的截止頻率即帶寬，故t稱為增益帶寬乘積稱為增益帶寬乘積。3.83.8晶體管的頻率響應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管低得多，但增益帶寬之積接近低得多，但增益帶寬之積接近于于再由再由 001feh以上討論說明共發(fā)射極截止頻率要比以上討論說明共發(fā)射極截止頻率要比3.83.8晶體管的頻率響應(yīng)晶體管的頻率響應(yīng)（3-66） 001t0cctete+c+ctctc的情形，增益的情形，增益帶寬乘積為帶寬乘積為 （3-86） 22bnfetxdh注意：增益注意：增益帶寬乘積與上節(jié)中均勻基區(qū)晶體管的基區(qū)渡越時(shí)間的倒數(shù)是帶寬乘積與上節(jié)中均勻基區(qū)晶體管的基區(qū)渡越時(shí)間的倒數(shù)是完全

49、相同的完全相同的。 3.9混接混接型等效電路型等效電路 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 導(dǎo)導(dǎo)出公式（3-78）、（3-81）、（3-84） 。 畫出混接畫出混接型等效電路。型等效電路。 3.9混接混接型等效電路型等效電路 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性 由圖由圖3-25b中的電流脈沖驅(qū)動(dòng)，使得晶體管運(yùn)用于截止區(qū)與飽和區(qū)中的電流脈沖驅(qū)動(dòng)，使得晶體管運(yùn)用于截止區(qū)與飽和區(qū)。圖3-25 雙極晶體管的開關(guān)運(yùn)用：（a）電路圖，（b）基極電流驅(qū)動(dòng)， （c）輸出vi 特性，（d）輸出電流波形雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管 在截止?fàn)顟B(tài)在截止?fàn)顟B(tài), ,

50、 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反偏狀態(tài)。集電極電流很小于反偏狀態(tài)。集電極電流很小, ,阻抗很高，阻抗很高，晶體管處于晶體管處于“關(guān)關(guān)”態(tài)。態(tài)。 在飽和狀態(tài)集電極電流很大而且它在飽和狀態(tài)集電極電流很大而且它的阻抗很低，所以晶體管被認(rèn)為是的阻抗很低，所以晶體管被認(rèn)為是“通通”態(tài)。態(tài)。3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性,2 . 0,6 . 0vvvvceevvc4 . 0硅晶體管在飽和區(qū)硅晶體管在飽和區(qū)在飽和狀態(tài)，集電極電流被負(fù)載電阻所限制：在飽和狀態(tài)，集電極電流被負(fù)載電阻所限制：lceccccsrsatvvsatii（3-10-2） 雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管（3-1

51、0-8） cccbafefelisatvihh r在在“通通”和和“斷斷”兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是通過改變載流子的分布來完成的。兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換是通過改變載流子的分布來完成的。 載流子分布不能立刻改變。需要一個(gè)過渡時(shí)間，稱為載流子分布不能立刻改變。需要一個(gè)過渡時(shí)間，稱為開關(guān)時(shí)間開關(guān)時(shí)間。集電極電流。集電極電流的典型開關(guān)波形示于圖的典型開關(guān)波形示于圖3-253-25（d）中，開關(guān)時(shí)間的定義）中，開關(guān)時(shí)間的定義: 1.1.導(dǎo)通延遲時(shí)間導(dǎo)通延遲時(shí)間 導(dǎo)通延遲時(shí)間導(dǎo)通延遲時(shí)間t td d是從加上輸入階躍脈沖至輸出電流達(dá)到最終值的百分之十是從加上輸入階躍脈沖至輸出電流達(dá)到最終值的百分之十所經(jīng)歷的時(shí)間。它受

52、到下列因素的限制：所經(jīng)歷的時(shí)間。它受到下列因素的限制：（1 1）從反偏壓改變到新電平，結(jié)的耗盡層電容的充電時(shí)間；）從反偏壓改變到新電平，結(jié)的耗盡層電容的充電時(shí)間；（2 2）載流子通過基區(qū)和集電結(jié)耗盡層的渡越時(shí)間。）載流子通過基區(qū)和集電結(jié)耗盡層的渡越時(shí)間。驅(qū)動(dòng)晶體管進(jìn)入飽和所需要的最小基極電流為：驅(qū)動(dòng)晶體管進(jìn)入飽和所需要的最小基極電流為：3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管圖圖3-26 3-26 飽和時(shí)的貯存在基區(qū)和集電區(qū)中的電荷飽和時(shí)的貯存在基區(qū)和集電區(qū)中的電荷 同時(shí)表示了處在截止和有源區(qū)的基區(qū)電荷同時(shí)表示了處在截止和有源區(qū)的基區(qū)電荷3.10 3.1

53、0 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管2.2.上升和下降時(shí)間上升和下降時(shí)間關(guān)斷的下降時(shí)間關(guān)斷的下降時(shí)間 ：表示集電極電流從它最大值的百分之九十下降到百分：表示集電極電流從它最大值的百分之九十下降到百分之十的時(shí)間間隔。這是上升時(shí)間的逆過程，并且受到同樣的因素限制。之十的時(shí)間間隔。這是上升時(shí)間的逆過程，并且受到同樣的因素限制。ft3.3.貯存時(shí)間貯存時(shí)間 從基極電流發(fā)生負(fù)階躍到集電極電流下降到從基極電流發(fā)生負(fù)階躍到集電極電流下降到 之間的時(shí)間。之間的時(shí)間。stsatic9 . 0上升時(shí)間上升時(shí)間 ：電流：電流 從從 （ ）的百分之十上升到百分之九十所需要的時(shí)）的百分之十上

54、升到百分之九十所需要的時(shí)間。它對應(yīng)于在基區(qū)建立少數(shù)載流子分布以達(dá)到集電極飽和電流的百分之九十。間。它對應(yīng)于在基區(qū)建立少數(shù)載流子分布以達(dá)到集電極飽和電流的百分之九十。該時(shí)間受輸出時(shí)間常數(shù)的該時(shí)間受輸出時(shí)間常數(shù)的 影響。影響。rtcisatltcrcci3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管對連續(xù)性方程（對連續(xù)性方程（1-213a1-213a）從）從0 0至至 求一次積分（令求一次積分（令 ）nw0g pssnppqdtdqwii0dxpqaqnwns0（2-1062-106） ，得到，得到 由由nbbbqdtdqi3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體

55、管的開關(guān)特性用用 代替代替 （0 0），），用用 代替代替 ，并用，并用 代替代替 ，便得到正向有源模，便得到正向有源模式的基區(qū)電荷控制方程：式的基區(qū)電荷控制方程：bipibqsqnp雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管在穩(wěn)態(tài)條件下，式中依賴于時(shí)間的項(xiàng)為零。由上式，基極電流可表示為在穩(wěn)態(tài)條件下，式中依賴于時(shí)間的項(xiàng)為零。由上式，基極電流可表示為nbbqi當(dāng)進(jìn)入飽和時(shí)，總電荷為當(dāng)進(jìn)入飽和時(shí)，總電荷為bxbqq ，電荷控制方程變?yōu)?，電荷控制方程變?yōu)閐tdqdtdqqqibxbsbxnbb現(xiàn)在讓我們突然把基極電流從現(xiàn)在讓我們突然把基極電流從1bi改變到改變到2bi，過量電荷開始減少，但有源電荷，過量電荷開始減

56、少，但有源電荷bq 0tst之間保持不變。于是在這段時(shí)間內(nèi)可以令之間保持不變。于是在這段時(shí)間內(nèi)可以令 在在 和和0dtdqb以及以及banbiq3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管于是有于是有或或方程（方程（3.10-123.10-12）的通解為：）的通解為： 2bxbxbbnsqdqqidt)(2babsbxbxiiqdtdq特解為特解為 babii2-（ ）/stbxqae3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管babsbxiiq1babstbbsbxiieiiqs221在在 時(shí)，全部過量少數(shù)載流子被去除掉

57、，時(shí)，全部過量少數(shù)載流子被去除掉， 。因此求得。因此求得stt 0bxq221lnbbabbssiiiit在在t= t= 時(shí)，方程（時(shí)，方程（3.933.93）中的時(shí)間依賴項(xiàng)為零，并利用（）中的時(shí)間依賴項(xiàng)為零，并利用（3.953.95）式得到過量）式得到過量電荷為電荷為03.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性這是方程（這是方程（3.93a3.93a）的初始條件。于是得方程（）的初始條件。于是得方程（3.93a3.93a）的解為）的解為雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 了解晶體管開關(guān)工作原理。了解晶體管開關(guān)工作原理。 為什么晶體管開關(guān)需要開關(guān)時(shí)間？為什么晶體管開關(guān)需要開

58、關(guān)時(shí)間？ 了解晶體管開關(guān)時(shí)間所涉及的物理過程。了解晶體管開關(guān)時(shí)間所涉及的物理過程。3.10 3.10 晶體管的開關(guān)特性晶體管的開關(guān)特性雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管3.113.11擊穿電壓擊穿電壓1.共基極連接共基極連接 在發(fā)射極開路的情況下，晶體管集電極和基極兩端之間容許的最高反向偏壓在發(fā)射極開路的情況下，晶體管集電極和基極兩端之間容許的最高反向偏壓 : 經(jīng)驗(yàn)公式（對于共基極電路）：經(jīng)驗(yàn)公式（對于共基極電路）：0cbbvncbocbbvvm11圖圖3-273-27中，在中，在 處處 突然增加突然增加.從集電極電流與發(fā)射極電流之間的關(guān)系來從集電極電流與發(fā)射極電流之間的關(guān)系來看，包含雪崩效應(yīng)的有效

59、電流增益增大看，包含雪崩效應(yīng)的有效電流增益增大m m倍，即倍，即0cbbvcima*（3-11-1） （3-11-2） 晶體管中最高電壓的根本限制與在晶體管中最高電壓的根本限制與在p-n結(jié)二極管中的相同，即雪崩擊結(jié)二極管中的相同，即雪崩擊穿或齊納擊穿。但是，擊穿電壓不僅依賴于所涉及的穿或齊納擊穿。但是，擊穿電壓不僅依賴于所涉及的p-n結(jié)的性質(zhì)，它還依結(jié)的性質(zhì)，它還依賴于外部的電路結(jié)構(gòu)。賴于外部的電路結(jié)構(gòu)。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管當(dāng)當(dāng)m m接近無窮時(shí)滿足擊穿條件。接近無窮時(shí)滿足擊穿條件。3.113.11擊穿電壓擊穿電壓圖圖3-27 共發(fā)射極和共基極電路的擊穿電壓共發(fā)射極和共基極電路的擊穿電壓共發(fā)射極擊穿電壓比共基極擊穿電壓低很多。共發(fā)射極擊穿電壓比共基極擊穿電壓低很多。雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管由于由于 ，因此，包含雪崩效應(yīng)的共發(fā)射極電流增益為，因此，包含雪崩效應(yīng)的共發(fā)射極電流增