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微电子行业入门通用教材

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2 晶体管正常工作的必要条件——

● 发射结正向偏置(输入阻抗Ri小、有注入), 集电结反向偏置(输出阻抗Ro大、能收集电子)。 ● 基区宽度很小。

● 发射区浓度比基区浓度高得多。 3 晶体管内部载流子的输运过程

以NPN晶体管,共发射极电路工作为例,加以说明。(见 图14)

● 发射区:在正向偏压下,大量的电子向基区注入(Ine)——进入基区后,小部分与基区空穴复合(Ir)——大部分扩散运动到达集电结,在反向电压的吸引下,被收集到集电区(Inc)。

● 基区:在正向偏压下,一部分空穴向发射区注入(Ipe),一部分空穴与注入基区的电子复合(Ir),另外,有少量的少数载流子——电子在反向偏压作用下漂移运动进入集电区(-ICBO)。

● 集电区:在反向偏压作用下,把到达集电结的电子收集到集电区(Inc);同时,有少量的少数载流子——空穴漂移运动进入基区(ICBO)。

这样,形成了:

IE = Ine + Ipe

IB = Ipe + Ir -ICBO IE = IB+ IC IC = Inc + ICBO =(Ine – Ir)+ ICBO

请注意:

1)由于晶体管的发射区浓度比基区浓度高得多,因此,Ine 》Ipe。 2)由于晶体管的基区宽度很小,远小于电子的扩散长度,因此,复合

电流很小,Ir《 Inc。

3)晶体管集电极的反向漏电流ICBO是很小的。

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4)综合以上三点,就可以得到: ● IC<IE,但非常接近于IE

● IB《 IC

● 当输入回路产生较小的电流变化△IB时,就会引起输出回路

较大的电流变化△IC 。

图14 晶体管内部载流子的输运过程

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4 晶体管的放大作用

1)共发射极电路——有电流放大、电压放大和功率放大作用。

hFE=IC/IB , GV=RL/Ri, GP=RL/Ri ( 三个均为远大于1的数 )。 2)共基极电路——有电压放大和功率放大作用,没有电流放大作用。

α= IC / IE<1, 但仍有GV=RL/Ri , GP=RL/Ri 。 3)NPN晶体管共发射极电路放大原理图(图15) 输出输入 图15 NPN晶体管共发射极电路放大原理图 4)共发射极电流放大系数

交流放大系数 β= △IC / △IB 直流放大系数 hFE = IC / IB 5) 如何提高晶体管的电流放大系数

要提高电流放大系数,必须:

● 提高发射效率——即要提高注入到基区的电子电流(Ine)在总的发射

极电流(IE)中的比例(也就是要减少从基区向发射区注入的空穴电流Ipe)——必须提高发射区杂质浓度与基区杂质浓度之比。(工艺中要调节好基区和发射区的浓度)

● 减少电子在基区的复合

——必须减小基区宽度W(控制好两个结深Xjc、Xje )。

——必须提高少数载流子的寿命(材料完整性要好,工艺中要尽量减少产

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生二次缺陷和金属离子沾污。) 1-4-3 晶体管的特性曲线

1 共发射极输出特性曲线

在特性曲线中可以看出:

1) 2) 3)

当IB=0时, IC≠0(= ICEO) 当IB=IB1时,IC=βIB1 + ICEO

对于某一IB=IBi ,当VCE=0时,IC=0。当VCE电压开始增加时,集电极电流急剧增大,当VCE电压增大到一定数值后,IC开始转向稳定。这一段IC增大的快慢程度,反映了晶体管饱和压降的大小。

1 输出特性曲线的三个工作区(见图17)

可划分为三个工作区: 1)放大区 2)饱和区 3)截止区

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1

图17 共发射极输出特性的三个工作区

3 输出特性曲线的几种异常情况

1)大电流特性差 (图18a) 2) 小电流特性压缩(图18b) 3)饱和压降大 (图18c) 4)特性曲线倾斜(图18d) 5)两段饱和特性(图18e) 6)C-E低击穿 (图18f) (图18a) (图18b) (图18c) (图18d)

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2晶体管正常工作的必要条件——●发射结正向偏置(输入阻抗Ri小、有注入),集电结反向偏置(输出阻抗Ro大、能收集电子)。●基区宽度很小。●发射区浓度比基区浓度高得多。3晶体管内部载流子的输运过程以NPN晶体管,共发射极电路工作为例,加以说明。(见图14)●发射区:在正向偏压下,大量的电子向基区注入(Ine)—
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