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双极型三极管（BJT）
- 1.简介
- 2.结构
- 3.组态（以NPN为例）
- 4.工作原理（以NPN放大作态为例）
- 5.工作状态
- 6.输入输出特性曲线
- 7.主要参数
- 常用三极管分类
结型场效应管(JFET)
MOS场效应管（MOSFET）

双极型三极管（BJT）

1.简介

双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT）俗称三极管，是一种具有三个终端的电子器件，由三部分掺杂程度不同的半导体制成,分别构成两个非对称的PN结，有PNP和NPN两种类型。其中发射区的参杂浓度高，以便在发射结正偏时从发射区注入基区的电子在基区形成相当高的电子浓度梯度；基区非常薄（0.1微米到几微米）这样注入到基区的电子只有很少一部分与多子空穴复合形成基极电流。与基区电子复合的源源不断的空穴需要基极提供电流来维持。在设计中对集电区则进行较低的P型掺杂且面积很大，以便基区高浓度的电子扩散进去集电区形成集电极电流。三极管是一种电流控制电流的半导体器件，具有把微弱信号放大成幅度值较大的电信号的作用，是电子电路的核心元件。

2.结构

(1) NPN

(2) PNP

3.组态（以NPN为例）

（1）共射极接法：以基极作为输入端，集电极作为输出端

（2）共基极接法：以发射极作为输入端，集电极作为输出端

（3）共集电极法：以基极作为输入端，发射极作为输出端

4.工作原理（以NPN放大作态为例）

三极管内部状态图(三极管处于放大状态，发射结正偏，集电极反偏)

（1）发射区多子向基区扩散（注入）

反射结正偏使得发射区的自由电子（多子）向基区扩散（注入），形成电流 i_En ；同时基区的空穴（多子）向反射区扩散，形成扩散电流 i_Ep ，i_En 和 i_Ep 构成了发射极电流 i_B ，即 i_B = i_En + i_Ep。由于发射区高浓度掺杂、基区很薄，使得发射区向基区扩散的自由电子形成的电流 i_Ep 远大于基区向发射区扩散的空穴形成的电流 i_Ep 。所以由发射区向基区扩散的自由电子构成了发射极电流 i_E 的主要成分，即 i_E 约等于 i_En 。

（2）基区非平衡少子向集电结方向扩散和复合

来自发射区的自由电子会在基区靠近发射结的表面累积，从而在基区形成非平衡自由电子浓度差，非平衡自由电子在浓度差的作用下绝大部分会扩散集电结边界，只有极少部分非平衡自由电子在扩散的过程中会与基区空穴复合（基区很薄所以只有极少部分），形成基区复合电流 i_B 。基区复合电流 i_B是基区主要成分，表示了基区引线进入基区的空穴电流。

（3）集电极收集基区非平衡少子

集电结反偏，加在集电极区的电压必然大于基区，所以在电场力的作用下集电结处的基区非平衡自由电子会越过集电结，来到基区，形成集电极电流主要成分 i_Cn1 。除此之外，在反偏电压的作用下，基区的少子（电子）也会越过集电结漂移到集电区形成漂移电流 i_Cn2 ；同理集电区中的少子（空穴）越过集电结漂移到基区形成漂移电流 i_Cp 。定义 i_Cn2 + i_Cp = I_CBO ， I_CBO 就是集电结的反方向饱和电流（PN结反偏存在反向饱和电流）。

（4）电流关系

由三极管内部状态图易知，发射极电流 i_Ep 由正电子定向移动形成，i_En由负电子定向移动形成，虽然他们方向相反，但是由于是正负电子的缘故，所以他们定向移动形成的电流方向一致，均往发射极方向。

由三极管内部状态图易知，基极的电流 i_B 主要由基区复合电流i_B1、流入基区的电流 i_Cn1 （负电子移动）、流出基区的电流 i_Cn2（负电子移动）和 i_Cp（正电子移动）构成的反向饱和电流 I_CBO 构成。

由三极管内部状态图易知，集电极电流 i_C 主要由流出集电区的电流 i_Cn1 （负电子移动）和流出集电区的电流 i_Cp（正电子移动）和 i_Cn2（负电子移动）构成。其中反向饱和电流 I_CBO = i_Cn2 + i_Cp 。

由三极管内部状态图易知，集电结反向饱和电流是由于集电极反偏形成的，它主要由基区扩散到集电区的正电子移动（空穴）形成的电流 i_Cp 和集电区扩散到基区的负电子移动（自由电子）形成的电流 i_Cn2 构成。反向饱和电流一般都很小。

（5）放大偏置与电流关系

共基直流电流放大系数：

共射直流电流放大系数：

5.工作状态

（1）放大状态

基极电流能有效控制集电极电流和发射极电流。

发射结正偏，集电结反偏。

（2）饱和状态

发射结正偏，集电结正偏。

集电极与发射机之间内阻很小，各极电流很大。基极电流已无法控制集电极电流和发射极电流。

（3）截止状态

发射结反偏，集电结反偏。

集电极与发射机之间内阻很大，电流 I_B ，I_E , I_C 也很小。

（4）反偏状态

发射结反偏，集电结正偏。

6.输入输出特性曲线

（1）输入特性曲线

（2）输出特性曲线

7.主要参数

（1）共基直流电流放大系数和共射直流电流放大系数

（2）共基交流电流放大系数α和共射交流电流放大系数β

BJT集电结反偏电压不变时，集电极电流微变量增量与发射极电流微变量增量之比

BJT集电极和发射极电压不变时，集电极电流微变量增量与基极电流微变量增量之比

（3）极间反向电流

集电结反向饱和电流I_CBO

在发射极开路 i_E = 0 条件下测得的集电极电流 i_C 就是集电极反向饱和电流。( E 极处没有电子移动，故 i_Cn1 = 0 ，i_C = i_CBO）反向饱和电流 I_CBO 由本征激发的载流子定向移动形成吗，故其受温度影响较大，一般随着温度的上升，载流子浓度上升，I_CBO反向饱和电流 I_CBO 也跟着上升。

集电极穿透电流I_CEO

基极开路 i_B = 0 条件下，所测得的“集电极至发射极”之间的电流 i_C 就是集电极穿透电流 I_CEO 。

I_CEO 与 I_CBO 都是温度敏感函数，是使晶体管性能变坏的原因，工程上希望其值越小越好。对大功率晶体管，尤其是锗管，极间反向电流较大，温度的增加会使电路工作点不稳定。

（4）集电极允许最大电流 I_CM

一般将 i_C 增加到使得β下降到它的最大值的2/3时所对应的集电极电流称为最大允许电流 I_CM 。超过 I_CM 并不会烧坏晶体管，但是在大信号状态下的集电极电流变化很大，如果它的值超过 I_CM ，则会因为β值的变动过大而是放大器产生严重的非线性失真。 I_CM是限制 BJT 性能变坏的一个重要参数。

（5）集电极最大允许功率损耗P_CM

由于晶体管工作在放大状态时，发射街正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。故定义晶体管在使用过程中，P_C （平均值） 不允许超过的极限值称为集电极最大允许功率损耗P_CM （平均值）。晶体管集电极功率平均值不允许超过 P_CM ，否则会因过热而损坏，但是集电极瞬时功率允许超过 P_CM。

（6）反向击穿电压

BU_CEO：基极开路条件下，加在集电极与发射极之间使得集电结反向击穿的电压。

BU_CBO：发射极开路条件下，加在集电极与基极之间使得集电结反向击穿的电压。

BU_EBO：集电极开路条件下，加在发射极与基极之间使得发射结反向击穿的电压。

BU_EBO一般都很小，在大信号输入的放大电路中BJT的发射结常加保护电路，因为发射结可能会存在反偏而损坏晶体管的可能。

（7）截止频率f_β

将共射电流放大系数由 β₀ 下降 3dB（0.707倍）时所对应的频率f_β称为截止频率。

常用三极管分类

结型场效应管(JFET)

MOS场效应管（MOSFET）

参考教材《模拟电子技术基础》（第三版）

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