双极型晶体管及其在生活中的应用.docxVIP

word word PAGE / NUMPAGES word 双极型三极管及其在生活中的应用 一、双极型三极管的介绍 类型与结构 双极型三极管〔Bipolar Junction Transistor, BJT〕称为半导体三极管、晶体半导体等，是一种重要的三端子电子器件。它是由贝尔试验室〔Bell Laboratory〕的一个争辩团队在1947年创造的。虽然如今MOSFET已经成为应用最广泛的电子器件，但是BJT仍旧在汽车电子仪器、无线系统频射电路等领域具有肯定的优越性。 〔双极型晶体管外形图〕 〔双极型晶体管外形图〕 双极型三极管〔BJT〕是一种电流把握器件。它由两个背靠背PN结构成，是具有电流放大作用的晶体三极管，。它有三个电极，每个电极伸出一个引脚，由电子和空穴同时参与导电。BJT常见的晶体管外形如右图所示。 PNP管〔3Axx〕双极型晶体管锗管硅管NPN管〔3Bxx〕PNP管〔3Cxx〕NPN管〔3Dxx〕〔双极型三极管分类图〕双极型三极管按材料可分为锗半导体三极管和硅半导体三极管，在这两种三极管中又可按结构可分为：NPN PNP管〔3Axx〕 双极型晶体管 锗管 硅管 NPN管〔3Bxx〕 PNP管〔3Cxx〕 NPN管〔3Dxx〕 〔双极型三极管分类图〕 〔NPN型管的结构模型图〕〔A为NPN晶体管、B为PNP晶体管〕在一个硅片或锗片上生成三个半导体区域：一个P区夹在两个N区中间的称为NPN型管；一个N区夹在两个P 〔NPN型管的结构模型图〕 〔A为NPN晶体管、B为PNP晶体管〕 三个杂质半导体区域分别为：基区、放射区、集电区。它们的特点是：基区很薄，空穴浓度较小；放射区与基区的接触面较小，高掺杂；集电区与基区的接触面较大。从三个区域中分别引出三个电极：基极〔B〕、放射极〔E〕、集电极〔C〕。三个杂志半导体区域之间两两形成了PN结。其中放射区和基区间形成放射结，集电区和基区间形成集电结。上图所示是NPN型管的结构模型图。 工作原理 BJT的工作模式有三：共射极放大、共基极放大、共集极放大。其中最常见的是共放射极工作模式。 〔a为放大状态、b为倒置状态〕当BJT中两个PN结偏置条件不同时，BJT将呈现不同的工作状态【1】 〔a为放大状态、b为倒置状态〕 〔2〕截止区：放射结和集电结均为反向偏置。其实只要放射结反偏或零偏置,三极管就已处于截止状态.在数字电路中,这个条件还要弱一些,只要加在放射结上的电压小于导通电压,三极管就可以截止。〔3〕饱和区：放射结和集电结均为正向偏置。 〔BJT工作原理图〕〔4〕倒置态 〔BJT工作原理图〕 工作原理描述：当晶体管工作在有源放大区时，管内载流子运动如右图所示。由于放射结的外加正向电压，放射区的电子向基区集中,形成放射极电流IE。局部电子连续向集电结方向集中，另一局部电子与基区的空穴符合形成基区复合电流IBN。由于集电结的外加反向电压，从基区集中来的电子很快漂移过集电结并被集电区收集，形成集电极电流IC。 与此同时，基区自身的电子和集电区的空穴也在反偏电压作用下产生漂移运动，形成集电结反向饱和电流ICBO。 电学特性 电流增益 集电极电流IC和放射极电流IE之间的关系可以用系数来说明，定义:? 通常通过改善打算放射极注入效率〔?〕和基区传输因子〔αT〕的结构参数使电流参数得到优化。 其中，放射极注入效率〔?〕定义为： 〔NB是基区的掺杂浓度，NE是放射区的掺杂浓度；DPE是电子在放射区中的集中系数，DNB是少子在基区的集中系数；WB和WE分别基区和放射区的宽度〕 想要改善放射极注入效率，必需减小NB和NE的比值，因此放射区的掺杂浓度必需远大于基区。【3】 基区传输因子〔αT〕定义为： 其中，是基区的少子集中长度，DnB是少子在基区的集中系数。 BJT的共放射极电流增益定义为集电极电流和基极电流的比值 ： 击穿电压 在BJT器件中，击穿分为两种：雪崩击穿和穿通击穿。当基区集电区的反偏电压到达某数值，器件内的最高电场到达临界击穿电场时，电流急剧增加，发生雪崩击穿。当基区-集电区的反向偏置电压提高后，基区集电区的耗尽层边缘延长至整个基区，基区电中性消逝，整个基区都是高电场的耗尽区。此时，放射区的电子可以直接漂移到集电区，从而输出很大的集电极电流，发生穿通击穿。【4】 器件的雪崩击穿电压BV定义为： 其中，?是半导体材料的介电常数，N是漂移区的掺杂浓度。EC为半导体材料的临界击穿电场。 二、双极型三极管在生活中的应用 1、基于BJT的温度传感器 1〕简介 基于BJT的CMOS温度传感器依据基极－放射极电压VBE的温度特性来测量溫度。由于BJT良好的温度特性，这种温度传感器可以到达很高的精度，到达了0.1°C，是目前精度最高的CMOS温度传感器。但是其普遍存在功耗过高、面积过大的问题，随着