P6雙極晶體管（bipolar junction transistor, BJT）的結(jié)構(gòu)與放大原理

Q：為什么規(guī)定某一邊是發(fā)射極，某一邊是集電極？翻過來為什么不行？

A：不能，發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的功能截然不同，結(jié)構(gòu)并不一樣。

三個(gè)區(qū)：

發(fā)射區(qū)是發(fā)射載流子的區(qū)域，類似載流子的彈藥庫和源泉的地方，他往外發(fā)射載流子，由此它的摻雜濃度是三個(gè)區(qū)里面最高的；

發(fā)射區(qū)是收集載流子的區(qū)域，因?yàn)橐占d流子，所以摻雜濃度不能過高，但是面積得大，一個(gè)倉庫要能裝東西，面積得大，還得是空的；

基區(qū)是一個(gè)控制區(qū)。

三個(gè)極：

發(fā)射極；基極；集電極。

兩個(gè)PN結(jié)：

發(fā)射結(jié)：基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)為發(fā)射結(jié).

集電結(jié)：基區(qū)和集電區(qū)之間的PN結(jié)為集電結(jié).

這個(gè)箭頭的方向是發(fā)射極的導(dǎo)通方向，由P→N是導(dǎo)通的方向，我們可以通過這個(gè)箭頭的方向來判斷這個(gè)管子的類型，圖示的就是NPN型晶體管。

1.3.2電流放大作用

1.晶體管里面的電流的現(xiàn)象是：

有三股電流Ib，Ic，Ie，

其中Ib是最小的，和Ic成比例，Ic是Ib的β倍；

Ie作為兩只電流的混合，大小為（1+β）Ib；

描述：這個(gè)電流放大現(xiàn)象的放大不是憑空產(chǎn)生的，他一定是有外部電源支持的，他的能量一定要有出處，不是憑空產(chǎn)生的。

我們看到的Ic是這個(gè)控制元件控制電源得來的。

放大的真諦是：絕對(duì)不能失真。

2.條件（以基本共射放大電路為例講解）

①我這個(gè)Rb不加行不行？為什么？

不行，根據(jù)二極管的伏安特性曲線，你沒有電阻，電源電壓直接就加在二極管上面，遠(yuǎn)超二極管的電壓范圍，二極管和電源高低得爆一個(gè)。Rb在這里作為一個(gè)限流電阻，最大的電流就是VBB/Rb.

②Vcc一定比VBB要大的，這樣子集電結(jié)反偏。

三.內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)

解釋為什么Ic是Ib的β倍

1.發(fā)射結(jié)正偏你能得到什么？產(chǎn)生了什么后果？

發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)擴(kuò)散形成IEN；基區(qū)里面的空穴也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散IEP.

這兩個(gè)電流相差太多了,IEN>>IEP，因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū) .總電流是這兩個(gè)電流相加，這倆電流是同相的。

所加的正向電壓越大，載流子擴(kuò)散的速度越快。

2.IEN的電子到達(dá)基區(qū)之后發(fā)生了什么？

必然繼續(xù)往前擴(kuò)撒，經(jīng)過基區(qū)往集電結(jié)擴(kuò)散，因?yàn)樗鼭舛仍谀欠胖摹?/p>

但是擴(kuò)散過來的電子對(duì)于基區(qū)來說是非平衡少子，要和我的空穴復(fù)合，如果，我說如果，我的基區(qū)寬度足夠?qū)?，那么這些非平衡少子是一定會(huì)被消耗完的，這就是為什么我們把基區(qū)設(shè)計(jì)的很薄且摻雜濃度低。

注意，這里在基區(qū)發(fā)生的復(fù)合就是為什么Ib和Ic電流成比例的原因。

• 在基區(qū)，“非平衡少子-電子”和基區(qū)“多子-空穴”發(fā)生了復(fù)合，對(duì)于基區(qū)來說，空穴少了。

• 在基區(qū)，摻雜濃度是不變的，或者簡單理解為空穴的濃度保持不變

• 所以，會(huì)抽走發(fā)生復(fù)合對(duì)應(yīng)數(shù)量的電子，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)量的空穴，形成Ib。IBN實(shí)際上是被復(fù)合的那部分電子，只不過在右邊復(fù)合，抽走電子后在左邊重新產(chǎn)生了，從結(jié)果上看IBN就像是從IEN里面分流了。

• 當(dāng)基區(qū)的結(jié)構(gòu)固定的時(shí)候，復(fù)合是成比例的，即IBN和IEN是成比例的，于是，放大關(guān)系就是這么來的。前提是你擴(kuò)散的速度是不變的，速度變了，被復(fù)合的比例也會(huì)變化，我們擴(kuò)散的速度和濃度梯度相關(guān)，為了維持濃度梯度，集電結(jié)那邊聚集的電子一定要快速被抽走。集電結(jié)反偏起的就是這個(gè)作用，保證了這個(gè)濃度梯度的正常。

• 在基區(qū)復(fù)合掉多少空穴，Ib電流就有多大。

四.放大系數(shù)

對(duì)于IBN來說，如果要用Ib來表示，應(yīng)該在加上IEP的，但是這個(gè)電流很小，鄭老師說它寫的時(shí)候給省了，當(dāng)然ICBO的數(shù)值也很小，最后也給省了，只剩下Ic和Ib了。

上面兩個(gè)β還是有差別的，上面那個(gè)是直流放大倍數(shù)，下面那個(gè)是交流放大倍數(shù)，雖然數(shù)值有區(qū)別，但是不大，以至于教材開頭做區(qū)分，后面直接不管了。

ICEO指的是穿透電流，當(dāng)Ib電流為0的時(shí)候，CE之間的電流，我們稱之為穿透電流，本來應(yīng)該等于0，但是還是有的，雖然很小。

ICBO叫做反向電流。

除了共設(shè)放大倍數(shù)，還有共基放大倍數(shù)α，根據(jù)原理圖把關(guān)系式寫出來就行。

P7 BJT特性曲線共射（雙極型晶體管）

我們之前不管看電阻還是二極管都是伏安特性曲線，一個(gè)曲線就能搞定，雙極性晶體管一個(gè)曲線能搞定嗎？不能，它有三個(gè)極，那我們就要看它的電路了，以共射電路為例，共用發(fā)射極，形成了兩個(gè)回路。

一.輸入特性

這個(gè)曲線族有兩大特點(diǎn)：

1.UCE越小，這個(gè)曲線越往左移動(dòng)；UCE越大，這個(gè)曲線越往右移動(dòng)；當(dāng)UCE大于1V之后它幾乎就不動(dòng)了。

原因：Ib的大小和基區(qū)有多少空穴發(fā)生復(fù)合有關(guān)，UCE增大使得電子通過集電結(jié)的數(shù)量增多，基區(qū)空穴發(fā)生復(fù)合的數(shù)量下降，表現(xiàn)為相同的UBE電壓下，隨著UCE電壓的增大，Ib電流的減小。

2.UBE能夠控制Ib，UBE變化，Ib變化，它的變化關(guān)系就是我的輸入特性曲線。

二.輸出特性

以下是個(gè)人關(guān)于輸出特性的理解，這一段我實(shí)在聽的不是很明白，不敢保證自己理解的是對(duì)的，建議親自聽一下鄭老師的講解：P7-BTT特性曲線共射 13：40-32：35

在畫輸出特性曲線的時(shí)候，UCE在不斷增大，之所以能增大是因?yàn)閂cc在增大，和Rc分壓后的UCE才能增大。

首先來看飽和區(qū)，一開始我不明白這個(gè)區(qū)域?yàn)槭裁磿?huì)叫飽和區(qū)，為啥叫這個(gè)名字，誰飽和了？這個(gè)后面鄭老師講的從外部看倒確實(shí)是飽和電流，在這里飽和區(qū)指代的是它具有的性質(zhì)：

1.在飽和區(qū)里面，集電結(jié)和發(fā)射極都是正偏的，整體相當(dāng)于是一個(gè)閉合的開關(guān)，導(dǎo)通的導(dǎo)體，Ic和Ib沒有控制關(guān)系，各自根據(jù)自己的回路計(jì)算，不存在比例關(guān)系。

2.隨著UCE的增大而增大

放大區(qū)：集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，Ic和Ib成比例關(guān)系。

截止區(qū)：Ib等于0，發(fā)射結(jié)沒有正偏，Ic應(yīng)該等于0，但是呢它截止的不是很干凈，存在穿透電流ICEO，這個(gè)穿透電流越小越好，代表我截止區(qū)截止的越干凈。

UCE逐漸增大的過程就是集電結(jié)收集基區(qū)非平衡少子能力逐漸增大的過程，而增大到一定數(shù)值集電結(jié)的電場已經(jīng)能夠?qū)⒒鶇^(qū)的絕大部分非平衡少子都收集起來了，UCE再增大，其收集能力已經(jīng)不能明顯提高了，但還是有提高，雖然很小很小，這就導(dǎo)致實(shí)際上這個(gè)輸出特性不是一條平的直線，會(huì)微微上揚(yáng)。

下面是從外部來看Ic和Ib的的關(guān)系：

現(xiàn)在的Vcc大小不變，處于放大區(qū)的前提下，雙極性晶體管的Ic隨著Ib的變化而發(fā)生變化，Ic變化，UCE也會(huì)發(fā)生變化：Ib增大，由于比例關(guān)系，Ic也會(huì)增大，在輸出回路中Ic增大結(jié)果就是UCE的值減小，因?yàn)閂cc是不變的，只可能是Rc分壓變大導(dǎo)致的。而Ic不會(huì)一直增大，它的上限受到UCE的制約，Ic=（Vcc-UCE）/Rc，UCE不會(huì)一直減小，減小到一定程度就會(huì)導(dǎo)致集電結(jié)正偏，電流達(dá)到飽和，這個(gè)時(shí)候Ic不受Ib控制，哪怕再這么增大Ib對(duì)Ic也不會(huì)有影響了。

Ib不斷增大是因?yàn)閂bb在增大，這也和Vcc大小不變最終雙極性晶體管卻處于飽和狀態(tài)的結(jié)果相匹配，畢竟Vbb在不斷增大，增大到一定程度，集電結(jié)也達(dá)不到反偏的要求了。

這兩段描述不一樣的地方很多，我們在說輸出特性的時(shí)候，是Vcc在不斷增大；我們在從外部看Ic和Ib的關(guān)系的時(shí)候是Vbb在不斷增大，這兩段描述想讓人理解的點(diǎn)在于“飽和區(qū)”是個(gè)什么東西，它主要就是兩個(gè)特點(diǎn)：該區(qū)Ic會(huì)隨著UCE的增大而增大；以及集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)致的Ic不受Ib控制，Ic<βIb。 我們再說輸出特性的時(shí)候，他那個(gè)飽和區(qū)有這個(gè)特點(diǎn)，但是不知道為什么飽和，但是我們從外部看Ic和Ib的關(guān)系的時(shí)候，Ic飽和時(shí)也會(huì)具備這兩個(gè)特點(diǎn)，所以飽和區(qū)指的是ic不受ib控制，ic隨著UCE的增大而增大的區(qū)域。

1.3.4主要參數(shù)

“極限參數(shù)很有用啊！但是我不給你們講啊！”?（哭笑）“因?yàn)槟銈冏约耗芸炊?/span>

1.3.5溫度的影響

溫度升高，曲線左移，意味著在相同的Ib電流下，溫度升高，會(huì)讓我的發(fā)射結(jié)電壓降低，每升高1°，正向壓降小2-2.5mV，影響還是比較小的。

但是它反向猛啊，ICBO——集電結(jié)反偏的飽和電流，每升高10°，翻一倍

表現(xiàn)為溫度升高，我相應(yīng)的Ic往上漲，它的變化值Δ也會(huì)增大，這就導(dǎo)致了兩個(gè)量會(huì)受溫度影響，一個(gè)是“穿透電流ICEO”；另一個(gè)是β，放大倍數(shù)，溫度越高，β就開始增大。

1.3.7光電三極管

從內(nèi)部來看，是一個(gè)光電二極管再加上一個(gè)電流的放大，功能比光電二極管強(qiáng)大一點(diǎn)，這里的電流和這里的光照成比例，說白了，光電傳感器，

ok，雙極性晶體管的筆記做完啦！