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晶体管的发明
1956年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚 州景山（Mountain View）贝克曼仪器公司半导体 实验室的肖克莱（William Shockley，1910— 1989）、美国伊利诺斯州乌尔班那伊利诺斯大学 的巴丁（John Bardeen，1908—1991）和美国纽 约州缪勒海尔（Murray Hill）贝尔电话实验室的 布拉顿（Walter Brattain，1902—1987），以表 彰他们在1947年12月23日 发明第一个对半导体 的研究和PNP点接触式Ge晶体管效应的发现。
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3.1 双极型BJT
2 内部载流子的运动规律
①发射区向基区注入自由电子，形成发射极电流Ie
发射结正偏
经EB结 扩散
c
N
RC
E区多子（电子）
注入B区→IEN
B区多子（空穴）→注入E区→IEP 由于发射区杂质浓度比基区高得多， IEP和IEN相比，其值很小可以略。
b
Rb EB
● ● ● ● ● ●
c
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
N
RC P EC
iB
ibn
○ ○ ○ ● ○ ○ ○ ● ● ● ● ●
b
N
IBP =IEN - ICN
由于基区很薄，且掺杂浓度低，电 子与空穴复合机会少，IBP很小。
①使发射区的掺杂浓度最高，以有效 地发射载流子； ②基区很薄，杂质浓度很小，以有效 地传输载流子； ③使集电区面积最大，且掺杂浓度小 于发射区，以有效地收集载流子。
以上特点也是三极管放大作 用的内部条件。
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3.1 双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关系
共射交流电流放大系数β。
iC iB
通常情况下，在近似分析中，对直流和交流电流放大系数不作区 分，即：

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4 PNP三极管的放大原理
与NPN型的工作原理基本相似只是电源极性接反即可 放大外部条件：发射结正偏，集电结反偏
NPN型：
高
PNP型：
低 中 高
VBE﹥0
VBC﹤0
c极电位最高
VBE ﹤ 0
中 低 VBC ﹥ 0
c极电位最低
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3.1 双极型BJT
综上所述，三极管的放大作用，主要是依 靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到 达集电极而实现的。
实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区
一次观测到了具有放大作用的晶体管。
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肖克莱 ( William Shockley)
巴丁 (JohnBa rdeen)
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布拉顿 (Walter
Brattain) 电子学教研室
晶体管的发明
二战结束时，诸多半导体方面的研究成果为晶体管 的发明作好了理论及实践上的准备。1946年1月，依据 战略发展思想，Bell实验室成立了固体物理研究组及冶 金组，开展固体物理方面的研究工作。在系统的研究过 程中，肖克莱根据肖特基的整流理论，预言通过“场效 应”原理，可以实现放大器，然而实验结果与理论预言 相差很多。经过周密的分析，巴丁提出表面态理论，开 辟了新的研究思路，兼之对电子运动规律的不断探索， 经过多次实验，于1947年12月实验观测到点接触型晶体 管放大现象。第二年1月肖克莱提出结型晶体管理论， 并于1952年制备出结型锗晶体管，从此拉开了人类社会 步入电子时代的序幕。
1 放大条件
内部条件：基区要求很薄，掺杂浓度很小 外部条件：发射结正偏，集电结反偏
BJT的四种工作状态：
(1) (2) (3) (4)
放大状态：发射结正偏，集电结反偏。 饱和状态：发射结、集电结均正偏。 截止状态：发射结、集电结均反偏。 倒置状态：发射结反偏，集电结正偏。
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IE IC
IE IB
IE
CE
U EB
输入 回路
IB
输出 回路
U CB
U BC U BC
IC
CC
CB
共发射极接法：发射极作为公共电极 共基极接法：基极作为公共电极 共集电极接法：集电极作为公共电极
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（1）共基组态电流传输关系
BJT共基极直流电流放大系数 ：
N
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● I EP ● ●
N
Rc
RC
P N
P Vcc N
RC
VCC
Vbb
e e
IE
ice
EC
iE
IE IC IB
动画演示
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3.1 双极型BJT
BJT的三种组态：
IC IB
U CE U BE
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1946年1月，Bell实验室正式成立半导体研 究小组 , W. Schokley 肖克莱， J. Bardeen 巴丁、 W. H. Brattain 布拉顿。 Bardeen 提出了表面态 理论， Schokley 给出了实现放大器的基本设想， Brattain设计了实验。 1947年 12月 23日，第
● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ●
P EC
iep
ien e
iE
N
发射极电流 IE = IEN + IEP ≈ IEN
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3.1 双极型BJT
② 自由电子在基区中的扩散与复合
注入到基区的载流子电子在靠近发射结 一侧积累起来，形成一定的浓度梯度。 靠发射结浓度高，靠集电结浓度低。 浓度差使电子向集电结扩散形成ICN 。 在扩散过程中，有一部分电子与基区 中的空穴复合，同时基区被复合掉的空穴 R b 由电源EB提供，形成复合电流IBP.
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3.1.2 BJT的特性曲线（共射极接法）
即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流 子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路 的依据。 为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
IE IC
为ＩＣＮ与发射极电流IE的比。近似为1
I Cn ＝ IE IC ICN ICBO
U EB
输入 回路
IB
输出 回路
U CB
CB
I C I E I CBO
iC ＝ iE
若忽略ICBO，该电流传输方程可简化为
BJT共基极电流放大系数
：
IC I E
体现IE转化为 ICN的能力。
第3章 双极型BJT及其放大电路
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 双极型BJT 放大电路的基本知识 基本共射放大电路及放大电路的分析方法 放大电路的静态工作点稳定问题 BJT单级放大电路的三种组态 放大电路的频率响应
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3.1 双极型BJT
半导体三极管又称晶体三极管，简称晶体管或三极 管。是具有两个PN结的电子器件。在三极管内，有两种 载流子（电子与空穴）参与导电，故又称为双极型三极 管，简记为BJT（英文Bipo1ar Junction Transistor的缩 写）。属于电流控制型器件。 三极管的基本功能是具有电流放大作用,是各种电子 线路的核心部件
NPN型
PNP型
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3.1 双极型BJT
C 集电极
1 NPN型（多为平面型硅管） 面积最大
由两个N 型区和一个P型区构成三个区域： ⅰ 掺杂浓度较高的一个N 型区称为发射区（E区）B 基极 ⅱ掺杂浓度较低的另一个N 型区称为集电区（C区） ⅲ 很薄且掺杂浓度很低的P 型区称为基区（B区） 由这三个区域各引出三个电极和两个PN结： 发射极（Emitter）E(e) 发射结（BE结） 基 极（Base） B(b) 集电极（Collctor）C(c) 集电结（CB结）
EB
e
iE
这样保证大部分电子扩散到集电结，有利于放大
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3.1 双极型BJT
③集电区收集载流子。 因为集电结反偏，收集扩散到集电区边 缘的电子，形成电流ICN 。另外，集电结区的 少子形成漂移电流ICBO。
c c
IC
iC
IC ICN ICBO
3 电流分配关系
I C I B (常用公式) I E (1 ) I B
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（3）共集电流传输关系
IE IB
U BC U BC
I E I B I C (1 ) I B I CEO