BJT基本觀念
雙載子接面電晶體(bipolar junction transistor,BJT)依結構區分,有npn型及pnp型兩種,其電晶體結構及符號如圖(1)所示。BJT可以視為兩個pn接面背對背連接在一起。因為此元件中有二種極性的載子(電洞及電子)共同負責傳輸電荷,所以它稱為雙載子。
它有三個端點(區域),其中E表示射極(emitter)、B表示基極(base)、C表示集極(collector)。
(圖1) BJT電晶體的結構及符號
npn電晶體的三極
射極是一個具高摻雜濃度的區域,主要將自由電子射入基極。
基極的摻雜濃度較低而且很薄,負責將射極注入的電子傳送到集極。
只有少數電子會在摻雜濃度低的基極中與電洞再結合。然後以價電子的形式,流過基極電阻,再到輸入電壓的正端。
集極的摻雜濃度介於射極與基極之間,由其名稱可知,它收集由基極送來的大部分電子。
自由電子一到集極,感受到電源電壓的吸引力。因此,自由電子會流過集極,經集極電阻,而到集極電源電壓的正端。
電晶體的工作模式
電晶體有兩個接面:基-射極接面()及基-集極接面()。
j作用區(active region):順向偏壓,反向偏壓。
k飽和區(saturation region):順向偏壓,順向偏壓。
l截止區(cutoff region):反向偏壓,反向偏壓。
m反向作用區:反向偏壓,順向偏壓。
作用區內的電晶體特性,可將電晶體當成放大器。
截止區內的電晶體像是一個切斷(OFF)的開關。
飽和區內的電晶體像是一個閉合(ON)的開關。
[例題1]
npn電晶體工作在飽和區時,則基射極和基集極之電壓為順向偏壓或反向偏壓?
Answer:
,為順向偏壓
,為順向偏壓
[例題2]
pnp電晶體端點電壓為:,,,則電晶體工作在何種模式?
Answer:
,為順向偏壓
,為順向偏壓
電晶體工作在飽和模式
npn電晶體在作用區的動作
基-射極接面(B-E)為順向偏壓,基-集極接面(B-C)為反向偏壓,則此種工作模式為作用區。
由於射極的摻雜濃度遠大於基極,且基極寬度很薄。當電子從射極跨過B-E接面而注入到基極,將通過基極區而至基-集接面(B-C)的空乏區,此空乏區內之電場會將電子掃至集極區。
B-E接面()是順向偏壓,電洞也會從基極越過B-E接面而擴散到射極。所以射極電流 ()包含射極注入到基極的電子流 (),及基極注入到射極的電洞流 ()。由於射極的摻雜濃度遠大於基極,所以
大多數的電子均越過基極且不與基極內之多數載子電洞復合,而到達集極。為了降低復合效應,基極區的寬度要很小,且基極的摻雜濃度要較低。
(1)
如果電晶體工作在作用區,則 (2)
將(2)式代入(1)式,所以
(3)
將(2)式也代入(3)式,所以 (4)
我們定義
:共基極電流增益 (5)
我們也可將共射極電流增益()寫成 (7)
(圖2) npn電晶體電流方向及電壓極性
[例題3]
電晶體之,,,則電晶體之(共基極電流增益)為?
Answer:
[例題4]
設一電晶體工作在作用區,(共基極電流增益)=0.99,則其共射極電流增益()為何?
Answer:
pnp電晶體
(圖3) pnp電晶體電流方向及電壓極性
pnp電晶體電流的方向與npn電晶體電流的方向相反。