雙極型晶體管及其在生活中的應用

1、1雙極型三極管及其在生活中的應用 雙極型三極管及其在生活中的應用一、雙極型三極管的介紹 一、雙極型三極管的介紹1、 類型與結構 類型與結構雙極型三極管（Bipolar Junction Transistor, BJT）稱為半導體三極管、晶體半導體等，是一種重要的三端子電子器件。它是由貝爾實驗室（Bell Laboratory）的一個研究團隊在1947 年發(fā)明的。雖然如今 MOSFET 已經成為應用最廣泛的電子器件，但是 BJT 仍然在

2、汽車電子儀器、無線系統(tǒng)頻射電路等領域具有一定的優(yōu)越性。雙極型三極管（BJT）是一種電流控制器件。它由兩個背靠背 PN 結構成，是具有電流放大作用的晶體三極管， 。它有三個電極，每個電極伸出一個引腳，由電子和空穴同時參與導電。BJT 常見的晶體管外形如右圖所示。雙極型三極管按材料可分為鍺半導體三極管和硅半導體三極管，在這兩種三極管中又可按結構可分為：NPN 型管和 PNP 型管。由于電子的遷移率比空穴的高，NPN 型 BJT 應用的空間相

3、較于 PNP 型 BJT 更廣泛。此外，雙極型三極管按功率耗散能力大小可分為小功率管、中功率管、大功率管；按工作頻率的高低可分為低頻管、高頻管、微波管；按制造工藝又可分為合金管、合金擴散管、臺式管、外延平面管。在一個硅片或鍺片上生成三個半導體區(qū)域：一個 P 區(qū)夾在兩個 N 區(qū)中間的稱為 NPN型管；一個 N 區(qū)夾在兩個 P 區(qū)之間的稱為 PNP 型管。它們的電路符號和結構圖如下圖所示。（雙極型晶體管外形圖） （雙極型晶體管外形圖）PNP

4、 管（3Axx）雙極型晶體管鍺管硅管NPN 管（3Bxx）PNP 管（3Cxx）NPN 管（3Dxx）（雙極型三極管分類圖） （雙極型三極管分類圖）（NPN 型管的結構模型圖 型管的結構模型圖） （A 為 NPN NPN 晶體管、 晶體管、B 為 PNP PNP 晶體管） 晶體管）3（NB 是基區(qū)的摻雜濃度，NE 是發(fā)射區(qū)的摻雜濃度；DPE 是電子在發(fā)射區(qū)中的擴散系數(shù)，DNB 是少子在基區(qū)的擴散系數(shù)；WB 和 WE 分別基區(qū)和發(fā)射區(qū)的寬

5、度）想要改善發(fā)射極注入效率，必須減小 NB 和 NE 的比值，因此發(fā)射區(qū)的摻雜濃度必須遠大于基區(qū)。 【3】基區(qū)傳輸因子（αT）定義為：其中， 是基區(qū)的少子擴散長度，DnB 是少子在基區(qū)的擴散系數(shù)。BJT 的共發(fā)射極電流增益定義為集電極電流和基極電流的比值 ：（2） 擊穿電壓在 BJT 器件中，擊穿分為兩種：雪崩擊穿和穿通擊穿。當基區(qū)集電區(qū)的反偏電壓達到某數(shù)值，器件內的最高電場達到臨界擊穿電場時，電流急劇增加，發(fā)生雪崩擊穿。當基區(qū)-集電區(qū)

6、的反向偏置電壓提高后，基區(qū)集電區(qū)的耗盡層邊緣延伸至整個基區(qū)，基區(qū)電中性消失，整個基區(qū)都是高電場的耗盡區(qū)。此時，發(fā)射區(qū)的電子可以直接漂移到集電區(qū)，從而輸出很大的集電極電流，發(fā)生穿通擊穿。 【4】器件的雪崩擊穿電壓 BV 定義為：其中，? 是半導體材料的介電常數(shù)，N 是漂移區(qū)的摻雜濃度。EC 為半導體材料的臨界擊穿電場。二、雙極型三極管在生活中的應用 二、雙極型三極管在生活中的應用1、基于 、基于 BJT 的溫度傳感器 的溫度傳感器1）簡介

7、基于 BJT 的 CMOS 溫度傳感器根據(jù)基極－發(fā)射極電壓 VBE 的溫度特性來測量溫度。由于BJT 良好的溫度特性，這種溫度傳感器可以達到很高的精度，達到了 0.1°C，是目前精度最高的 CMOS 溫度傳感器。但是其普遍存在功耗過高、面積過大的問題，隨著這些年的發(fā)展，這些問題已經逐步得到改善【5】 。2）溫度測量原理【6】雙極型晶體管的基極－發(fā)射極電壓 VBE是一個與絕對溫度成反比（CTAT）的電壓，其斜率大約為-2mV/&