電子學103-chapter5 bjt電晶體
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1
物理系光電組⼆二年級 電⼦子學
授課⽼老師：輔仁⼤大學物理系 副教授 張敏娟
單元七 BJT電晶體
2015 spring
1
物理系光電組⼆二年級 電⼦子學
BJT電晶體
單元七 BJT電晶體
基本原理
把N型和P型半導體，再組合，變成電晶體。BJT電晶體
BJT電晶體
3
是一個把訊號放大的元件
4
三端元件
BJT電晶體
5
NPN型
PNP型
BJT有兩種組成
6
NPN型
N型半導體＋P型半導體＋N型半導體
8
PNP型
P型半導體＋N型半導體＋P型半導體
P
nP
BJT的全名：雙極接⾯面電晶體（Bipolar Junction Transistor）
9
以電⼦子為主要載⼦子
以電洞為主要載⼦子
基極、集極、射極BJT電晶體
11
基極
BJT三端的名稱(NPN型)
＋
10
BJT三端的名稱(NPN型)
集極
基極＋
12
集極
射極
基極
BJT三端的名稱(NPN型)
＋
13
集極
射極
基極
載子濃度低
載子濃度高
很薄一層
BJT三端的名稱(NPN型)
＋
14
集極
射極
基極
收集載子
放射載子
載子容易穿越
箭頭
BJT三端的名稱(NPN型)
＋
載子濃度低
載子濃度高
很薄一層
以電⼦子為主要載⼦子
19
BJT三端的名稱(PNP型)
集極
射極
基極
p
np＋
19
BJT三端的名稱(PNP型)
集極
射極
基極
p
np＋
載子濃度低
載子濃度高
很薄一層
19
BJT三端的名稱(PNP型)
集極
射極
基極
p
np＋
載子濃度低
載子濃度高
很薄一層
收集載子
放射載子
載子容易穿越
箭頭 以電洞為主要載⼦子
選擇題:請問NPN型BJT電晶體，主要載⼦子是？
20
選擇題:請問PNP型BJT電晶體，主要載⼦子是？
21
問答題:BJT電晶體三個腳位的名稱是？（請寫下中⽂文與英⽂文）
22
選擇題:請問BJT電晶體，哪⼀一極的載⼦子濃度⾼高？(有標⽰示箭頭)
23
問答題:請問BJT電晶體的基極為何要設計的特別薄？
24
施以正確的直流偏壓，才能放⼤大電流訊號BJT電晶體
15
BJT的直流偏壓(NPN型)
集極
射極
基極＋
16
集極
射極
基極＋
BJT的直流偏壓(NPN型)
16
集極
射極
基極＋
BJT的直流偏壓(NPN型)
17
集極
射極
基極＋
BJT的直流偏壓(NPN型)
18
集極
射極
基極
這樣才會進入電流放大模式
＋
BJT的直流偏壓(NPN型)
BJT內部載子移動(NPN型)31
22
集極
射極
基極
pn
VEC
++
+
-
-
-
VEB
VBC
BJT的直流偏壓(PNP型)
p＋
22
集極
射極
基極
pn
VEC
++
+
-
-
-
VEB
VBC
BJT的直流偏壓(PNP型)
p＋
22
集極
射極
基極
pn
VEC
++
+
-
-
-
VEB
VBC
BJT的直流偏壓(PNP型)
p＋
22
集極
射極
基極
pn
VEC
++
+
-
-
-
VEB
VBC
BJT的直流偏壓(PNP型)
p＋
22
集極
射極
基極
pn
VEC
++
+
-
-
-
VEB
VBC
BJT的直流偏壓(PNP型)
p＋
這樣才會進入電流放大模式
BJT電晶體NPN型與PNP型的直流偏壓37
EBC
BE
IC
ICIE
IE
IBIB CVBE
VEB
VCE VEC
問答題:要讓NPN型BJT電晶體進⼊入直流偏壓的電流放⼤大模式，需要讓CB, BE, 和CE的電位如何？
39
問答題:要讓PNP型BJT電晶體進⼊入直流偏壓的電流放⼤大模式，需要讓BC, EB, 和EC的電位如何？
40
問答題:NPN型BJT電晶體，在施加適當直流偏壓後，進⼊入電流放⼤大模式，請問，電洞流為什麼從B極往E極流過去？
41
問答題:NPN型BJT電晶體，在施加適當直流偏壓後，進⼊入電流放⼤大模式，請問，電⼦子流為什麼從E極往C極流過去？
42
問答題:NPN型BJT電晶體的射極箭頭朝向內還是朝向外？PNP型BJT電晶體的射極箭頭朝向內還是朝向外？
43
遵守KCL＆KVLBJT電晶體
BJT電晶體電流電壓關係
36
+
- +
-
IE IBIC
IE = IB + IC ………(KCL) !
VEC = VEB + VBC ……… (KVL)
BJT電晶體電流電壓關係
37
+
- +
-
IE IBIC
IE = IB + IC ………(KCL)
!VCE = VCB + VBE ……… (KVL)
ICIBIE
IE = IB + IC ………(KCL)
!VEC = VEB + VBC ……… (KVL)
⼤大訊號模型與⼩小訊號模型BJT電晶體
39
NPN BJT大訊號模型（直流電）
IN (small)
OUT (large)
二極體順向偏壓，順向電流
40
NPN BJT大訊號模型（直流電）
IN (small)
OUT (large)
電壓控制電流源
IC=βIB
41
NPN BJT大訊號模型 IV特性曲線圖
42
NPN BJT大訊號模型 IV特性曲線圖
44
Early效應
NPN BJT大訊號模型 IV特性曲線圖
45
Early效應（直流電公式修正）
43
NPN BJT小訊號模型（交流電）
46
Early效應
NPN BJT小訊號模型（交流電）
計算題：⼤大訊號模型
56
6
Example 1
6
Example 1
提⽰示：VT=26mV
6
1.685mA
Example 1
7
Example 1
問答題:Example1的答案IC=？62
Example 2
8
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
Example 2
8
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
提⽰示：VT=26mV
Example 2
8
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
提⽰示： 先算出三個點，VBE=700mV, 750mV, 800mV時的ICVT=26mV
9
1
Example 2
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
10
2
Example 2
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
11
3
Example 2
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
12
(24.6, 700) (169, 750) (1153,800)
Example 2
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
13
(24.6, 700) (169, 750) (1153,800)
Example 2
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
14
1.69(0.246, 700) (1.69, 750) (11.53,800)
Example 2
0.25
• For a bipolar transistor, IS= 5x10-17 A and β=100 . Construct the IC-VBE, IC-VCE, IB-VBE, and IB-VCE characteristics.
15
1.69
(0.246, 700) (1.69, 750) (11.53,800)
Example 2
0.25
問答題:Example2算出的三組（IC, VBE）數據？
74
計算題：⼩小訊號模型
75
16
NPN BJT小訊號模型（交流電）
21
Early效應（交流電）
修正IC
22
Example 3
22
Example 3
提⽰示： VT=26mV
23
Example 3
1
24
Example 3
1
2
25
Example 3
1
2
3
問答題:Example3算出的三個答案是？（gm, rpi, r0）
84
飽和模式（NPN型）BJT電晶體
27
NPN BJT電晶體
順向主動模式
27
NPN BJT電晶體
順向主動模式飽和模式
NPN BJT電晶體飽和+主動+early effect
28
PNP型BJT電晶體
30
PNP BJT大訊號模型（直流電）
31
當作二極體順向偏壓，有順向電流
IB=
PNP BJT大訊號模型（直流電）
32
電壓控制電流源
IC=βIB
PNP BJT大訊號模型（直流電）
PNP BJT電晶體飽和+主動+early effect
33
VEC
VEB
VEB
VEB
VEB
VEB
VEC
34
PNP BJT小訊號模型+ Early效應
影⽚片欣賞BJT電晶體
選擇題:請問P型半導體與N型半導體都是電中性嗎？
98
選擇題:電晶體現在的⼤大⼩小⼤大約是多少奈⽶米？99
100
當半導體越做越⼩小，空乏區的功能即將遇上電⼦子穿隧效應的挑戰。
!
電晶體還能繼續不斷的縮⼩小尺⼨寸嗎？!
!
⼗十年後摩爾定律即將遇上最嚴峻的考驗！
101
第七單元 結束