一.BJT簡述

Bipolar Junction Transistor，雙極性晶體管又稱為三極管，其由兩個pn結構成，理想的結構模型如圖，有兩種類型npn和pnp。

三極管的三個極分別為發射極E、基極B、集電極C，發射極與基極間形成發射結，集電極和基極間形成集電結。實際制造中，發射極是高濃度摻雜區，基極很薄且雜質濃度很低，集電極面積很大，這樣能保證BJT具有良好的電流放大能力。

基極和發射極的摻雜濃度不為衡量，隨著與表面之間的距離而變化，而理想模型中假設基極和發射極的摻雜濃度為恒量，稱為 均勻基區晶體管 。BJT表示符號中電流的方向為流入各端口。

根據發射結和集電結電壓的方向，BJT可有四個工作狀態，以npn為例：①正向放大區：發射結正偏 、集電結反偏 ；②飽和區：發射結正偏 、集電結正偏 ；③反向放大區：發射結反偏 、集電結正偏 ；④截止區：發射結反偏 、集電結反偏 。

二.正向放大區

正向放大區下發射結正偏 、集電結反偏 。

發射結p區邊界處 ，由基區平衡少子濃度為 ，多子濃度為 ， ，所以少子濃度為 ，其中的非平衡少子濃度為 。非平衡少子滿足擴散滿足穩態方程 ，帶入邊界條件 、 ，可以求得 。 處擴散電流 ，（同理得到發射極處擴散電流密度 。計算發射結電流時并未將發射極擴散空穴電流算入，和pn結電流模型有差異。)

由基區非平衡少子濃度 ，而 很小時，泰勒展開 ，是一個線性關系。而電流密度 可知電流為一常量，且由于 、 可得 。該基區擴散電流全部流入集電極 。 與基極的寬度 成反比，基極越窄， 越大， 也越大。

基區發射結非平衡少子擴散電流 全部流向集電極，但是基極產生的電流也有流向發射極的部分，其主要是基區向發射區的多子空穴擴散電流 。此外，基區內由于會有電子空穴的重組，其表現為從基極引入基區的多子空穴流動 。 ，且也呈現正比于 。所以可有表達式 ，顯然 表征了基極電流放大能力，稱為 正向電流放大系數 ，其越大越好。 與基區寬度 正反比，與發射極、基極摻雜濃度比例 呈正比。集成電路中，pnp管典型值10100，npn管典型值50500。發射極電流 。

正向放大區大信號等效模型為流控電流源，由于指數特性的陡峭性， 通常變化很小。用一電壓為 (常為0.6~0.7V)的電源來替代輸入二極管。

實際情況下，隨著集電極反偏電壓的不同，如果 為常數，即可轉換為 電壓不同，基區寬度會有所變化。隨著 變大，集電結耗盡區變大，基區寬度減小，進而集電極電流 變大。 。對于反偏結而言， 可視為常量。 為常量，表示 確定后，等效電導是不變的。各 下 ~ 曲線延長線交于一點 ，該點稱為 厄爾利電壓 。

BJT的小信號跨導 ，電流效率 ， 高于同溫下的MOSFET ，室溫下其為38.4。

三.飽和區和反向放大區

正向飽和區下發射結正偏 、集電結正偏 ，而 。

此時由于集電結正偏，在集電結基區處產生由集電區向基區方向的非平衡少子電子流，該電子流抵消了在發射結基區處產生由發射區向基區方向的非平衡少子電子流。而集電極摻雜濃度小于發射極，所以最終電流方向仍為基區向集電區流動，只是數值相對于正向放大區小了不少。

反向放大區下發射結反偏 、集電結正偏 ，發射極和集電極的角色交換了，只不過集電極摻雜濃度小于發射極，因而反向放大電流絕對值也是小于正向放大電流的。

反向飽和區下發射結正偏 、集電結正偏 ，而 。

四.BJT擊穿

pn結存在雪崩擊穿特性，發射結和集電結也有類似效果，因此加于BJT的最大電壓值有限制。

1）共基極結構

在有恒定的射極電流的共基極結構中， 時的 定義了最大集電結反向擊穿電壓。當 時，如果器件功耗在一定額度內，則 器件也不會發生損壞，而且還有一定的雪崩效應(曲線中 變大)。

2）共射極結構

在有恒定的基極電流的共射極結構中， 時的 定義了最大擊穿電壓。雪崩擊穿效應對共射特性的影響比在共基結構中更加復雜。 小于 ， 定義了器件所能承受的最大電壓 。

3）反向放大區

在反向放大區，集電極和發射極角色互換。在共射極集電結處，基極摻雜濃度大于集電極一個數量級，因此集電極決定了集電結擊穿特性；而發射極摻雜濃度大于基極，因此基極決定了發射結擊穿特性。由于摻雜濃度的原因，發射結擊穿電壓 要小的多，通常為6~8V。發射結擊穿電壓為一個設計便利的參考電壓，常以齊納管的形式加以應用。擊穿電流的持續時間和幅度決定了發射結擊穿的破壞性， 齊納管工作在電流很小的情況下保證其不變擊穿 。

五.BJT結構

制造上BJT主要有橫向和縱向兩種結構，橫向和縱向是根據 電流方向決定的。橫向BJT中，發射極和集電極之間的水平距離是基區的寬度。橫向BJT結構由于發射極與基極的摻雜濃度比值不能做到很大所以電流增益 較小。而 縱向BJT結構電流增益要比橫向結構大的多 。

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