電子學103-Chapter5 BJT電晶體

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

⼩小問題(⽤用zuvio回答)19

01

03

Options

Options

02Options

BJT電晶體基礎篇

irs.zuvio.tw

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

⼩小問題(⽤用zuvio回答)38

01

03

Options

Options

02Options

BJT電晶體偏壓篇

irs.zuvio.tw

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

⼩小問題(⽤用zuvio回答)61

01

03

Options

Options

02Options

解題篇

irs.zuvio.tw

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

⼩小問題(⽤用zuvio回答)73

01

03

Options

Options

02Options

解題篇

irs.zuvio.tw

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

⼩小問題(⽤用zuvio回答)83

01

03

Options

Options

02Options

解題篇

irs.zuvio.tw

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

https://www.youtube.com/watch?v=IcrBqCFLHIY96

⼩小問題(⽤用zuvio回答)97

01

03

Options

Options

02Options

影⽚片欣賞

irs.zuvio.tw

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