STG4210QTRBJT因其有自由电子和空穴两种极性的载流子参与导电而得名.它的种类很多,按照所用的半导体材料分,有硅管和锗管;按照工作频率分,有低频管和高频管;按照功率分,有小、中、大功率管等等。常见的BJT外形如图4.1,1所示。

几种BJT的外形,BJT的结构简介,BJT的结构示意图如图4.1.2a、b所示。在一个硅(或锗)片上生成三个杂质半导体区域,一个P区(或N区)夹在两个N区(或P区)中间。因此,BJT有两种类型:NPN型和PNP型。从三个杂质区域各自引出一个电

极,分别叫做发射极e、集电极c、基极b,它们对应的杂质区域分别称为发射区、集电区和基区。BJT结构上的特点是:基区很薄(微米数量级),而且掺杂浓度很低;发射区和集电区是同类型的杂质半导体,但前者比后者掺杂浓度高很多,而集电区的面积比发射区面积大,因此它们不是电对称的。三个杂质半导体区域之间形成两个PN结,发射区与基区间的PN结称为发射结,集电区与基区间的PN结称为集电结。图4.1.2c、d分别是NPN型和PNP型BJT的符号,其中发射极上的箭头表示发射结加正偏电压时,发射极电流的实际方向。

集成电路中典型NPN型BJT的结构截面图如图4.1.3所示。

本章主要讨论NPN型BJT及其电路,但结论对PNP型同样适用,只不过两者所需电源电压的极性相反,产生的电流方向相反。

两种类型BJT的结构示意图及其电路符号,(a)NPN型管结构示意图 (b)PNP型管结构示意图(c)NPN管的电路符号 (d)PNP管的电路符号

隔离外延层硅衬底,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,放大状态下BJT的工作原理,BJT内部载流子的传输过程.

BJT内有两个PN结,所以它在应用中可能有四种工作状态(放大、饱和、截止与倒置),这与每个PN结的正偏或反偏有关。当BJT用作放大器件时,无论是NPN型还是PNP型,都应将它们的发射结加正向偏置电压,集电结加反向偏置电压。下面以NPN管为例,分析在偏置电压作用下BJT内部载流子的传输过程。其结论对PNP管同样适用,只是两者偏压的极性、电流的方向相反。

发射区向基区扩散载流子,形成发射极电流rE,图4.1.4示出了一个处于放大状态的NPN型理想BJT的内部载流子的传输过程。由于发射结外加正向电压,发射区的多子电子将不断通过发射结扩散到基区,形成发射结电子扩散电流JE、.其方向与电子扩散方向相反。同时,基区的多子空穴也要扩散到发射区,形成空穴扩散电流ru,方向与JEx相同。JEN和JEP一起构成受发射结正向电压ubE控制的发射结电流(也就是发射极电流)ie,即

rE=fEN+JEP=JEs(eube/vt-1)①       (4.1.la)

放大状态下BJT中载流子的传输过程,式中JEs为发射结的反向饱和电流,其值与发射区及基区的掺杂浓度、温度有关,也与发射结的面积成比例。

由于基区掺杂浓度很低,rEP很小,可以认为

rE=JEN+JEP≈rEN           (4,1.1b)

载流子在基区扩散与复合,形成复合电流ibN,由发射区扩散到基区的载流子电子在发射结边界附近浓度最高,离发射结越远浓度越低,形成了一定的浓度梯度。浓度差使扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散。在扩散过程中,有一部分电子与基区的空穴复合,形成基区复合电流ibN。由于基区很薄,掺杂浓度又低,因此电子与空穴复合机会少,ibN式(4.⒈1)是BJT的Ebc卜Moll模型的组成部分,适用于发射结处于正向偏置,且工作在线性放大区,更完整的模型请参阅文献[2];PP.1056-1058,该模型的原著请见JJ.Ebers and J.L.Moll Largc signal Behavior of Junction Trarl‘listor,Proc.Vo1.42(12):1761-1772,1954.

反馈清零法适用于有清零输入端的集成计数器。74LVC161具有异步清零功能,在其计数过程中,不管它的输出处于哪一状态,只要在异步清零输人端加一低电平电压,使cR△0,74LVC161的输出会立即从那个状态回到0000状态。清零信号(CR=0)消失后,74LVC161又从0000状态开始重新计数。