本推文簡述三極管即BJT器件，具體包括NPN和PNP的仿真相關內容。

PART 01

BJT器件介紹

三極管器件介紹

下圖是兩種BJT的簡化結構圖，每個晶體管有3個半導體區，分別稱為發射區、基區和集電區。基區總是夾在發射區和集電區之間。NPN晶體管由N型的發射區、P型的基區和N型的集電區組成。同樣，PNP晶體管由P型的發射區、N型的基區和P型的集電區組成。在這些簡化的剖面圖中，晶體管的每個區域都是由均勻摻雜的矩形硅構成的，現代BJT的剖面結構略有不同，但工作原理是一樣的。

下圖中顯示了兩種類型晶體管的電路符號，發射極線上的箭頭代表正偏情況下發射結的電流方向，雖然集電極和基極之間也存在結，但集電極線上沒有箭頭。在下圖簡化的晶體管中，發射結和集電結看上去是一樣的，有人便自然地以為將集電區和發射區對調并不會對器件的性能造成影響，實際上，這兩個結的雜質分布和幾何形狀都有所不同，因而不能對調。BJT可以看做是兩個背靠背連接的PN結，晶體管的基區很窄（大約為1~2μm），由于兩個結靠得很近，所以載流子能夠在復合前從一個結擴散到另一個結，因此一個結的導通也會影響到另一個結的特性。下圖（a）所示為一個NPN晶體管，它的發射結電壓為0V，集電結電壓為5V，由于兩個結都不在正偏狀態下，因此晶體管的3個端都只有極小的電流流過，兩個結都反偏（或零偏）的晶體管處于截止狀態。下圖（b）為同一晶體管，有10μA的電流注入基極，這個電流使得發射結處于0.65V的正偏電壓下，此時盡管集電結仍處于反偏狀態，但卻具有比基極電流大100倍的集電極電流通過，這個電流是正偏的發射結和反偏集電結相互作用的結果。只要按照這種方式對晶體管施加偏置，則稱其工作在正向放大區。如果將發射極和集電極相互對調，發射結反偏而集電結正偏，則稱晶體管工作在反向放大區，但晶體管很少工作在這種方式下。

三極管的原理在幾乎每本半導體物理和微電子器件中都會有非常詳細的介紹，下面展示三極管的一些仿真結果。

PART 02

NPN器件仿真

NPN器件仿真結果

NPN器件仿真結構圖

下圖是Vbe的仿真結果，其中橫軸是Vb ，縱軸是Ic ，發射極接0，可以看到在NPN基極和發射極之間存在一個PN結，所以下圖曲線會有一段死區。一般會對Ic取對數，選取1μA時的集電極電流作為Vbe，即開啟電壓。

其它特性不進行一一文字介紹，下面是仿真結果的展示。

NPN器件直流特性仿真結果

NPN器件放大系數仿真曲線

NPN器件IcVce特性仿真結果

NPN器件BVcbo特性掃描仿真命令

NPN器件BVcbo特性掃描仿真結果

NPN器件頻率特性仿真結果

PART 03

PNP器件仿真

PNP器件仿真結果

PNP器件仿真結構圖

PNP器件直流特性仿真結果

PNP器件放大系數仿真曲線

PNP器件IcVce特性仿真結果

PNP器件BVebo特性仿真結果

PNP器件頻率特性仿真結果