3-4雙極晶體管的直流電流電壓方程_圖文(精)

1、3-4雙極晶體管的直流電流電壓方程3 4-1集電結(jié)短路時(shí)的電流3-4-2發(fā)射結(jié)短路時(shí)的電流3 4 3晶體管的直流電流電壓方程3-4-4晶體管的輸岀特性3-4-5基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線研究晶體管性能通過(guò)比較實(shí)際晶體管、理想輸出特性曲線之間的差別來(lái)發(fā)現(xiàn)晶體管在設(shè)計(jì)和制造中的缺陷。重點(diǎn)是埃伯斯莫爾( (Ebers-Moll)方程、 共發(fā)射極輸出特性曲線和基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)難點(diǎn)是對(duì)倒向晶體管的理解、有關(guān)基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng) 的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和對(duì)厄爾利電壓的理解3.4雙極晶體管的直流電流電壓方程MW三極背本節(jié)主要內(nèi)容：推導(dǎo)出在發(fā)射結(jié)和集電結(jié)上均外加任意電壓時(shí)晶體管的宜流電流電壓方程,晶體骨的輸出特性曲

2、線前提條件：各種電流由少子引起電流傳輸理想晶體曾的主要假設(shè)及其意義：(1)各區(qū)雜質(zhì)都是均勻分布的，因此中性區(qū)不存在內(nèi)建韶盒.f(2) 結(jié)是理想的平面結(jié)，載流子作一維運(yùn)動(dòng)：(3)橫向尺寸遠(yuǎn)大于基區(qū)寬度，并且不考慮邊緣效應(yīng)， 所以載流子運(yùn)動(dòng)是一維的；(4)基區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度；(5)中性區(qū)的電導(dǎo)率足夠高，串聯(lián)電阻可以忽略，偏壓 加在結(jié)空間電荷區(qū)上；(6)發(fā)射結(jié)面積和集電結(jié)面積相等；(7)小注入，等等】R IE1-RM 型雙極晶體管工作模式和少子分布（1）正向有源 （放大） 工作模式：*O,VvO基區(qū)少子滿足的邊界條件為：（2）反向有源工作模式：VF0相應(yīng)的邊界條件為：迦（3）飽和工作模式：V

3、.AO,匕0相應(yīng)的邊界條件為：截止工作模式:*vO, Vr0相應(yīng)的邊界條件為：3.4雙極晶體管的直流電流電壓方程本節(jié)以緩變基區(qū)NPN管為例， 推導(dǎo)出在發(fā)射結(jié)和集電結(jié)上 均外加任意電壓時(shí)晶體管的直流電流電壓方程.電流的參考方向和電壓的參考極性如下圖所示MitmA3.4.1集電結(jié)短路時(shí)的電流 發(fā)射區(qū)電子源源不斷地越過(guò)電結(jié)注入到基區(qū)，形成電子注入分析思路推導(dǎo)電流電壓方程時(shí)，利用擴(kuò)散方程的解具有線性迭加性的特 點(diǎn)：方程在“邊界條件1時(shí)的解山與在“邊界條件2”時(shí) 的解心（Q 的和心十心b等于以“邊界條件1與邊界條 件2的和”為邊界條件時(shí)的解“任）。電流4祐基區(qū)空穴也向發(fā)射區(qū)注入，形 成空穴注入電流4卩；

4、且忌 vv4N-發(fā)肘極電流方向與電子注入方向相反O集電結(jié)短路時(shí)的電流式中，r疥代表發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)零偏時(shí)的發(fā)射極電流, 相當(dāng)于單獨(dú)的發(fā)射結(jié)構(gòu)成的PN結(jié)二極管的及向飽和電流。于是可得到發(fā)射結(jié)為任意偏壓、集電結(jié)零偏時(shí)晶體管三個(gè) 電極的電流為- -K 么=%=%MP（洋I-1十屁Eop/B=4-4=（1-）/ES電流電壓方程比較3.4.2發(fā)射結(jié)短路時(shí)的電流如果把晶體管的發(fā)射區(qū)當(dāng)作“集電區(qū)”，集電區(qū)當(dāng)作“發(fā)管。發(fā)射結(jié)短路就相當(dāng)于倒向晶體管的“集電結(jié)”短路，因此晶體管在本小節(jié)的偏置狀態(tài)就相當(dāng)于倒向晶體管在上一小節(jié)的 偏置狀態(tài).故可得二極管直流電流電壓方程ITexp集電結(jié)短路時(shí)的電流：Dp6.T fll

5、,0心血 %血射:可以得到一個(gè)倒過(guò)來(lái)應(yīng)用的晶體管，稱為倒向晶體人=d二丿0(“BERT人=_厶$exp _1式中，心代表集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)零備時(shí)的集電極電流, 相當(dāng)于單獨(dú)的集電結(jié)構(gòu)成的PN結(jié)二極管的反向飽和電流。QR代表倒向管的共基極直流短路電流放大系數(shù)， 通常比 小得多aRa的3.4.3晶體管的直流電流電壓方程將上述兩種偏置條件下的電流相加，R卩可得到發(fā)射結(jié)和集 電結(jié)上均外加任意電壓時(shí)聶體管的直流電流電壓方程?！縀（VBE BC）=】E（VBE,）+IE（。,VBC）1C（VHE，VB（J）= IC（VRE9）+】c（ VR（J）電流之間滿足：/E= /C-b/K，三個(gè)電流中只有兩個(gè)是獨(dú)立的

6、若選取人與人，所得為共發(fā)射極直流電流電壓方程 若選取人與/C，所得為共基極直流電流電壓方程若選取厶與所得為共基極直流電流電壓方程，也稱為 “埃伯崩一莫爾方程簡(jiǎn)稱EM方程，即建立模物電流方向流入該端點(diǎn)的電流為正，即1|+11+1（=0關(guān)聯(lián)；一個(gè)二極管的正向電流的大部分流入另一個(gè)反向偏置的二極俘中 其中，（燈;正向共華極電濟(jì)增益（g 反向共華極電流增益.詳見(jiàn)P21&式中，/賈代表發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)零偏時(shí)的發(fā)射極電流, /c 代表集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)零偏時(shí)的集電極電流, 相當(dāng)于單獨(dú)的PN結(jié)二極符的反向飽和電流.代表倒向管的共基極宜流短略電流放大系數(shù)若選取人與九，所得為共發(fā)射極直流電流電壓方程,

7、If= a，ES選取*與幾，共基極直流電流電壓方程。(3-59a)(3-59b)洋6P無(wú)T燈)正向管與倒向輸入 f國(guó) aeT一1+(l-s(3-60)3.4.4晶體管的輸出特性共基極輸出特性：以輸入喘的人作參變量，輸出端的幾與 之間的關(guān)系。_由共基極直流電流電壓方程人譏卜P普卜卜人卜卩勞冋 %卜P（鑰卄滄帆鑰 T 消去即可得共基極輸出特性方程：式中G嚴(yán)（IFQRMCS人伽代表發(fā)射極開(kāi)路（h= ）集電結(jié)反偏（VBCv U）時(shí)的 集電極電流.稱為共基極反向截止電流。當(dāng)隧綁略鴦人 _ _IV在放大區(qū)，VBC0,且當(dāng)收萬(wàn)時(shí)，厶=刃$+/的!-aaH1-Q即可得共發(fā)射當(dāng)VBC= 0,或VCE= VBE時(shí)

8、，g在放大區(qū)VRCVBF, /c= 0人 +CEO4- (CEO3.4.5基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)在共發(fā)射極放大區(qū)，理論上/(.=0人+/(“，即人與心 無(wú)關(guān)。但在實(shí)際的晶體管中心隨的增大會(huì)賂有增大。解釋這種變化的原因?區(qū)與放大2Q1A區(qū)1(”絡(luò)界飽和分界線卜;.C結(jié)零變化對(duì)人的影響很小5/10截止區(qū)圖421共發(fā)射箱出待性曲C=卩打CEOexp飽和區(qū)E0J1A或 f =0,即無(wú)厄爾利效應(yīng).則匕fQCMfoo,身- =0,此時(shí)厶與E無(wú)關(guān)。QCE實(shí)際上， 黔-O,故匕與G均為正的有限值， 器0對(duì)于均勻基區(qū)fK/VBd.v =/VBWB, VA= -,_Bd%E為減小厄爾利效應(yīng)，應(yīng)增大基區(qū)寬度,減小集電結(jié)耗

9、 盡區(qū)在基區(qū)內(nèi)的寬度池B，即增大基區(qū)摻雜濃度NB。思考題.從基區(qū)寬度減小垃少子濃度梯度增加因而 增加的角度定量解釋基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)或 2i 鳴%社皿 某硅觀卩1均勻基區(qū)晶體管Wft=25unL基區(qū)摻雜濃度NB=10,7cm集電區(qū)摻雜濃度Nc=10cnr3計(jì)算當(dāng)VBC=O時(shí)厄爾利電壓VA的值eg 某硅 NPN 均勻基區(qū)晶體管 WB=2.5um,基區(qū)摻雜濃度 NB=1017cm-3，集電 區(qū)摻雜濃度 Nc=1016cm-3 計(jì)算當(dāng) VBC=0 時(shí)厄爾利電壓 VA 的值 kT N B N C 1 1033 Vbi In2 0.026 In 0.757 V 20 q ni 2.25 10 2qN B （ N C NB Vbi VA |VCB 0 WB126 Vs NC1 21、什么是 BJT