晶體管電流電壓方程

§3-4晶體管的電流電壓方程

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。EBCIEIBICVCEVBEVBCNN+P+++---

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n1(x)與在“邊界條件2”

時(shí)的解n2(x)的和[n1(x)+n2(x)]，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n(x)?！?-4晶體管的電流電壓方程3.4.1電流電壓方程3.4.2輸出特性曲線3.4.3幾種反向電流的小結(jié)：3.4.4基區(qū)寬變效應(yīng)——厄爾利效應(yīng)1、集電結(jié)短路(VBC=0)時(shí)的電流3.4.1電流電壓方程

上式中，IES

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)二極管的反向飽和電流。

于是可得三個(gè)電極的電流為：2、發(fā)射結(jié)短路(VBE

=0)時(shí)的電流

把發(fā)射區(qū)當(dāng)作“集電區(qū)”，把集電區(qū)當(dāng)作“發(fā)射區(qū)”，就得到一個(gè)倒向晶體管，發(fā)射結(jié)短路就是倒向管的“集電結(jié)短路”，故可得：

上式中，ICS

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)的集電結(jié)構(gòu)成的PN結(jié)二極管的反向飽和電流。αR代表倒向共基極直流短路電流放大系數(shù)，通常比α小得多。3、電流電壓方程

由于三個(gè)電流之間滿足IE=IC+IB

，三個(gè)電流中只有兩個(gè)是獨(dú)立的。如果選取IE與IC

，所得為共基極電流電壓方程，也稱為“埃伯斯－莫爾方程”：

將上述兩種偏置條件下得到的電流相加，即可得到發(fā)射結(jié)和集電結(jié)上均外加任意電壓時(shí)晶體管的電流電壓方程。

如果選取

IB

與IC

，所得為共發(fā)射極電流電壓方程：

正向管與倒向管之間存在一個(gè)互易關(guān)系：1、共基極輸出特性

以輸入端的IE

作參變量，輸出端的IC

與VBC之間的關(guān)系。

由共基極電流電壓方程：EBCIEICVBCNN+P+-B消去VBE

，得：3.4.2輸出特性曲線當(dāng)VBC=0時(shí)，在放大區(qū)，VBC<0，且當(dāng)時(shí)，ICBO代表發(fā)射極開路(IE

=0)、集電結(jié)反偏(VBC

<0)時(shí)的集電極電流，稱為共基極反向截止電流。

上式中，

共基極輸出特性曲線：輸出特性曲線形成得物理機(jī)制：集電極電流的大小取決于載流子基區(qū)傳輸?shù)乃俣群图娊Y(jié)的收集速度中較慢的一個(gè)。當(dāng)集電結(jié)電壓較小時(shí)，收集速度相對(duì)較慢，因此，電流隨集電極電壓得增加而略有增加，之后電壓繼續(xù)增加，載流子在集電結(jié)空間電荷區(qū)得漂移速度達(dá)到飽和，集電極電流就由擴(kuò)散因素決定，與電壓無關(guān)。

2、共發(fā)射極輸出特性以輸入端的IB

為參變量，輸出端的IC與VCE之間的關(guān)系。

由共發(fā)射極電流電壓方程：ECBPNIBICNEVCE上式中：或：消去VBE

，得：

當(dāng)VBC=0，或VBE=VCE時(shí)，

在放大區(qū)，VBC

<0，或VBE<VCE，

ICEO

代表基極開路(IB

=0)、集電結(jié)反偏(VBC<0)時(shí)從發(fā)射極穿透到集電極的電流，稱為共發(fā)射極反向截止電流，或共發(fā)射極穿透電流。

共發(fā)射極輸出特性曲線：

圖中，虛線表示VBC=0，或VCE

=VBE

，即放