晶体管电流电压方程

§3-4晶体管的电流电压方程本节以缓变基区NPN管为例，推导出在发射结和集电结上均外加任意电压时晶体管的电流电压方程。电流的参考方向和电压的参考极性如下图所示。EBCIEIBICVCEVBEVBCNN+P+++---推导电流电压方程时，利用扩散方程的解具有线性迭加性的特点：方程在“边界条件1”时的解n1(x)与在“边界条件2”时的解n2(x)的和[n1(x)+n2(x)]，等于以“边界条件1与边界条件2的和”为边界条件时的解n(x)。)()()(21xnxnxn)(1xn)(2xn0,0BCBEVV0,0BCBEVV0,0BCBEVV0BW§3-4晶体管的电流电压方程3.4.1电流电压方程3.4.2输出特性曲线3.4.3几种反向电流的小结：3.4.4基区宽变效应——厄尔利效应1、集电结短路(VBC=0)时的电流1exp1exp1expB12002kTqVIkTqVRRnqkTAkTqVdxNDdxNDqnAIIIBEESBEEipnEBEWEEWBBiEpEnEEEB口口1exp02kTqVdxNnqDAIBEWBiBEnEB1exp02kTqVdxNnqDAIBEWEiEEpEE3.4.1电流电压方程上式中，IES代表发射结反偏，集电结零偏时的发射极电流，相当于单独的发射结构成的PN结二极管的反向饱和电流。于是可得三个电极的电流为：1exp)1(1exp1expkTqVIIIIkTqVIIIkTqVIIBEESCEBBEESECBEESE2、发射结短路(VBE=0)时的电流把发射区当作“集电区”，把集电区当作“发射区”，就得到一个倒向晶体管，发射结短路就是倒向管的“集电结短路”，故可得：1exp)1(1exp1expkTqVIIkTqVIIkTqVIIBCCSRBBCCSREBCCSC上式中，ICS代表集电结反偏，发射结零偏时的集电极电流，相当于单独的集电结构成的PN结二极管的反向饱和电流。αR代表倒向共基极直流短路电流放大系数，通常比α小得多。1exp1exp1exp1expkTqVIkTqVIIkTqVIkTqVIIBCCSBEESCBCCSRBEESE3、电流电压方程由于三个电流之间满足IE=IC+IB，三个电流中只有两个是独立的。如果选取IE与IC，所得为共基极电流电压方程，也称为“埃伯斯－莫尔方程”：将上述两种偏置条件下得到的电流相加，即可得到发射结和集电结上均外加任意电压时晶体管的电流电压方程。如果选取IB与IC，所得为共发射极电流电压方程：1exp1exp1exp)1(1exp)1(kTqVIkTqVIIkTqVIkTqVIIBCCSBEESCBCCSRBEESB正向管与倒向管之间存在一个互易关系：CSRESII1、共基极输出特性以输入端的IE作参变量，输出端的IC与VBC之间的关系。由共基极电流电压方程：EBCIEICVBCNN+P+-B1exp1exp1exp1expkTqVIkTqVIIkTqVIkTqVIIBCCSBEESCBCCSRBEESE消去VBE，得：3.4.2输出特性曲线当VBC=0时，在放大区，VBC0，且当时，ECIIqkTVBC||CBOECIIIICBO代表发射极开路(IE=0)、集电结反偏(VBC0)时的集电极电流，称为共基极反向截止电流。1exp1exp)1(kTqVIIkTqVIIIBCCBOEBCCSREC上式中，CSRCBOII)1(共基极输出特性曲线：CBOECIII输出特性曲线形成得物理机制：集电极电流的大小取决于载流子基区传输的速度和集电结的收集速度中较慢的一个。当集电结电压较小时，收集速度相对较慢，因此，电流随集电极电压得增加而略有增加，之后电压继续增加，载流子在集电结空间电荷区得漂移速度达到饱和，集电极电流就由扩散因素决定，与电压无关。2、共发射极输出特性以输入端的IB为参变量，输出端的IC与VCE之间的关系。由共发射极电流电压方程：ECBPNIBICNEVCE1exp1exp1exp)1(1exp)1(kTqVIkTqVIIkTqVIkTqVIIBCCSBEESCBCCSRBEESB1)(exp1exp11kTVVqIIkTqVIIICEBECEOBBCCBOBC上式中：或：CBOCBOCBOCEOIIII)1(1CSRCEOII11消去VBE，得：当VBC=0，或VBE=VCE时，在放大区，VBC0，或VBEVCE，BCIICEOBCIIIICEO代表基极开路(IB=0)、集电结反偏(VBC0)时从发射极穿透到集电极的电流，称为共发射极反向截止电流，或共发射极穿透电流。1)(expkTVVqIIICEBECEOBC共发射极输出特性曲线：图中，虚线表示VBC=0，或VCE=VBE，即放大区与饱和区的分界线。在虚线右侧，VBC0，或VCEVBE，为放大区；在虚线左侧，VBC0，或VCEVBE，为饱和区。1)(expkTVVqIIICEBECEOBC