双载子接面电晶体

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,Chap 05,雙載子接面電晶體,簡 介,三端元件,(,二極體背對背連接,),BJT,(,雙載子接面電晶體,),BJT,在嚴苛環境下的可靠度,所設計的電路容易預測,元件參數不敏感,非常高頻電路仍在廣汎使用,-ECL,RF,高電流趨動能力,雙載子與,MOS,的結合,-,BiMos,5.1,元件構造與物理操作,Npn,或,Pnp,CBE,(,基極外的兩極屬同型材料但掺雜濃度不同,),主動模式,(,信號放大,)-,射基順偏,集基反偏,截止模式,-,射基反偏,集基反偏,飽和模式,-,射基順偏,集基順偏,逆向主動模式,-,射基反偏,集基順偏,5.1.1,npn,的主動模式,少數載子,ic,=In=Is,e,V,BE,/V,T,i,B,=,i,C,/,射極電流,i,E,=,i,C,+,i,B,共基電流增益,VBE,會產生指數型的電流,ic,只要,CB,反偏,ic,與集極電壓無關,主動模式下,集極端像一個定電流源,i,B,=1/,ic,i,E,ic,i,SE,=Is/,F,5.2,電壓電流特性,5.2.1,電路模型和慣用符號,BJT,的慣用符號,主動模型電壓極性及電流方向,電流從上到下,上面電壓會比較高,射極箭頭隱含射基電壓必須順偏的極性,npn,主動模式,:EBJ,順偏,集極電壓不要比集極電壓超過,0.4V,集極反偏電流,(,Icbo,),射極開路時集極到基極的電流,電流大小,:,奈安培級,包含大量的漏電流大小值和,Vcb,有關,Npn:Ic-V,be,特性曲線,(,指數型式,),I,b,-V,be,I,e,-V,be,V,be,0.5v,一般直流分析,V,be,=0.7v,pnp:Ic-V,be,特性曲線,(,指數型式,),特性曲線的溫度效應,(Fig.5.17)V,BE,的改變為,-2mv/,0,C,共基特性,Ic,對,Vcb,特性曲線,不同,I,e,下,Ic,對,Vcb,的圖形,5.2.2,電晶體特性的圖形表示法,主動模式,Vcb,-0.4v(,圖,5.18b),每一特性線都會交於在電流值,I,E,大信號,=,i,C,/,i,E,共基電流增益,增量,或小信號,飽和操作時的,ic-Vcb,特性曲線,Fig.,4.14,The,i,C,-v,CB,characteristics for an,npn,transistor in the active mode.,5.2.3,ic,和集極電壓的相依性,爾,利效應,共射極組態,(Fig.5.19(a),共射特性曲線,(Fig.5.19(b),V,ce,降低至,C,比,B,電壓低超過,0.4v,時,集基接面順偏電晶體進入飽和模式,爾利效應,-,理想上,IC,不跟隨值,VCE,值不同而改變，但是，實際上，,VCE,值不同確實會改變,IC,，此一特性就是所謂的,Early Effect,，其方程示,外差將曲線交在負的,V,ce,軸上,V,ce,=-,V,a,(,爾利電壓,),形成原因,:,特定,V,be,下,增加集基接面的反偏電壓增加接面空乏,區的寬度進而降低有效的積極寬度,W,I,S,與,i,C,會比例上升,(,式,5.36),集極看入的,O/P,阻抗,Fig.,4.15,(a),Conceptual circuit for measuring the,i,C,-v,CE,characteristics of the BJT.,(b),The,i,C,-v,CE,characteristics of a practical BJT.,5.2.4,共射極特性,採用而,i,b,不是基射電壓,V,be,主動區斜率和圖,5.19,不同,共射電流增益,值與操作條件無關,大信號或直流,增量或交流,飽和電壓及飽和電阻,(,Eig,.5.23),值比主動區小,過動因素,飽和區的集射電阻,-,幾歐姆到幾十歐姆,Fig.,4.65,Common-emitter characteristics.Note that the horizontal scale is expanded around the origin to show the saturation region in some detail.,Figure 5.22,Typical dependence of,b,on,I,C,and on temperature in a modern integrated-circuit,npn,silicon transistor intended for operation around 1,mA,.,Figure 5.23,An expanded view of the common-emitter characteristics in the saturation region.,5.2.5,電晶體崩潰,外加電壓限制在,EBJ,和,CBJ,的崩潰效應,共基組態,-,Ie,=0,時,BV,CBO,(,大於,50V),共射組態,-,Ib,=0,時,BV,CEO,(,耐壓,L,V,CEO,功率消耗保持在安全範圍,不會造成,CBJ,破壞性崩潰,EBJ,的累增崩潰電壓,(68V)BV,EBO,V,BEoN,0.5V,V,BE,=0.7V,CBJ(BC,p,n,反偏,)V,BC,V,BCoN,0.4V,V,CE,0.3V,Pnp,EBJ,順偏,V,EB,V,EBoN,0.5V,CBJ,反偏,V,CB,V,CBoN,0.4V,v,EC,0.3V,直流電壓關係式,5.3.1,大信號轉移特性,圖,5.26(a),輸入電壓,(,加在基極與射極間,)=,偏壓,(,直流偏壓,)+,信號,(,交流信號,),電阻,Rc,的功能,:(,1),集級產生直流偏壓,;(2),集級信號電流轉換成輸出電壓,v,ce,或,v,o,CE,電壓轉移特性,-V,o,=,V,ce,=,V,cc,-R,c,i,c,(a),在,0V,i,I,BEOS,BJT,進入飽和,I,B,愈大,飽和愈嚴重,V,I(EOS),=I,B(EOS),R,B,+V,BE,5.3.4,開關模式的操作,Vi,V,I(EOS),I,Csat,=(,Vcc-V,CEsat,)/Rc,飽和時,I,csat,無法再隨,I,B,增大,飽和現象,(,深度,),的兩指標,forced,=,I,Csat,/I,B,(,值愈小愈飽和,),過趨因素,F,=(I,B,/I,BEOS,),F,愈大飽和愈嚴重,直流分析步驟,BE,順偏,Y,BC,反偏,y,N,截止模式,Ib,=0,Ic,=0,主動模式,V,BE,=0.7V,Ic,=,Ib,V,CE,=?,飽和模式,V,BE,=0.7V,VCEsat,=0.2V,Icsat,=,forced,I,B,forced,N,