晶體三極管思考題

應(yīng)該掌握的知識(shí)EDA技術(shù)的發(fā)展歷程EDA技術(shù)與ASIC設(shè)計(jì)和FPGA開(kāi)發(fā)的關(guān)系與軟件描述語(yǔ)言相比，VHDL有什么特點(diǎn)什么是綜合，它在EDA中的作用在EDA技術(shù)中，自頂向下的設(shè)計(jì)方法的重要意義與DSP處理器相比，用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的功能有哪些優(yōu)點(diǎn)EDA的FPGA/CPLD設(shè)計(jì)流程例1：已知在一理想晶體管中，各電流成分為：IEp=3mA、IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。試求出下列各值：(a)發(fā)射效率；(b)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)T；(c)共基電流增益0；(d)ICBO。

例2：一個(gè)理想的p+-n-p晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的摻雜濃度分別為1019cm-3、1017cm-3和5×1015cm-3，而壽命分別為10-8s、10-7s和10-6s，假設(shè)有效橫截面面積A為0.05mm2，且射基結(jié)正向偏壓在0.6V，試求晶體管的共基電流增益。其他晶體管的參數(shù)為DE=1cm2/s、Dp=10cm2/s、DC=2cm2/s、W＝0.5μm。

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

對(duì)均勻基區(qū)晶體管的幾個(gè)假設(shè)(1)發(fā)/集結(jié)都是突變結(jié),各區(qū)雜質(zhì)均勻均勻分布;(2)發(fā)/集區(qū)長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度,兩端少子濃度等于平衡值;(3)勢(shì)壘區(qū)寬度遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長(zhǎng)度,忽略勢(shì)壘區(qū)中的復(fù)合作用;(4)外加電場(chǎng)都降落在勢(shì)壘區(qū);(5)晶體管是一維的,發(fā)/集結(jié)是平行面;(6)基區(qū)小注入.

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

晶體管的電流密度基區(qū)少子分布:擴(kuò)散電流:考慮基區(qū)復(fù)合損失時(shí):

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

發(fā)射區(qū)少子分布:擴(kuò)散電流:集電區(qū)少子分布:擴(kuò)散電流

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

電流放大系數(shù)1)發(fā)射結(jié)注入效率

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

2)集區(qū)輸運(yùn)系數(shù)電荷控制法求集區(qū)輸運(yùn)系數(shù)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

集區(qū)渡越時(shí)間定義:少子在基區(qū)從發(fā)射結(jié)渡越到集電結(jié)所需要的平均時(shí)間,記為在t=0到t=這段時(shí)間內(nèi),注入到基區(qū)中的少子電荷為,即:3)均勻基區(qū)晶體管短路電流放大系數(shù)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

緩變基區(qū)晶體管的電流放大系數(shù)基區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)的形成空穴濃度的不均勻性導(dǎo)致空穴的擴(kuò)散,產(chǎn)生電場(chǎng),類似pn結(jié)自建電場(chǎng)的形成,平衡時(shí)空穴電流密度為零.基區(qū)雜質(zhì)近似為指數(shù)分布:雜質(zhì)濃度為指數(shù)分布時(shí),內(nèi)建電場(chǎng)是與x無(wú)關(guān)的常數(shù):

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

2.

基區(qū)少子濃度分布少子電流密度

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

發(fā)射區(qū)雜質(zhì)緩變分布,類似有平面管集電區(qū)雜質(zhì)均勻分布,有電流放大系數(shù)1)

發(fā)射結(jié)注入效率

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

2)

基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)基區(qū)渡越時(shí)間內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)少子是加速場(chǎng),使基區(qū)渡越時(shí)間大為縮短足夠大時(shí)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)提高晶體管電流放大系數(shù)的主要措施:3)

電流放大系數(shù)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

影響電流放大系數(shù)的一些因素

1)發(fā)射結(jié)勢(shì)壘區(qū)復(fù)合的影響-小電流效應(yīng)2)

發(fā)射區(qū)重?fù)诫s效應(yīng):NB偏低?NE偏高?勢(shì)壘區(qū)復(fù)合電流發(fā)射區(qū)禁帶變窄重?fù)诫s時(shí),雜質(zhì)能級(jí)互相靠近形成能帶,并與導(dǎo)帶交疊,使Eg變窄.

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

俄歇復(fù)合增強(qiáng)

輕摻雜時(shí),非平衡載流子主要通過(guò)復(fù)合中心進(jìn)行復(fù)合;在重?fù)诫s時(shí),俄歇復(fù)合大為增強(qiáng).改進(jìn)：LEC晶體管基區(qū)陷落效應(yīng)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

對(duì)于共射電路:基區(qū)寬變效應(yīng):由于外加電壓的變化引起有效基區(qū)寬度變化的現(xiàn)象,也稱厄爾利(Early)效應(yīng).

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

晶體管的反向電流不受輸入端電流控制,對(duì)放在無(wú)貢獻(xiàn),有功耗.1)

ICBO:發(fā)射極開(kāi)路、集電結(jié)反偏時(shí),集-基極間的反向電流.2)IEBO:集電極開(kāi)路、發(fā)射電結(jié)反偏時(shí),基-射極間的反向電流.

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

3)

ICEO:基極開(kāi)路、集電結(jié)反偏時(shí),集-射極間的反向電流.擊穿電壓BVCBO:發(fā)射極開(kāi)路時(shí),集-基極間的擊穿電壓,又稱共基極(雪崩)擊穿電壓.

BVEBO:集電極開(kāi)路時(shí),射-基極間的擊穿電壓,又稱發(fā)射結(jié)擊穿電壓.共基電路中:發(fā)生雪崩倍增效應(yīng)時(shí)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

2)BVCEO:基極開(kāi)路時(shí),集-射極間的擊穿電壓.(共射雪崩擊穿電壓)雪崩倍增效應(yīng)對(duì)共射接法比對(duì)共基接法的影響大得多.BVCEX:

基射極間接-電阻Rb時(shí)和反偏電壓VBB時(shí),C-E極間的擊穿電壓

BVCER:

基射極間接-電阻Rb時(shí),

C-E極間的擊穿電壓負(fù)阻特性--原因:小電流的下降BVCES:

基極發(fā)射極短路時(shí),C-E極間的擊穿電壓

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

3)

基區(qū)穿通電壓:集電結(jié)上反向電壓增加,勢(shì)壘區(qū)向兩側(cè)擴(kuò)展,基區(qū)寬度WB減小,當(dāng)集電結(jié)發(fā)生雪崩擊穿前WB減小為零,稱基區(qū)穿通,這時(shí)集電結(jié)上的電壓稱為基區(qū)穿插通電壓Vpt.

一般只有IC中的橫向管,基區(qū)低摻雜的Ge合金管,易發(fā)生基區(qū)穿通,對(duì)于Si平面管,集電區(qū)雜質(zhì)最低，勢(shì)壘區(qū)向集電區(qū)擴(kuò)展，一般不會(huì)發(fā)生基區(qū)穿通，但若pn結(jié)不平有尖峰例外。發(fā)射極開(kāi)路

BVCBO=Vpt+BVEBO(或BVCBO=VB,兩者取小)

基極開(kāi)路

BVCEO=Vpt+VF

Vpt(BVCEO

,兩者取小)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

基極電阻基區(qū)中的兩種電流：少子電流與多子電流基極電阻：IB經(jīng)基極引線到工作基區(qū),要產(chǎn)生壓降，經(jīng)過(guò)一定的電阻,稱基極電阻。直流應(yīng)用中電流集邊效應(yīng),交流應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生電壓反饋，設(shè)計(jì)管子時(shí)要盡可能減小基極電阻?；鶚O電阻由四部分串聯(lián)構(gòu)成

:基極金屬電極與半導(dǎo)體的歐姆接觸電阻

:基極金屬電極正下部的電阻

:發(fā)射極與基極間的電阻

:發(fā)射區(qū)正下部的電阻(工作基區(qū)的電阻)

0．雙極晶體管公式推導(dǎo)的補(bǔ)充

1)歐姆接觸電阻2)發(fā)射極與基極間的電阻3)發(fā)射區(qū)下的電阻(工作基區(qū)的電阻)減小基極電阻的方法(1)基區(qū)雜質(zhì)濃度;(2)寬長(zhǎng)比S/l

;(3)發(fā)射極條個(gè)數(shù)(4)歐姆接觸例1：已知在一理想晶體管中，各電流成分為：IEp=3mA、IEn=0.01mA、ICp=2.99mA、ICn=0.001mA。試求出下列各值：(a)發(fā)射效率；(b)基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)T；(c)共基電流增益0；(d)ICBO。解（a）發(fā)射效率為（b）基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)為（c）共基電流增益為（d）共基電流增益為所以例2：一個(gè)理想的p+-n-p晶體管，其發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)的摻雜濃度分別為1019cm-3、1017cm-3和5×1015cm-3，而壽命分別為10-8s、10-7s和10-6s，假設(shè)有效橫截面面積A為0.05mm2，且射基結(jié)正向偏壓在0.6V，試求晶體管的共基電流增益。其他晶體管的參數(shù)為DE=1cm2/s、Dp=10cm2/s、DC=2cm2/s、W＝0.5μm。解：

在基極區(qū)域中在發(fā)射極區(qū)域中因?yàn)閃/Lp=0.05<<1，各電流成分為共基電流增益0為

4．提高電流增益的途徑

(1)直流電流增益與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系將(2.57)和(2.59)代人(2.60)式，得共基極直流電流增益與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為將(2.65)代入(2.63)，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)計(jì)算可得共射極直流電流增益與晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為

（2.65）（2.66）

4．提高電流增益的途徑

(2)提高電流增益的途徑由(2.65)和(2.66)式可見(jiàn)，提高共基極直流電流增益與提高共射極直流電流增益對(duì)晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)的要求是一致的。在設(shè)計(jì)和制作品體管過(guò)程中可以采取下述5條措施。

(a)減小，即提高發(fā)射區(qū)的