《電子技術(shù)應(yīng)用》
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雙極性晶體管

2017-10-16
關(guān)鍵詞: BJT 擊穿電壓

BJT擊穿電壓

      基本概念

BJT(雙極型晶體管)的擊穿電壓,,就是晶體管在工作中,,反向輸出電流急劇增大時所對應(yīng)的反向電壓。

因為BJT有三個電極,,所以存在相應(yīng)的三個不同的擊穿電壓值:BVcbo,BVceo和BVebo;這三個擊穿電壓實際上也就是對應(yīng)于BJT的三個反向截止電流(Icbo,,Iceo和Iebo)分別急劇增大時的電壓。

2三個擊穿電壓的有關(guān)因素

① BVebo

這是集電極開路時,、發(fā)射極與基極之間所能承受的最高反向電壓,,實際上也就是發(fā)射結(jié)的擊穿電壓,。

因為發(fā)射結(jié)兩邊的摻雜濃度都較高,一般都可以近似為單邊突變結(jié),,則在雪崩擊穿機理起決定作用的情況下,,擊穿電壓主要由低摻雜一邊——基區(qū)的摻雜濃度來決定。對于雙擴散平面晶體管,,因為基區(qū)的摻雜濃度不均勻(表面高,、里面低),則應(yīng)該選取基區(qū)擴散的表面雜質(zhì)濃度來確定擊穿電壓,。降低基區(qū)摻雜濃度,,則有利于提高BVebo。

由于BJT的發(fā)射結(jié)通常都工作在正偏狀態(tài),,故對BVebo的要求通常并不高,,同時基區(qū)的摻雜濃度也不能太低,所以BVebo一般是小于20V,。 

② BVcbo

這就是BJT共基極組態(tài)的擊穿電壓,,即發(fā)射結(jié)開路時、基極與集電極之間所能承受的最高反向電壓,,實際上也就是集電結(jié)的擊穿電壓,。這時反偏集電結(jié)的情況與單個p-n結(jié)的差不多,在雪崩擊穿機理起決定作用的情況下,,因此也可以采用單邊突變結(jié)或者線性緩變結(jié)的關(guān)系來確定該擊穿電壓

對于合金晶體管,,集電結(jié)可很好的近似為單邊突變結(jié)。但是,,對于雙擴散平面晶體管,,因為基區(qū)的摻雜濃度高于集電區(qū),則BVcbo主要決定于集電區(qū)的摻雜濃度,。然而,,由于集電結(jié)不一定是典型的單邊突變結(jié),則這時擊穿電壓的計算較為復(fù)雜,。一般來說,,當集電結(jié)較淺時,可近似為單邊突變結(jié),,由集電區(qū)的摻雜濃度來確定,;而當集電結(jié)較深時,可近似為線性緩變結(jié),,則這時的擊穿電壓將與摻雜濃度的梯度有關(guān),,于是BVcbo就需要根據(jù)線性緩變結(jié)的擊穿電壓關(guān)系來進行計算,或者通過查閱有關(guān)的關(guān)系曲線來確定出BVcbo,這時減小摻雜濃度梯度,,即可提高BVcbo,。 由于BJT工作時,集電結(jié)常常處于反偏狀態(tài),,故要求BVcbo較高,;在大功率晶體管中,可高達數(shù)千伏,。 

③ BVceo

這是共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓,,即基極開路時、集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓,。由于在基極開路時,,集電結(jié)是反偏、發(fā)射結(jié)是正偏的,,即BJT處于放大狀態(tài),。則當有集電結(jié)反向電流Icbo流過發(fā)射結(jié)時,即被放大為[β Icbo],,從而這時輸出的集電極反向電流——穿透電流為[Icbo+βIcbo],,即比Icbo約大β倍。于是相應(yīng)的擊穿電壓BVceo也就比BVcbo低得多:BVceo=BVcbo/(1+β)1/n,,其中常數(shù)n值,決定于高阻集電區(qū)的材料種類和型號:對Si/n-p-n管為4,,對Si/p-n-p管為2,;對Ge/n-p-n管為3,對Ge/p-n-p管為6,。
可見:a) 總有BVceo<<BVcbo,,即發(fā)射結(jié)有注入時的擊穿電壓BVceo總要遠低于發(fā)射結(jié)沒有注入時的擊穿電壓BVcbo(這是很自然的,因為BVcbo與單個p-n結(jié)的擊穿電壓很類似),。b) 為了提高BVceo,,就必須提高BVcbo。c) 在BVcbo一定時,,因為BVceo的高低還與電流放大系數(shù)β有關(guān)(β越大,,BVceo就越低),所以為了不讓BVceo太低,,在應(yīng)用中BJT的β也不可選取得過大,。

3共發(fā)射極組態(tài)的擊穿電壓的說明

①在實際測量BVceo時,有時發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)負阻型的擊穿特性曲線,,即當Vce增大到BVceo而發(fā)生擊穿后,,電流上升,而電壓卻下降。這種負阻的產(chǎn)生與電流放大系數(shù)隨著Ic的增大而發(fā)生較大的變化有關(guān),。因為電流放大系數(shù)在小電流下是隨著Ic的增大而增大的,,但當電壓達到BVceo、Ic急劇增加時,,電流放大系數(shù)卻又隨著Ic的增大而下降,,從而就出現(xiàn)了負阻特性。所以,,對于那些電流放大系數(shù)隨著Ic變化不大的晶體管,,就不一定出現(xiàn)這種負阻型擊穿特性。
②對于實際應(yīng)用中的BJT共發(fā)射極組態(tài),,往往在其輸入端加有不同的偏置條件,,則不同的偏置情況即對應(yīng)有高低不同的反向截止電流和相應(yīng)的擊穿電壓?;鶚O開路的狀況就對應(yīng)于上述的擊穿電壓BVceo,,如果基極-發(fā)射極短路的狀況所對應(yīng)的擊穿電壓為BVces、基極-發(fā)射極之間接有電阻Rb的狀況所對應(yīng)的擊穿電壓為BVcer,、基極-發(fā)射極之間接有反向偏置電源的狀況所對應(yīng)于擊穿電壓為BVcex,,基極-發(fā)射極之間接有正向偏置電源的狀況所對應(yīng)于擊穿電壓為BVcez,則這些擊穿電壓之間的大小關(guān)系為:  BVcez<BVceo<BVcer<BVces<BVcex<BVcbo ,。


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