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處于有源區域操作的晶體管中的電流元件

科技觀察員 ? 來源:bestengineeringprojects ? 作者:bestengineeringprojec ? 2024-05-05 15:48 ? 次閱讀

圖1顯示了在有源區域工作的pnp晶體管中的各種電流分量。整個發射極電流 IE由兩部分組成:(i)孔電流I體育由橫跨 J 的空穴攜帶E從 p 型發射極到 n 型基極和 (ii) 電子電流 InE由電子在 J 上擴散攜帶E從 N 型基極到 P 型發射極。該比率等于 其中 和 分別是 p 型發射極區和 n 型基極區的電導率。通常> .因此,在 pnp 晶體管中,I 體育 >>我星期日因此,我們可能會忽略我 nE .這形成了一個理想的特征,因為當前組件 InE不貢獻最終到達集電極的電荷載流子。

J 處的前向偏置E導致在 J 上注入孔E進入基區。這些少數孔通過基底擴散,構成空穴擴散電流 I 體育。 該電流與空穴密度 p 的斜率成正比n在 K E .因此,現在的我體育由下屬給出,

具有 JE 正向偏置和 JC 反向偏置的 PNP 晶體管中的電流元件

I_{pE} = -qD_p Adfrac{d_{pn}}{dx}...........(1)

其中 Dp是孔的擴散常數,A 是橫截面積。

同樣,我nE與電子密度 n 成正比p在 JE并由以下人員提供,

I_{pE} = -qD_n Adfrac{d_{pn}}{dx}................(2)

其中,Dn是電子的擴散常數。

總發射極電流 IE交叉 JE是 I 的總和體育和我 nE .因此

I_E = I_{pE} + I_{nE}............(3)

所有這些電流我E體育和我nE在 PNP 晶體管中為正。

空穴在通過n型基區擴散時,會遇到多數載流子電子,其中一些空穴與電子重新結合,從而產生小基極電流。孔電流 I個人電腦因此,在到達收集器時,略低于我 體育 .到達 J 時的孔C很容易穿過它(因為它們沿著勢壘移動)并進入 P 型集電極區域。由于基底區域的寬度非常小,因此幾乎所有注入基座的空穴都到達集電極結并被p型集電極收集。

除了當前的 I 個人電腦 ,在 J 處還有另一個電流C即反飽和電流I 一氧化碳 (或我 國會預算辦公室 ).這 I一氧化碳是兩個分量的總和:(i) 電流 I士官由跨 J 擴散的電子引起C從 n 型集電極到 n 型基極和 (ii) 電流 I多囊卵巢由跨 J 的空穴擴散引起C從 N 型基座到 P 型集電極。因此,我們有,

-I_{CO}=I_{nco} + I_{pco}..........(4)

在等式 4 中,減號已添加到 I 中一氧化碳故意讓我C和我一氧化碳可能具有相同的指定流動方向。

多囊卵巢完全由基座內熱產生的孔產生,而我士官由集熱器內熱產生的電子產生。

在活動區域操作下,使用 JE正向偏置,集電極電流由下式給出,

I_C = I_{CO}-I_{pC}.......(5)

= I_{CO}-alpha I_E........(6)

其中 是總電流 I 的分數E這構成了我 個人電腦 .

在 pnp 晶體管中,Ie是積極的,而我C和我一氧化碳是負的,因為集電極引線中的電流實際上以與 I 上的箭頭指示的方向相反的方向流動C在圖 1 中。

J兩端的總擴散空穴電流C從底座到收集器是,

I_{pct} = I_{pC} + I_{pCO}............(7)

信號電流增益阿爾法

該術語已在上面定義。但是,等式 6 允許我們以另一種方式進行定義。因此,從公式6中,可以定義為集電極電流增量與截止值(I C = 我 一氧化碳 )到發射極電流從截止(I E = 0)。因此,我們可以這樣寫道:

a = -dfrac{(I_C-I_{CO})}{(I_E-0)}...........(8)

該項稱為共基極晶體管的大信號電流增益。我C和我E在 PNP 和 NPN 晶體管中具有相反的符號。因此,由等式 8 定義的始終為正數。通常位于 0.90 到 0.995 的范圍內。進一步不是恒定的。它隨發射極電流 I 而變化 E 、集電極電壓VCB公司和溫度。

直流電流增益alpha_

如果我 一氧化碳 <我C則從等式 8 中,近似等于 。這被稱為CB晶體管的直流電流增益,用 表示。

因此, alpha_{dc} = -dfrac{I_C}{I_E} ...........(9)

數量alpha_{dc}也總是正的,小于統一。

小信號電流增益alpha^1

它被定義為,

alpha^1 = dfrac{Delta I_C}{Delta I_E}|V_CB.........(10)

其中 和 是 I 的微小變化C和我 E .

遞增并具有相反的符號。因此,根據等式 10 的定義,結果是正數。“進一步”總是比“統一”更小,但非常接近“統一”。定量也隨 I 而變化 E 、VCB公司和溫度。

集電極電流的廣義表達式

等式 6 給出 IC就 I 而言 一氧化碳 ,而我E在活動區域中操作有效。因此,對于活動區域操作,IC幾乎與集電極電壓無關,但僅取決于發射極電流 I E .我們現在處理以獲得 I 的廣義表達式C這不僅對反向偏置 J 有效C但對于 J 兩端的任何電壓 C. 在這種情況下,我們需要替換 I一氧化碳以 J 中的電流C充當 pn 二極管,即 Vc是 J 兩端的壓降C從 p 側到 n 側和 V 側T是溫度的伏特當量。然后從等式 6 中,我們得到以下 I 的廣義表達式 C .

I_C = -alpha I_E + I_{CO}(1-varepsilon^{dfrac{V_C}{V_T}}).......(11)

如果 VC與 V 相比,是負的且幅度大 T ,等式 11 簡化為等式 6。

等式 11 的物理含義是 J 中的電流 c (充當 pn 二極管)由 I 的一小部分補充E來自發射器。

示例 1:在 CB 配置的 PNP 晶體管中,只有 0.5% 的空穴通過 J 注入基極E與堿基中的電子重新結合。如果電子離開發射極,則在同一時期內有多少電子進入同一引線,有多少電子進入集電極引線。

溶液:

每個 .因此,10^6^每個電子進入基極引線。

因此,進入集電極的電子數每 mu s = 2times 10^8-10^6 = 199times 10^6.

示例 2:在 CB 配置的有源區域工作的 PNP 晶體管中。集電極電流等于9mA,發射極電流等于9.2mA。計算 I 的值和基極電流 B .忽視 I 一氧化碳 .

溶液:

alpha = -dfrac{(I_C-I_{CO})}{I_E} approx -dfrac{I_C}{I_E} = dfrac{9mA}{9.2mA} = 0.978

I_B = -(I_C + I_E) = -(-9 + 9.2) = -0.2 毫安

例 3:在工作在有源區域的 PNP CB 晶體管中,發射極電流 I E = 8mA 和 .計算集電極電流 IC和基極電流 I B .忽視 I 一氧化碳 .

溶液:

alpha = -dfrac{I_C-I_{CO}}{I_E} approx -dfrac{I_C}{I_E}

因此I_C = -alpha I_E = -0.95 times 8mA = -7.6 mA

因此I_B = -(I_E + I_C) = -(8-7.6)mA = -0.4mA

例 4:在工作在有源區域的 PNP CB 晶體管中,集電極電流 I C = -5mA 和基極電流 。晶體管和發射極電流 I 的計算 E .

溶液:

I_E = -(I_C + I_B) = -(-5-0.1)mA = 5.1 mA

alpha = -dfrac{(I_C -I_{CO})}{I_E} approx -dfrac{I_C}{I_E} = -dfrac{(-5mA)}{+5.1mA} = 0.98

例 5:在工作在有源區域的 PNP CB 晶體管中,發射極電流 I E = 4mA 和 .計算電流和基極電流。

溶液:

alpha = -dfrac{(I_C-I_{CO})}{I_E}

0.99 = -dfrac{(I_C + 4 times 10^{-3})}{4}

我在哪里C以 mA 為單位

因此I_C = -3.964 毫安

因此I_B = -[I_E + I_C] = -[4-3.964]mA = -36 mu A

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