《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(dāng)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(dāng)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(dá)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(dāng)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(yuǎn)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(fù)阻型的擊穿特性曲線,即當(dāng)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(fù)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(dāng)電壓達(dá)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(fù)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(fù)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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