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双极型晶体管电流增益温度特性的研究 - 全文

2017年11月29日 15:25 网络整理 作者: 用户评论(0

  由两个背靠背PN结构成的以获得电压、电流信号增益的晶体三极管。起源于1948年发明的点接触晶体三极管,50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管。双极型晶体管有两种基本结构:PNP型和NPN型。在这3层半导体中,中间一层称基区,外侧两层分别称发射区和集电区。当基区注入少量电流时,在发射区和集电区之间就会形成较大的电流,这就是晶体管的放大效应。

  特点

  输入特性曲线:描述了在管压降UCE一定的情况下,基极电流iB与发射结压降uBE之间的关系称为输入伏安特性,可表示为: 硅管的开启电压约为0.7V,锗管的开启电压约为0.3V。

  输出特性曲线:描述基极电流IB为一常量时,集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系可表示为:

  双极型晶体管输出特性可分为三个区

  ★截止区:发射结和集电结均为反向偏置。IE@0,IC@0,UCE@EC,管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关,这个状态相当于断开状态。

  ★饱和区:发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区IC不受IB的控制,管子失去放大作用,UCE@0,IC=EC/RC,把三极管当作一个开关,这时开关处于闭合状态。

  ★放大区:发射结正偏,集电结反偏。

  放大区的特点是:

  ◆IC受IB的控制,与UCE的大小几乎无关。因此三极管是一个受电流IB控制的电流源

  ◆特性曲线平坦部分之间的间隔大小,反映基极电流IB对集电极电流IC控制能力的大小,间隔越大表示管子电流放大系数b越大。

  ◆伏安特性最低的那条线为IB=0,表示基极开路,IC很小,此时的IC就是穿透电流ICEO。

  ◆在放大区电流电压关系为:UCE=EC-ICRC, IC=βIB

  ◆在放大区管子可等效为一个可变直流电阻。极间反向电流:是少数载流子漂移运动的结果。

  。集电极-基极反向饱和电流ICBO :是集电结的反向电流。

  集电极-发射极反向饱和电流ICEO :它是穿透电流。

  ICEO与CBO的关系:

  特征频率 :由于晶体管中PN结结电容的存在,晶体管的交流电流放大系数会随工作频率的升高而下降,当 的数值下降到1时的信号频率称为特征频率 。

  双极型晶体管电流增益温度特性的研究

  双极型晶体管极限参数

  ★最大集电极耗散功率 如图所示。

  ★最大集电极电流 :使b下降到正常值的1/2~2/3时的集电极电流称之为集电极最大允许电流。

  ★极间反向击穿电压:晶体管的某一电极开路时,另外两个电极间所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电压,超过此值的管子会发生击穿现象。温度升高时,击穿电压要下降。

  双极型晶体管电流增益温度特性的研究

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  理论分析

  双极型晶体管电流增益温度特性的研究

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  实验与分析

  实验工作包括:

  1.大数量,多品种地测量了硅高频中小功率晶体管在不同温度下IC·IB与VBB的关系曲线。

  2.求出了ΔEg和你值。

  3.测定了发射去的基区少数载流子迁移率的温度关系。

  4.研究了版图,掺杂浓度hfe温度特性的影响

  双极型晶体管电流增益温度特性的研究

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  实验中采用了精度高、温度分布均匀的恒温装置,在4 小时内温度波动小于士0.5C。为尽量减小晶体管功耗造成的自升温的影响,测试过程中保持VCB 为0伏。

  有关实验结果如下:

  1.禁带变窄量0Eg 对hpe温度特性的影响,参见图1和图2。从中可以看出,OEg愈大(发射区掺杂愈重),hpz随温度变化愈快,其温度系数B和低温下降

  双极型晶体管电流增益温度特性的研究

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  以上实验证明了基极电流非理想因子n对hpg 温度特性确有明显的影响。实验还发现n值与发射区图形有关。

  这些实验结果与前述理论分析一致,因此,以确信增加n 值对改善hpr 温度特性行之有效。当然,n 值增加要适当,以保证hpe(Ic)的良好线性。

  为了考查OEza 的物理意义,将图2的测试数据按照LTF-OEg.关系重画于图5。可以看出,LTF 数据点的分布比图2 (LTF-OEg)更有规律性,即LTF 随OEg.的减小而迅速下降。这再次说明了在hpe(T)表达式中,用OEga 取代OEg是正确的,,它综合反映了OEg和n值两方面的影响。

  图6给出了分别按式(2)、(3)和(13)计算的hpz(T)/hpe(T)温度特性曲线B、D、C,及它们与实测曲线A 的比较。

  可以看出,计及非理想因子n 的式(13) 与实测值最相近。

 双极型晶体管电流增益温度特性的研究

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( 发表人:李倩 )

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