《L02双极型晶体管》PPT课件.ppt

1 149 半导体器件原理 主讲人 蒋玉龙本部微电子学楼312室 65643768Email yljiang http 10 14 3 121 2 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 3 149 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布1 2 1 1晶体管的基本结构 4 149 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2 1 2制造工艺 合金管 平面管 5 149 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布3 2 1 3杂质分布 均匀基区 缓变基区 基区内载流子传输方式 自建电场 扩散 扩散 漂移 扩散型晶体管 漂移型晶体管 6 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 7 149 2 2电流放大原理1 2 2 1放大条件 放大条件 1 Wb Lnb 2 发射结正偏 3 集电结反偏 8 149 2 2 2电流传输 2 2电流放大原理2 Ine Inc 9 149 2 2 3共基极电流放大系数 2 2电流放大原理3 1 1 集电区倍增因子 基区传输系数 发射效率 注入比 1 当Ne Nb 1时 1 当Wb Lnb时 10 149 2 2 4共射极电流放大系数 2 2电流放大原理4 1 11 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 12 149 2 3 1晶体管中的少子分布 2 3直流特性1 0 0 x2 13 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性2 假设 突变结 一维 Aje Ajc A 外加偏压全加在结上 忽略势垒区的产生 复合电流 小注入 1 少子分布 1 基区 0 基区均匀掺杂 Wb Lnb 14 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性3 1 少子分布 2 发射区 We Lpe We Lpe且 15 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性4 1 少子分布 3 集电区 Wc Lpc 0 16 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性5 2 电流密度 只计算扩散电流 1 基区中电子电流 17 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性6 2 电流密度 只计算扩散电流 1 基区中电子电流 0 Wb Jnb 0 Jnb Wb Jvb Wb Lnb 常数 Jnb 0 Jnb Wb 0 问题 上述结论也可从载流子线性分布直接推出 问题 考虑复合时 少子如何分布 a还是b 18 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性7 2 电流密度 只计算扩散电流 2 发射区中空穴电流 3 集电区中空穴电流 We Lpe Wc Lpc 19 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性8 3 Ie Ib Ic表达式 1 Ie表达式 20 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性9 3 Ie Ib Ic表达式 Wb Lnb时 且放大偏置 1 Ie表达式 21 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性10 3 Ie Ib Ic表达式 2 Ic表达式 22 149 2 3 2理想晶体管的电流 电压方程 2 3直流特性11 3 Ie Ib Ic表达式 2 Ic表达式 Wb Lnb时 且放大偏置 23 149 2 3 3 表达式 2 3直流特性12 1 表达式 1 We Lpe 24 149 2 3 3 表达式 2 3直流特性13 1 表达式 1 定义方块电阻 要 则要Rsh e Rsh b Ne Nb 25 149 2 3 3 表达式 2 3直流特性14 1 表达式 2 放大偏置时 要 则要Wb Lnb nb 26 149 2 3 3 表达式 2 3直流特性14 1 表达式 3 1 2 表达式 1 27 149 2 3 4理想晶体管的输入 输出特性 2 3直流特性15 1 共基极 输出特性 28 149 2 3 4理想晶体管的输入 输出特性 2 3直流特性16 2 共射极 29 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性17 1 发射结结面积对 的影响 本征基区 Wb Lnb 非本征基区 Wb Lnb 要 则要Ajeo Aje 结面积大 结浅 30 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性18 2 基区宽度调制效应 Early效应 Vcb Wb dnb dx Ine Ic Early电压 对非均匀基区晶体管 影响输出电阻 31 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性19 3 发射结复合电流影响 势垒区 ni2 复合率 Vbe Ic 32 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性20 3 发射结复合电流影响 增益 随电流Ic变化 33 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性21 4 大注入效应之一 Webster效应 Dnb 2Dnb 基区大注入条件 npb 0 Nb Ex Sinpn晶体管 若Nb 1017cm 3 计算当npb 0 0 1Nb时所需的发射结偏压Vbe 答案 0 76V qVbe kT qVbe 2kT 34 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性22 4 大注入效应之一 Webster效应 增益 随电流Ic变化 Ic 发射结复合电流 基区复合 Webster效应 35 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性23 5 大注入效应之二 Kirk效应 基区展宽效应 p n x n E 集电区大注入 nc Nc 集电极电流Jc nc q Nb nc q Nc nc 饱和漂移速度 36 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性24 中性nc Nc nc Nc Emax 问题 计算Jc0 nc0 即 Jc Jc0 Wb Wb Wb 5 大注入效应之二 Kirk效应 临界Jc0nc nc0 37 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性25 6 大注入效应之三 发射极电流集边效应 基极电阻自偏压效应 Seff 发射极有效半宽 J Seff J 0 e 38 149 2 3 5晶体管的非理想现象 2 3直流特性26 6 大注入效应之三 发射极电流集边效应 基极电阻自偏压效应 发射极电流分布 V y Je y Seff y 39 149 2 3 6实际晶体管的输入 输出特性 2 3直流特性27 Webster Kirk效应 发射结复合电流影响 Si晶体管 40 149 2 3 6实际晶体管的输入 输出特性 2 3直流特性28 1 共基极输入 输出特性 Early效应 输入特性 输出特性 Vcb Wb dnb dx Ine Ic dnb dx 41 149 2 3 6实际晶体管的输入 输出特性 2 3直流特性29 2 共射极输入 输出特性 输入特性 输出特性 Early效应 Early效应 问题 为什么Early效应对共发射极输出特性有明显影响 而共基极输出特性却无明显影响 基区复合减少 42 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 43 149 2 4 1晶体管的反向电流 2 4反向特性1 漏电流 与工艺有关 产生电流 扩散电流 Si管 Ig为主 Ge管 Id为主 IR Si IR Ge 44 149 2 4 1晶体管的反向电流 2 4反向特性2 1 Icbo Icbo Si Ge 2 Iebo 问题 为什么有浮动电压Veb fl 且 0 因此 Si Ge 反向工作注入比 45 149 2 4 1晶体管的反向电流 2 4反向特性3 3 Iceo 反向穿透电流 基极开路Ib 0 问题 从物理上如何理解此关系 结论 要Iceo 则Icbo 不宜太高 46 149 2 4 2晶体管的反向击穿电压 2 4反向特性4 1 BVebo n p n A Ie Veb BVebo 特点 1o通常为雪崩击穿Nb很高时可能有齐纳 2o双扩散管击穿在表面 3o通常BVebo 4V即可 2 BVcbo n p n A Ic Vcb BVcbo 特点 1o雪崩击穿 2oBVcbo越高越好理想BVcbo VBR 纯pn结 47 149 2 4 2晶体管的反向击穿电压 2 4反向特性5 3 BVce BVceoBVcesBVcerBVcex 1 BVceo 雪崩击穿时 基极开路时Ib 0 Ic Ie Iceo发生雪崩倍增条件 1 M 0M 1 更容易达到 BVceo BVcbo 经验公式 n Si 4npn 2pnp n Ge 3npn 6pnp M 48 149 2 4 2晶体管的反向击穿电压 2 4反向特性6 3 BVce BVceoBVcesBVcerBVcex 1 BVceo 问题 击穿时为何有负阻特性 集电结雪崩注入到基区的空穴 基区开路无法流出 填充发射结耗尽区 填充集电结耗尽区 发射结正偏压增大 集电结反偏压减小 负阻 49 149 2 4 2晶体管的反向击穿电压 2 4反向特性7 3 BVce BVceoBVcesBVcerBVcex 2 BVces BVceo 3 BVceo BVcer BVces 4 BVcex BVcer 50 149 2 4 3晶体管穿通电压 punch through 2 4反向特性8 1 基区穿通 BVcbo Vpt BVebo 不发生穿通现象的条件 Vpt BVcbo 0 结论 合金管更容易发生基区穿通 而平面管则不太可能发生 Nc Nb 集电结耗尽区主要向集电区扩展 51 149 2 4 3晶体管穿通电压 punch through 2 4反向特性9 2 集电区穿通效应 集电区穿通时击穿条件 Emax Ec 为防止集电区穿通 Wc xmc Nc 电场分布斜率一样 集电区穿通电压 52 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 53 149 2 5 1Ebers Moll方程 本征晶体管 2 5晶体管的模型1 54 149 2 5 1Ebers Moll方程 本征晶体管 2 5晶体管的模型2 Ebers Moll方程 问题 求IF0 IR0与Iebo Icbo之间的联系 答案 Iebo 1 F R IF0 Icbo 1 F R IR0 其中 55 149 2 5 1Ebers Moll方程 本征晶体管 2 5晶体管的模型3 Ebers Moll方程 只有3个独立变量 56 149 2 5 2实际晶体管模型 2 5晶体管的模型4 Ic 无Early效应 Ic 有Early效应 Vc e 57 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 6频率特性2 7开关特性 58 149 2 6 1晶体管的放大作用 2 6频率特性1 问题 共基极有放大作用吗 问题 放大时能量守恒吗 59 149 2 6 1晶体管的放大作用 2 6频率特性2 1 共基极 1 1 1 Transistor Trans Resistor 60 149 2 6 1晶体管的放大作用 2 6频率特性3 2 共发射极 1 1 1 功率放大的是交流信号 61 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性4 1 y参数等效电路 以vivo为自变量 y参数等效电路 以iiio为自变量 z参数等效电路 以iivo为自变量 h参数等效电路 本征晶体管的直流模型 Ebers Moll方程 62 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性5 1 y参数等效电路 以vivo为自变量 求Ie Veb Vcb Ic Veb Vcb 对E M方程求微分 0 0 0 0 量纲 电导 63 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性6 1 y参数等效电路 以vivo为自变量 共基极y参数等效电路 放大偏置时 ve vc ie ic ie rc E B B C 64 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性7 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 vbe ib vce ic ib vce 全微分 65 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性8 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 hie共发射极输出端交流短路时的输入电阻 Ebers Moll方程 放大偏置时 Vbe kT q Vbc 0 66 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性9 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 hre共发射极输入端交流开路时的电压反馈系数 0Why 由Ib Vbe Vbc 全微分 67 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性10 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 0 10 15 实际hre 10 4 原因 i Early效应 Wb Vce ii Early效应 rbb Vce i Early效应 Wb Vce Vce 0 68 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性11 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 hfe共发射极输出端交流短路时的正向电流传输比 共发射极E M方程 中等电流Ib 69 149 2 6 2低频交流小信号等效电路 2 6频率特性12 2 h参数等效电路 共发射极 以iivo为自变量 hoe共发射极输入端交流开路时的输出电导 Early效应 输出阻抗rce不是 问题 共基极h参数等效电路如何画 70 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性13 1 晶体管的高频效应 交流 高频 ie ic 相位差 71 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性14 2 和发射极延迟时间 e 直流 或低频 高频 问题 为什么CTe充放电电流对 有影响 而CDe充放电电流对 无影响 2 1 2 2 e 正偏pn结CTe 2 5 4 0CTe 0 72 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性15 3 和基区渡越时间 b 3 1 假设Wb 常数 基区中少子分布npb x t 73 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性16 3 和基区渡越时间 b 3 1 直流分量 交流分量 通解 边界条件 小信号条件 边界条件 74 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性17 3 和基区渡越时间 b 3 1 边界条件 75 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性18 3 和基区渡越时间 b 3 1 交流 严格分析可以证明 超相移因子 电场因子 76 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性19 3 和基区渡越时间 b 3 2基区渡越时间 b 1 b 扩散电容 发射结电阻 77 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性20 4 集电结势垒区输运系数 d 和集电结渡越时间 d 4 1 d E 104V cm vs 8 5 106cm s td xm vs E x t 假设 连续性方程 78 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性21 4 集电结势垒区输运系数 d 和集电结渡越时间 d 对势垒区积分 0 势垒区平均传导电流 d定义 4 1 d 79 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性22 4 集电结势垒区输运系数 d 和集电结渡越时间 d 4 2 d 这里 80 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性23 5 集电极衰减因子 c和集电极延迟时间 c 81 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性24 6 放大系数的频率特性 6 1 和f 低频 共基极截止频率 82 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性25 6 放大系数的频率特性 6 1 和f dB 20log dB 20log f 3dB频率 通常 b e d c dB 分贝 定义 83 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性26 6 放大系数的频率特性 6 2 和f 定义 84 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性27 6 放大系数的频率特性 6 2 和f CTe CTc 85 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性28 6 放大系数的频率特性 6 2 和f 同样 考虑超相移因子m 且 b e d c f 3dB频率 6 3fT 1 fT定义 f f 时 1 定义 共发射极截止频率 0 1 86 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性28 6 放大系数的频率特性 6 3fT 当f f f 时 或 特征频率电流增益 带宽积 2 提高fT的措施 b Wb 非均匀基区 通常 b e d c e re CTe Aje d xm Nc c rcs Nc CTc Ajc Nc f fT f 87 149 2 6 3放大系数的频率特性 2 6频率特性29 6 放大系数的频率特性 6 3fT 3 fT与工作点的关系 b e Kirk效应 b d 88 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性30 1 h参数等效电路 1 1共基极 共基极h参数高频等效电路共基极T形高频等效电路 89 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性31 1 h参数等效电路 1 2共发射极 共发射极h参数高频等效电路共发射极T形高频等效电路 问题 为什么CTc需要乘上 1 问题 证明高频时反馈电压系数为CTc Ct 这里Ct CTe CDe CTc 90 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性32 1 h参数等效电路 共发射极h参数高频等效电路共发射极 形高频等效电路 rb c反馈电阻 反馈电压源hre 问题 验证高频时反馈电压源可等效为反馈容抗CTc 1 2共发射极 91 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性33 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 共发射极h参数T形高频等效电路 输入阻抗 高频 输出阻抗 2 1高频功率增益Gp 92 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性34 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 2 1高频功率增益Gp 93 149 当输出阻抗最佳匹配 共轭复量 时 可得到最大功率增益Gpmax 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性35 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 2 1高频功率增益Gp 最大功率增益 94 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性36 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 2 2最高振荡频率fm 当Gpmax 1时 对应fm最高振荡频率 高频优值 功率增益 带宽积 1 fm定义 95 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性37 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 2 2最高振荡频率fm 2 发射极引线电感Le影响 阻抗匹配时 96 149 2 6 4高频等效电路 2 6频率特性38 2 晶体管高频功率增益和最高振荡频率 2 2最高振荡频率fm 3 提高fm的措施 fT rbb CTc Ajc Nc Le 4 fm与工作点的关系 fT 1 Wb2 rbb 1 Wb Wb fT d fT CTc re e fT Ic Vcb Wb fT 97 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性39 1 非均匀基区及自建电场 1 1漂移晶体管杂质分布 ND NA x 0 Nc Nb Ne ND NA x 0 p n n n xje xjc 98 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性40 1 非均匀基区及自建电场 1 2基区自建电场 近似 忽略E阻滞 均匀电场 Nb x 指数分布 考虑自建场Eb x 后 令Jpb 0 为什么 若假设Nb x 为指数分布 Eb x 常数 99 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性41 1 非均匀基区及自建电场 1 2基区自建电场 若Nb x 为指数分布 基区电场因子 0均匀基区 Eb 100 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性42 2 直流特性 2 1少子分布与少子电流 1 Jnb 假设 Jvb 0 Jnb x 常数 Jnb 常数 101 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性43 2 直流特性 2 1少子分布与少子电流 边界条件 假设 Jre 0 Jne Jnb 102 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性44 2 直流特性 2 1少子分布与少子电流 问题 定性解释 0时 少子分布npb x 的形状 为什么不象红虚线 边界条件 0 Gummel数 cm 2 103 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性45 2 直流特性 2 1少子分布与少子电流 2 Jpe 发射区有自建场Ee x 类似地 问题 Ee与Eb方向相反 相差一个 号 为什么 Ee x 有何作用 若为薄发射区 即We Lpe时 则 发射区Gummel数 3 Jpc 与均匀基区相同 104 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性46 2 直流特性 2 2直流增益 0 0 1 2 1 更高级近似 105 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性47 2 直流特性 2 2直流增益 0 0 定义 0 均匀基区 2 0 加速场 2 106 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性48 2 直流特性 2 2直流增益 0 0 3 0 0 0 0 除了Rsh e Rsh b Ne Nb Wb Lnb nb 还可以 107 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性48 2 直流特性 2 3Early效应 Jc 0 108 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性49 3 频率特性 3 1 b 求 0 方法 解连续性方程 设 代入上式 直流分量 交流分量 109 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性50 3 频率特性 3 1 b 直流分量 边界条件 0 求出 0 Lnb Lnb 交流分量 0 b 方法 解连续性方程 110 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性51 3 频率特性 3 1 b 方法 基区渡越 方法 解连续性方程 111 149 2 6 5漂移晶体管 2 6频率特性52 3 频率特性 3 1 b 方法 扩散电容 考虑超相移因子后 这里 问题 试推导左式 3 2f f fT fm 112 149 2 6 6异质结双极型晶体管 HBT 2 6频率特性53 1 结构 n GaAs n GaAs n Al0 3Ga0 7As p GaAs n GaAs n GaAs SI GaAsSub 1 1019cm 3750 5 1018 1 1020cm 3500 1000 5 1017cm 31250 5 1017cm 32500 3 1016cm 35000 4 1018cm 36000 113 149 2 6 6异质结双极型晶体管 HBT 2 6频率特性54 2 理想异质结能带图 不考虑界面态情况 突变反型异质结的能带图 能带弯曲 形成尖峰和凹口 能带在界面处不连续 界面处内建电场不连续 要考虑材料介电常数的不同 结两边都是耗尽层 114 149 2 6 6异质结双极型晶体管 HBT 2 6频率特性55 3 工作原理 热平衡 放大偏置 注意 b e 115 149 2 6 6异质结双极型晶体管 HBT 2 6频率特性56 3 工作原理 若 Eg 0 25eV 则exp Eg kT 104 HBT特点 1o宽Eg发射区 2o重掺杂基区 3o窄基区 116 149 2 6 6异质结双极型晶体管 HBT 2 6频率特性57 3 工作原理 HBT优点 1o Eg 0 0 2orbb fmax 3oNb Wb 0 基区穿通效应 基区大注入效应 Webster Early效应 4oNe CTe fT 117 149 第二章双极型晶体管 2 1基本结构 制造工艺和杂质分布2 2电流放大原理2 3直流特性2 4反向特性2 5晶体管的模型2 5频率特性2 7开关特性 118 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性1 1 晶体管的工作区 119 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性2 2 截止区和饱和区的少子分布 1 截止区 Ine Ipe Ipc Inc Ib Iebo Icbo Iebo Icbo 120 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性3 2 截止区和饱和区的少子分布 2 饱和区 1 发生饱和现象的原因 放大区 饱和区 当 Ib Ic max时 进入饱和状态 Ib Ic Ib IcRL Vce Vbc 放大区 饱和区 问题 为什么当Vbc 0时 而流过集电结的电流却与Vbc极性相反 121 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性4 2 截止区和饱和区的少子分布 2 饱和区 1 发生饱和现象的原因 定义 临界饱和状态 2 少子分布 线性放大状态 临界饱和状态 饱和状态 超量储存电荷 122 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性5 2 截止区和饱和区的少子分布 2 饱和区 3 电流传输 Ib Ipe Ivb Ivbs Ipcs Ibs Ibx 过驱动电流 饱和时 定义 饱和深度 s 1 临界饱和状态 123 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性6 3 晶体管的开关作用 K合上 CE导通 K断开 CE断开 截止 导通 开关管要求 1oVces越小越好 最好 0 2oIceo越小越好 最好 0 3oBVce高 使用范围大 4o开关时间短 124 149 0 1Ics t0 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性7 4 晶体管的开关过程 Vbe ViL ViH t Ib Ib1 t Ib2 Ics t Ic 0 9Ics t1 t2 t3 t4 t5 Vce t 0 延迟时间td t1 t0 上升时间tr t2 t1 储存时间ts t4 t3 下降时间tf t5 t4 125 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性8 4 晶体管的开关过程 上升时间tr t2 t1 B C 储存时间ts t4 t3 D C 下降时间tf t5 t4 C B ton td tr toff ts tf 波形频率 延迟时间td t1 t0 A B 126 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性9 5 晶体管开关过程中的少子分布 1 延迟过程td p 反偏 反偏 n n p 反偏 零偏 n n p 反偏 弱正偏 n n A B 对CTe CTc充电 127 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性10 5 晶体管开关过程中的少子分布 2 上升过程tr p 反偏 正偏 n n p 反偏 弱正偏 n n B p 零偏 正偏 n n C 对CTe CDe CTc充电 128 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性11 5 晶体管开关过程中的少子分布 3 储存过程ts p 零偏 正偏 n n D p 零偏 正偏 n n C 抽取基区 集电区超量储存电荷 129 149 2 7 1晶体管的开关作用 2 7开关特性12 5 晶体管开关过程中的少子分布 4 下降过程tf p 零偏 正偏 n n C p 反偏 弱正偏 n n B p 反偏 反偏 n n A 130 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性13 1 电荷控制理论 交流小信号 线性放大区 线性微分方程 线性元件等效 开关晶体管 截止区 饱和区 大信号过程 Ebers Moll方程 高度非线性 电荷控制理论 少子连续性方程 基区少子电荷 基区电子电荷Qb 131 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性14 1 电荷控制理论 定义 注入基区的净电子电流 净流出的电子电流 注入基区的净空穴电流 电中性条件 势垒电容充放电 少子扩散 扩散电容充放电 132 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性15 1 电荷控制理论 Ivb Ivbs Ic Ic 各电流含义 Ipe 少子扩散电流 截止区 Ipe 0 放大 饱和区 Ivb Ivbs 基区复合电流 截止区 Ivb 0 放大区 133 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性16 1 电荷控制理论 对CTe充电电流 对CTc充电电流 Ipcs 集电区少子扩散电流 截止 放大区 Ipcs 0 饱和区 Ipcs 饱和时 134 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性17 1 电荷控制理论 对发射结发射区侧的扩散电容CDe e 充电电流 对集电结集电区侧的扩散电容CDc c 充电电流 截止 放大区 饱和区 电荷控制方程 135 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性17 1 电荷控制理论 各工作区讨论 1 截止区Ic 0Qb Qpc 0 2 放大区 有源区 Vje 0 7VdVje 0Qpc 0 截止区电荷控制方程 136 149 同理 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性18 1 电荷控制理论 各工作区讨论 放大区电荷控制方程 137 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性19 1 电荷控制理论 各工作区讨论 3 饱和区Ic IcsdIc 0dVje 0 饱和区电荷控制方程 138 149 2 7 2电荷控制理论和晶体管开关时间 2 7开关特性19 2 开关时间 1 延迟时间td t1 t0 td td1 td2 截止区 放大区 计算td1