【正文】 1 第四章 雙極型晶體管的功率特性 1 PN結(jié) 2 直流特性 3 頻率特性 4 功率特性 5 開關(guān)特性 （ 6， 7結(jié)型和絕緣柵場效應(yīng)晶體管） 8 噪聲特性 大電流(大注入 ) 高電壓 (擊穿 ) 大功率 集電極最大允許工作電流ICM 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 (基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制 ) 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 發(fā)射極電流集邊效應(yīng) 發(fā)射極單位周長電流容量 線電流密度 晶體管最大耗散功率 PCM 2 1 PN結(jié) 2 npn管直流特性 3 頻率特性 4 功率特性 5 開關(guān)特性 6， 7結(jié)型和絕緣柵場效應(yīng)晶體管 8 噪聲特性 3 ?晶體管的輸出功率受： 集電極最大電流 ICM 最大耗散功率 PCM 二次擊穿特性 （臨界功率） 最高耐壓 BVcbo、 BVceo 的限制。 第四章 雙極型晶體管的功率特性 安全工作區(qū) 本章將圍繞安全工作區(qū)的要求，討論大功率（大注入）下的直流特性 4 集電極最大允許工作電流 ICM ?晶體管電流放大系數(shù)與集電極電流的關(guān)系見圖 41。 ?在大電流下， b0隨 Ic增加而迅速減小，限制了晶體管最大工作電流。 ?晶體管的電流放大系數(shù)主要決定于 g和 b*， 分析大電流下哪些特殊效應(yīng)使 g和 b*發(fā)生哪些變化。 為了衡量晶體管電流放大系數(shù)在大電流下的下降程度 ，特定義 :共發(fā)射極直流短路電流放大系數(shù) b0下降到最大值b0M的一半 (即 bo／ boM＝ )時所對應(yīng)的集電極電流為集電極最大工作電流 ， 記為 ICM 5 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 b隨 IC的增加而下降：發(fā)射效率 g、 基區(qū)輸運(yùn) b*、（ 勢壘、表面）復(fù)合 基區(qū)大注入效應(yīng) 有效基區(qū)擴(kuò)展效應(yīng) 均勻基區(qū)，緩變基區(qū)（強(qiáng)場、弱場） 6 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 （以 npn管為例） 大注入時，大注入自建電場作用下通過 n+p結(jié)的電子電流密度為： 對于均勻基區(qū)晶體管 （ 148） pxxpppppn dxxdnxpxnqDJ?+?)(])()(1[)0()()()0()()()(00bbpppppbpppppppnNxppxpnxnxnnxn?????+?+???+?nbbbbp LWWndxxdn ??? 因為 )0()(7 （ 41） （ 42） 與第二章小注入情況相比： 由于大注入自建電場的漂移作用， 同樣的注入邊界濃度下 Dnb2Dnb， JnE增大一倍； 同樣的 JnE， 邊界濃度及梯度只需一半。 —— 與 。 0])0()0(1[)0(?++? pnb xbbbbbne nNnWnqDJ??bbnbnebbWnDqJNn)0()2(12)0(????? ，上式變?yōu)轫棔r，方括號中第當(dāng) ?8 對于 緩變基區(qū)晶體管 ， 基區(qū)內(nèi)已經(jīng)存在著由于雜質(zhì)分布不均勻而產(chǎn)生的緩變基區(qū)自建電場 。 在大注入情況下 ， 注入的大量非平衡少子將改變這個電場 。 這個過程比較復(fù)雜，書中給出簡單近似分析。 得出結(jié)論： 在發(fā)射極電流密度很大的情況下，基區(qū)電子濃度線性分布，且與雜質(zhì)分布情況無關(guān)（均勻基區(qū)和緩變基區(qū)一樣）。 由于大注入下擴(kuò)散、漂移各半，電子濃度梯度只為小注入時的一半時即可維持與小注入下 相當(dāng)?shù)碾娏髦?。 僅僅是數(shù)學(xué)形式上得到的推論。 9 a圖以電場因子 h為參量，同圖 213； b圖以 d即 Jne為 qDnbNb(0)/Wb的倍數(shù)為參量，表示注入水平（在 h?8時） 。 bbnbne WnqDJ )0(2?10 結(jié)論： 大注入對緩變基區(qū)晶體管基區(qū)電子及其電流密度的影響與對均勻基區(qū)晶體管的相似 。 這是 因為在大注入條件下的緩變基區(qū)中 ， 大注入自建電場對基區(qū)多子濃度梯度的要求與基區(qū)雜質(zhì)電離以后形成的多子濃度梯度方向是一致的 ， 這時雜質(zhì)電離生成的多子不再象小注入時那樣向集電結(jié)方向擴(kuò)散并建立緩變基區(qū)自建電場 ， 而是按照基區(qū)大注入自建電場的要求去重新分布 。 因此 ， 不同電場因子的緩變基區(qū)在大注入下有相同的電子濃度分布 。可以說 ， 在大注入情況下 ， 大注入自建電場 取代 （ 掩蓋 ） 了由于雜質(zhì)分布不均勻所形成的電場 （ 緩變基區(qū)自建電場 ） 。 11 在 (大注入、緩變基區(qū) )自建電場 E作用下 dxdnqDpEqJdxdpqDpEqJnnnppp+?????對多子空穴 ,動態(tài)平衡時 ,擴(kuò)散流等于漂移流 , 0?pJdxxdpxpqkTEdxxdpDExppp)()(1 )()( ????dxdnnNqkTEnNNdxdnnNdxdNNnNNqkTnNdxdnNqkTExnxNxpbbBbbBBbbBBBbBBbBbBbB+++?+++?++?+?1)11()(1)()()(12 dxdnnNqkTEnNNdxdnnNdxdNNnNNqkTnNdxdnNqkTEbbBbbBBbbBBBbBBbBbB+++?+++?++?1)11()(1 第一項是緩變基區(qū)自建電場分量 ,隨注入水平提高 (nb增大 )而減小。對于均勻基區(qū)，此項自然為零。 第二項是大注入自建電場分量，隨 注入水平提高 (nb增大，梯度增大 )而增大 （并在 nbNB時趨于常數(shù)） 。 故，特大注入時，只有大注入自建電場起作用，而且其作用的極限是使基區(qū)少子分布梯度相當(dāng)于小注入時的一半。 13 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 2. 基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 大注入 ：注入少子濃度接近以至超過平衡多子濃度 基區(qū)大注入時 ， 注入基區(qū)的電子濃度接近甚至超過基區(qū)空穴平衡濃度 。 另外 ， 為了維持電中性 ， 基區(qū)積累起與少子相同濃度和分布的空穴（ 非平衡多子 ） 參見圖 215c、 d。 14 15 16 )0()()()0()()()(00bbpppppbpppppppnNxppxpnxnxnnxn?????+?+???+???????????????????bppbppBbbppbppBb NxpNxnNnNxpNxnNn11)(10)(10)0( 2)()()0( 時；時17 注入載流子以及為維持電中性而增加的多子使得基區(qū)電阻率顯著下降 ， 并且電阻 （ 導(dǎo) ） 率隨注入水平變化 ， 稱為 基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 2. 基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) 可見，非平衡少子濃度的變化引起基區(qū)電阻率的變化（調(diào)制） 實際上 ， 引起電阻率變化的因素包括高濃度的非平衡少子 ， 但作為基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)影響電流放大系數(shù) （ 發(fā)射效率 ） 的是基區(qū)多子 —— 空穴 1 2 )(4 1 bpbb Nq ?? ?為小注入下，基區(qū)電阻率1 3 )(4 )(1 39。nNNnNqnNpNpbbbbnbbbbb???????+??+?+?+? ，基區(qū)電阻率大注入下，18 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 發(fā)射效率項 勢壘復(fù)合項 基區(qū)輸運(yùn)（體復(fù)合）項 表面復(fù)合項 69)(2 221 22200 nbebSnbbkTqVinbbbmpebbeDAWSALWenLpWxLW eb +++? ???b 19 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 表示發(fā)射結(jié)勢壘復(fù)合的第二項在大注入下可以忽略 ， 故只需討論其余三項在大注入下如何變化 。 第一項 ：小注入時的 發(fā)射效率項 。 大注入下基區(qū)電阻率的變化使發(fā)射效率項變?yōu)? （ 414） 第三項：體復(fù)合項 ， 它表示基區(qū)體復(fù)合電流 Ivb與發(fā)射極注入的電子電流 Ine之比 。 若基區(qū)電子壽命為 ?nb， 則 （ 415） )1(39。bpebbepebbeNnLWLW ????? +?nbbbe nqWAI??2)0(Vb ? 20 基區(qū)大注入效應(yīng)對電流放大系數(shù)的影響 （ 416） （ 41） 第四項：基區(qū)表面復(fù)合項 ， 表示基區(qū)表面復(fù)合電流與發(fā)射極電子電流之比 。 將式 (2— 66)與式 (4— 1)相比 ，即可得到大注入下基區(qū)表面復(fù)合項 。 （ 266） （ 417） 0])0()0(1[)0(??+?+?pxbbbbbnbne nNnWnqDJ])0(21 )0(1[2 22bbbbnbbneVbNnNnLWII??++?)1()( 02 ????? ? kTqVbSbsrs ebeqnAxnSqAI ?])0(2 )0([bbbbnbebSnersnNnNDAWSAII??++?21 這里用基區(qū)邊界的注入電子濃度近似代表整個基區(qū)內(nèi)的注入電子濃度。 都很大 （ 419） （ 418） ])0(2)0([])0(21)0(1[2])0(1[122bbbbnbebSbbbbnbbbbpebbenNnNDAWSANnNnLWNnLW???????b+++++++?nbebSnbbbnbebnepebbeDAWSALWNqDAWILW24)21(122+++? ??b（ 420） ]2[11111139。bnbebnepebbebbpebbepebbeNqDAWILWNnNLWLW???????g +?+?+?+?69)(2 221 22200 nbebSnbbkTqVinbbbmpebbeDAWSALWenLpWxLW eb +++? ???b由于基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng) ， 相當(dāng)于基區(qū)摻雜濃度增大 ， 穿過發(fā)射結(jié)的空穴電流分量增大 ， 使 g降 。 第二項 、 第三項表明 ， 由于大注入下基區(qū)電子擴(kuò)散系數(shù)增大一倍 ， 可視為電子穿越基區(qū)的時間縮短一半 ， 復(fù)合幾率下降 ， 所以使體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合均較小注入時減少一半 。 缺勢壘復(fù)合項 22 圖 43 1/b隨 Ie的變化 ? 在小電流下，大注入自建電場的作用使基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)增加 （極限 2倍） ? 在大電流下，基區(qū)電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)引起發(fā)射效率下降 （起主要作用） 23 緩變基區(qū)中， 大注入自建電場 的作用破壞了 緩變基區(qū)自建電場 ，在特大注入時，基區(qū)少子完全