双极型晶体管电流增益温度特性的研究

由两个背靠背pn结构成的以获得电压、电流或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。
理论分析
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
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
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。

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