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电力电子科学笔记:晶体管大信号电流放大

2024-02-06 08:49:26 Marcello Colozzo 阅读:
在本文中,我们将定量分析讨论前面文章的论点,也就是NPN和PNP晶体管。

前面文章中提出的论点表明存在如图1所示方向的发射极电流,其中必须考虑到空穴从发射极流向基极以及电子从基极流向发射极的情况。fiJednc

fiJednc

图1:PNP晶体管,JE处于正向偏置,JC处于反向偏置fiJednc

我们可以写:fiJednc

fiJednc

其中,IpE是空穴产生的电流(从E到B),而InE是电子产生的电流(从B到E)。由于从基极B扩散到E的电子对集电极收集的载流子流动没有贡献,因此我们必须确保在方程(1)中, IpE是IE的主要贡献项。从技术上讲,这个结果是通过对JC的p区进行掺杂来实现的。fiJednc

由于来自发射极的空穴与基极的电子的复合过程,电流IE减少。因此,在JC处,由于空穴而产生的电流如下:fiJednc

fiJednc

此时,我们断开使JE结极化的电池,保持JC的反向极化(图2)。由此可见,后者被反向饱和电流穿过,我们用-IC0表示。反过来,这又分为两个部分:InC0是由于电子通过JC从p迁移到n,而IpC0是由空穴沿相反方向迁移而给出的。fiJednc

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图2:JE开路、JC反向偏置的PNP晶体管fiJednc

所以,我们可以写:fiJednc

fiJednc

IE=0,因为JE是开路。此外,由于它代表的是为集电极间隙提供电流的发射极电流,因此在等式(3)中电流IpC0完全是由基极中热产生的间隙造成的。fiJednc

现在,我们再次插入JE的极化电池,如图3所示。此时,出现集电极电流IC,其符号(通常)与IC0相同,即为负。这意味着载流子沿与箭头方向相反的方向移动。fiJednc

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图3:PNP晶体管,JE处于正向偏置,JC处于反向偏置fiJednc

对于上述电路,VEB=0意味着IC=IC0。如果VEB配置如图3所示,我们必然有:fiJednc

fiJednc

让我们记住,IpC1是由于空穴从E向B扩散而产生的电流,这些空穴不会与那里的电子复合。等式(4)中的符号(-)并不奇怪,因为IpC1是从基极朝向集电极的。然而,让我们从这一电流中脱离出来看,考虑到方程(2),方程(4)可以重写成如下:fiJednc

fiJednc

从中我们有:fiJednc

fiJednc

这里的符号存在疑问。但是|IC|>|IC0|,IE>0,因此α>0,并且根据(2)α<1。方程(6)告诉我们,α是集电极电流增加到阻断(反向极化)与从没有极化到发射极电流增加的比值。这个量被称为大信号电流放大(large-signal current amplification)。fiJednc

从技术上讲,由于α<1,因此不存在放大。此外,α并不是晶体管的固有特性。事实上,在方程(6)中,唯一的常数是IC0,因此α取决于IE、IC,即取决于极化电势。fiJednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:Scientific Notes on Power Electronics: Transistor large-signal current amplification,由Ricardo Xie编译。)fiJednc

责编:Ricardo
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