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电力电子科学笔记:晶体管VS光电二极管

2024-03-05 16:33:35 Marcello Colozzo 阅读:
在本文中,我们将对表示PNP晶体管中集电极电流的方程进行归纳,与光电二极管行为进行对比。

在之前的文章中,我们得出了以下等式:PP5ednc

PP5ednc

对于α,典型值为0.95。如前所述,该方程在所谓的有源区或以下极化状态下有效:发射极结JE正向偏置,集电极结JC反向偏置。后一种偏置状态意味着集电极电流通过反向饱和电流IC0与集电极电压相关。正如我们之前对pn结的研究中得知的那样,IC0作为VCB(偏置电压)的函数几乎是恒定的。当|VCB|<VZ(击穿电压)时也是如此。PP5ednc

由此可见,在有源区,集电极电流仅取决于发射极电流。要写出JC正向偏置情况下的方程(1),我们必须以某种方式用pn结二极管的电压-电流特性表达式代替IC0。为此,我们可以回想一下之前的文章,IC、IC0具有相同的符号惯例。现在,如果我们采用二极管的电压-电流特性,可得到:PP5ednc

PP5ednc

其中i0是反向饱和电流的绝对值,VT是仅取决于温度的常数(相当于温度的伏特值);v是结点上的电势差,并且是一个代数量,可以是正值(正向偏置)或负值(反向偏置)。由此可见,在反向偏置和高|v|值时,i=-i0PP5ednc

在等式(1)的情况下,我们已经设置了−IC0,因此不必担心符号问题。v必须用VC来代替,即JC从p侧到n侧的压降(即集电极和基极之间的压降)。最终,我们有:PP5ednc

PP5ednc

这就是我们正在寻找的方程。请注意,对于VC<0且|VC|≫VT≃26mV,方程(3)可简化为方程(1),因为指数很小,可以忽略不计,它的参数为负且绝对值很大。PP5ednc

方程(3)有一个简单的物理解释:右侧第二项是集电极电流,必须加上由于从发射极到达集电极的间隙而产生的电流(它是项αIE,其中更改了符号,因为它的方向与IC相反)。PP5ednc

总而言之,方程(3)与控制光电二极管电流的方程之间存在显著的相似性。在后者中,结电流必须加上激发项iγ,即由于入射到结上的辐射(光子通量)而产生的电流。在晶体管中,激发项是-αIEPP5ednc

(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News,参考链接:Scientific Notes on Power Electronics: Transistor vs. Photodiode,由Ricardo Xie编译。)PP5ednc

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电力电子科学笔记系列PP5ednc

责编:Ricardo
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