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1、 3.4 3.4 双极晶体管的直流电流电压方程双极晶体管的直流电流电压方程本节以缓变基区 NPN 管为例，推导出在发射结和集电结上均外加 任意电压 时晶体管的直流电流电压方程。 EBCIEIBICVCEVBEVBCNN+P+-电流的参考方向和电压的参考极性如下图所示。推导电流电压方程时，利用扩散方程的解具有线性迭加性的特点：方程在 “边界条件 1” 时的解 n1(x) 与在 “边界条件 2” 时的解 n2(x) 的和 n1(x) + n2(x) ，等于以 “边界条件 1 与边界条件 2 的和” 为边界条件时的解 n(x) 。3.4.1 集电结短路时的电流式中，IES 代表发射结反偏、集电结零偏
2、时的发射极电流，相当于单独的发射结构成的 PN 结二极管的反向饱和电流。于是可得到发射结为任意偏压、集电结零偏时晶体管三个电极的电流为3.4.2 发射结短路时的电流如果把晶体管的发射区当作“集电区”，集电区当作 “发射区”，就可以得到一个倒过来应用的晶体管，称为 倒向晶体管。发射结短路就相当于倒向晶体管的“集电结”短路，因此晶体管在本小节的偏置状态就相当于倒向晶体管在上一小节的偏置状态。故可得：式中，ICS 代表集电结反偏、发射结零偏时的集电极电流，相当于单独的集电结构成的 PN 结二极管的反向饱和电流。 代表倒向管的共基极直流短路电流放大系数，通常比 小得多 。3.4.3 晶体管的直流电流电
3、压方程由于三个电流之间满足 IE = IC + IB ，三个电流中只有两个是独立的。若选取 IE 与 IC ，所得为共基极直流电流电压方程，也称为 “埃伯斯莫尔方程 ” ，即：将上述两种偏置条件下的电流相加，即可得到发射结和集电结上均外加任意电压时晶体管的直流电流电压方程。(3-59b)(3-59a)若选取 IB 与 IC ，所得为共发射极直流电流电压方程，正向管与倒向管之间存在一个 互易关系 ，即：（3-60）3.4.4 晶体管的输出特性共基极输出特性：以输入端的 IE 作参变量，输出端的 IC 与 VBC 之间的关系。由共基极直流电流电压方程EBCIEICVBCNN+P+-B消去 VBE
4、，即可得共基极输出特性方程： 当 VBC = 0 时，在放大区，VBC VBE ，为放大区；在虚线左侧，VBC 0 ，或 VCE VBE ，为饱和区。3.4.5 基区宽度调变效应在共发射极放大区，理论上 ，即 IC 与 VCE 无关。但在实际的晶体管中，IC 随 VCE 的增大会略有增大。原因：当 VCE 增大时，集电结反偏 (VBC = VBE VCE ) 增大，集电结耗尽区增宽，使中性基区的宽度变窄， 基区少子浓度分布的梯度 增大，从而使 IC 增大。这种现象称为 基区宽度调变效应，也称为 厄尔利效应。WBWBWBWBxNNP00nB(x)当忽略基区中的少子复合及 ICEO 时，进入基区中的部分，即 xp 。式中，称为 厄尔利电压 ；，称为 共发射极增量输出电阻 ；，为集电结耗尽区对于均匀基区，或为减小厄尔利效应，应增大基区宽度 WB ， 减小集电结耗尽区在基区内的宽度 xdB ，即增大基区掺杂浓度 NB 。若假设 ，即无厄尔利效应，则此时 IC 与 VCE 无关。实际上， ，故 VA 与 ro 均为正的有限值，VA 的几何意义
