电力电子 - BJT

双极结型晶体管 (BJT) 是一种晶体管,其操作取决于两个半导体之间的接触。它可以用作开关、放大器或振荡器。它被称为双极晶体管,因为它的操作需要两种类型的电荷载体(空穴和电子)。空穴构成 P 型半导体中的主要电荷载体,而电子是 N 型半导体中的主要电荷载体。

BJT 的符号

BJT 符号

BJT 的结构

BJT 有两个 P-N 结背对背连接并共享一个公共区域 B(基极)。这确保在基极、集电极和发射极的所有区域中都建立接触。 PNP 双极晶体管的结构如下所示。

BJT 结构

上图所示的 BJT 由两个背对背连接的二极管组成,导致称为准中性的区域耗尽。发射极、基极和集电极的准中性宽度如上所示,分别为 WE'、WB' 和 WC'。它们按如下方式获得 −

$$W_{E}^{'}=W_{E}-X_{n,BE}$$ $$W_{B}^{'}=W_{B}-X_{p,BE}-X_{p,BC}$$ $$W_{C}^{'}=W_{C}-X_{n,BC}$$

发射极、基极和集电极电流的常规符号分别用 IEIBIC 表示。因此,当正电流遇到集电极或基极接触时,集电极和基极电流为正。此外,当电流离开发射极接触时,发射极电流为正。因此,

$$I_{E}=I_{B}+I_{C}$$

当相对于集电极和发射极向基极接触施加正电压时,基极-集电极电压以及基极-发射极电压变为正。

为简单起见,VCE 假定为零。

电子扩散从发射极到基极,而空穴扩散从基极到发射极。一旦电子到达基极-集电极耗尽区,它们就会被电场扫过该区域。这些电子形成集电极电流。

当 BJT 偏置在正向激活模式下时,总发射极电流由电子扩散电流 (IE,n)、空穴扩散电流 (IE, p) 和基极发射极电流相加而得。

$$I_{E}=I_{E,n}+I_{E,p}+I_{r,d}$$

总集电极电流由电子扩散电流 (IE,n 减去基极复合电流 (Ir,B) 得出。

$$I_{C}=I_{E,n}-I_{r,B}$$

基极电流 IB 的总和由空穴扩散电流(IE, p)、基极复合电流(Ir,B)和耗尽层的基极-发射极复合电流(Ir,d)。

$$I_{B}=I_{E,p}+I_{r,B}+I_{r,d}$$

传输因子

这是由集电极电流和发射极电流之比给出的。

$$\alpha =\frac{I_{C}}{I_{E}}$$

应用基尔霍夫电流定律,发现基极电流由发射极电流和集电极电流之差给出。

电流增益

这是由集电极电流和发射极电流之比给出的。集电极电流与基极电流之比。

$$\beta =\frac{I_{C}}{I_{B}}=\frac{\alpha }{1-\alpha }$$

以上解释了 BJT 如何产生电流放大。如果集电极电流几乎等于发射极电流,则传输因子 (α) 接近于 1。因此,电流增益 (β) 大于 1。

为了进一步分析,传输因子 (α) 重写为发射极效率 (γE)、基极传输因子 (αT) 和耗尽层复合因子 (δr) 的乘积。它重写如下 −

$$\alpha =\gamma _{E} imes \alpha _{T} imes \delta _{r}$$

以下是对所讨论的发射极效率、基极传输因子和耗尽层复合因子的总结。

发射极效率

$$\gamma _{E}=\frac{I_{E,n}}{I_{E,p}+I_{E,P}}$$

基极传输因子

$$\alpha _{T}=\frac{I_{E,n}-I_{r,b}}{I_{E,n}}$$

耗尽层复合因子

$$\delta _{r}=\frac{I_{E}-I_{r,d}}{I_{E,n}}$$