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基于晶體管的雪崩雪崩擊穿擊穿電壓的電壓和雪崩

更新時間:2023-11-30 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

晶體管的晶體管的晶體管的晶體管的雪崩雪崩雪崩雪崩擊穿擊穿擊穿擊穿電流電流電流電流、、維持電流維持電流維持電流維持電流和雪崩晶體管和雪崩晶體管和雪崩晶體管和雪崩晶體管-xian.(電子交大,成都市)雙極型晶體管(BJT)在沒有輸入電壓時,通過的電壓很小(稱為穿透電壓),為截至狀態;而在電流下降到某一定值時,即發生輸出電壓忽然減小的現象,這就是擊穿;發生擊穿時的電流稱為擊穿電流(BV,)。擊穿現象常常對晶體管特點起著破壞性的作用,是限制晶體管最高工作電流的一個決定性誘因雪崩擊穿,是須要盡量避開的。并且擊穿現象在一定條件下也大有用武之地,即弄成所謂雪崩晶體管等半導體元件。晶體管的擊穿基本上就是其反偏集電結的擊穿,只是晶體管因為有一定的放大作用,可以促使擊穿的發生,因而晶體管的擊穿電流總要高于單個pn結的擊穿電流。pn結的擊穿機理主要有兩種:量子隧洞擊穿和熱自旋雪崩擊穿。對于Si-pn結,在擊穿電流低于6伏時,基本上都是雪崩擊穿的機理。對于常規使用的晶體管而言,其擊穿通常都決定于集電結的雪崩倍增效應。)BJT的擊穿電流的擊穿電流的擊穿電流的擊穿電流:兩種基本組態的擊穿電流比較:在輸入端開路(open)情況下,共柵極組態的擊穿電流BVCBo,總是小于共發射極組態擊穿電流BVCEo,這是由于穿透電壓CBo要比得多的緣故(見圖1):不過,由于小電壓時的放大系數很小,所以ICEo并不是大得驚人。QZ2物理好資源網(原物理ok網)

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共發射極組態的各類擊穿電流:在這些組態中,由于柵極-發射極之間偏置狀態的不同(是否漏電、開路或則是否外接內阻或則外加展寬),擊穿電流也將有所不同,如圖所示:BVCEo為相線開路時、C-E之間的擊穿電流;BVCES為相線對地漏電時、C-E之間的擊穿電流;BVCER為相線接有內阻R時、C-E之間的擊穿電流;BVCEX為相線接有反向展寬時;BVCEZ為相線接有正向展寬時、C-E之間的擊穿電流。由于不憐憫況下的反向電壓大小關系為(共柵極組態中,發射極開路時的反向電壓ICBo最小):T兩種組態的擊穿電流比較擊穿電流所以,相應的擊穿電流的大小關系為(共柵極組態中,發射極開路時的擊穿電流BVCBo最大):可見:晶體管在各類擊穿情況下,通常都具有負阻特點,這是因為晶體管在高電流時、集電結發生串擾雪崩倍增效應(雪崩擊穿),致使穿透電壓ICEo減小和電壓放大系數α也急劇減小的結果:減小到接近1時,則基極電壓很快減小——C-E導通,壓降減少,于是出現晶體管在雪崩擊穿時通常都存在兩個狀態雪崩擊穿,即高電流、小電壓狀態和低電流、大電壓狀態,但是這兩個狀態的轉換與電流有關,故能開關應用;借助這些特點來工作的晶體管稱為雪崩晶體管雪崩晶體管雪崩晶體管雪崩晶體管。QZ2物理好資源網(原物理ok網)

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對于B-E之間外接有柵極內阻R的情況,由于該柵極內阻對發射極的正偏作用,就促使電壓減小,α也減小;當α1時,則基極電壓很快降低——擊穿,所以有:此即表明,B-E之間外接有內阻時,擊穿電流(BVCER)增長,即容易形成負阻現象。)BJT的維持電流的維持電流的維持電流的維持電流:晶體管在擊穿以后,就維持在低電流、大電壓狀態,這時的電流就稱為維持電流()。對于共發射極組態BJT,由圖2(b)擊穿特點可見,對應于集電極-發射極之間的不同偏置狀態,就有不同的維持電流LV:其中的LVCEO、LVCER、LVCES、LVCEX分別是集電極開路、基極接有內阻、基極漏電、基極反偏時的維持電流。可見,晶體管具有最低維持電流的大電壓狀態是出現在柵極開路的條件下。)雪崩晶體管雪崩晶體管雪崩晶體管雪崩晶體管:當通過BJT的電壓很小時,由于α很小,則雖然這時集電結存在一定的自旋倍增效應,也無法達到αM=1,于是晶體管依然處于不導通的截至狀態;當減小電流、使得集電結倍增效應提高(M減小)時,則電壓減小、α也相應地減小,就有可能達到αM=1,即雪崩擊穿QZ2物理好資源網(原物理ok網)

雪崩晶體管就是在低電流時、通過的電壓很小(~ICBo),高電流時、電流忽然減小(雪崩擊穿)的一種雙極型晶體管(BJT),是一種電流控制的開關晶體管。為了更好地控制晶體管的開關工作,雪崩晶體管通常都在柵極北外接一個內阻降低電流、使得α減小到接近1時,則晶體管擊穿,就步入大電壓導通狀態(αM=1),這時的電流可以給出為:式中的常數n值越小越好,它決定于高阻集電區的材料種類和導電機型:對Si-npn對Si-pnp管為2;對Ge-npn管為3,對Ge-pnp管為6。可見,Si雪崩晶體管采用pnp構型式較好。【注】雪崩晶體管不同于雪崩晶閘管(即雪崩光電晶閘管,APD),也不同于雪崩倍增渡越時間晶閘管(),盡管它們的工作都是借助了自旋的雪崩倍增效應。APD是借助反偏pn結(使其處于自旋倍增狀態)來放大輸入光訊號的一種光電晶閘管,可用于測量微弱的光訊號(在光纖通訊中廣泛地用作為光接收元件)。屬于微波半導體元件,是同時借助自旋的雪崩倍增效應和渡越時間效應來工作的三極管,它還能輸出較大功率的微波訊號,是一種重要的毫米波訊號源元件。QZ2物理好資源網(原物理ok網)

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