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熟透雙極性晶體管(BJT) 輕松做手機射頻PA

jf_78858299 ? 來源:iRF射頻前端產(chǎn)業(yè)觀察 ? 作者:George Mason Universi ? 2023-02-02 14:15 ? 次閱讀

前言

首先介紹了雙極性晶體管(BJT)的工作原理,接著演示了晶體管的伏安(I-V)特性,電流增益(current gain)和輸出電導(conductance)。高能注入和重摻雜帶來的能帶狹窄也會介紹到。

解釋了SiGe晶體管、度越時間、截止頻率的基本概念。另外介紹一些BJT的晶體管模型,比如Ebers-Moll,smal-signal和charge control模型。每一個模型都有各自的應(yīng)用范圍。

BJT雙極性集體管是在1948年由坐落在美國新澤西的貝爾電話實驗室發(fā)明的。BJT是第一個量產(chǎn)的晶體管,領(lǐng)先于MOSFET十年多。大約在1968年,當金屬氧化物半導體場效應(yīng)管(MOSFET)被發(fā)明后,MOSFET迅速憑借高密度低功耗的優(yōu)勢,超越了BJT。

但是,在一些高頻率和模擬領(lǐng)域,BJT依然是更好的選擇,這是因為BJT具有高速、低噪聲和高輸出功率的特點。大家比較熟悉的手機射頻放大器都是采用BJT。補充說明:高密度互補MOS芯片,如果集成了少量的BJT,這種一般叫做BiCMOS技術(shù)。

雙極性Bipolar表示在BJT工作過程中,電子和空穴都參與了。事實上,在PN結(jié)中,少數(shù)派的載流子起到了關(guān)鍵作用。結(jié)(Junction)表示PN junction對于BJT的工作起到了至關(guān)重要的作用。

介紹BJT

組成BJT的是重摻雜的發(fā)射極(emitter),P型的基極(base)和一個N型的集電極(collector)。這類器件叫做NPN BJT。

類似,一個PNP BJT有一個P+發(fā)射極,N型的base和P型的collector。相比于PNP的三極管,NPN的三極管表現(xiàn)出更高的跨導和速度,這是因為電子相對于空穴移動速度更快。所以行業(yè)內(nèi)一般說BJT,指的就是NPN型。

圖片

(a)NPN BJT的示意圖和正常電壓極性

(b)從發(fā)射極注入到基極的電子決定了集電極電流Ic

(c)Ic基本上被VBE決定,對于VCB不敏感

當base-emitter發(fā)射結(jié)正偏,電子就被注入到了輕度摻雜的base。他們擴散到反向偏置的base-collector結(jié)(耗盡層邊緣),最后進入集電極。這就產(chǎn)生了集電極電流Ic。只要是VCB是反向偏置的(或者小信號正偏),那么Ic就和VCB沒有關(guān)聯(lián)。從emitter注入到collector的電子比率決定了Ic,或者說由VBE決定。一般在PN 二極管中,這個注入比率大概和下面的表達式成比例。

圖片

從圖(c)中可以很明顯看到這個結(jié)論。

通常發(fā)射極會直接接到地。這里的emitter和collector類似于MOSFET里面的source(源) 和drain(漏)。base類似gate(柵)。Ic電流相對于VCE的圖例請參考下圖。

圖片

(a)共射架構(gòu)

(b)Ic vs VCE

(c)可以采用IB來作為參數(shù)

(d)NPN電路符號

當VCE約等于0.3V,base-collector正偏,Ic下降。因為寄生電阻下降,很難精確評估base-emitter結(jié)電壓,所以一般測量IB。下回我們來討論Ic和IB的比例關(guān)系。


致謝

全文翻譯自George Mason University的半導體器件基礎(chǔ)。原作者擁有全部版權(quán)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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