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談晶體三極管集電極和發射極互換的結果

電子設計 ? 來源:feiyan ? 作者:電子設計 ? 2018-12-03 10:55 ? 次閱讀

現代集成電路中,晶體管的主要兩種就是MOSFET和BJT。在1970年代之前,不論是模擬還是數字集成電路,采用的多是BJT型的晶體管,理由是就當時的技術而言,MOSFET的量產的良率不夠穩定。后來隨著技術的進一步發展,MOSFET由于其各種優勢(特別值得一提的就是CMOS架構的靜態功耗的理論值為0),在數字集成電路中完全占據了主導地位,而如今BJT只在模擬集成電路領域還在廣泛的使用。

既然說到模擬集成電路,那么BJT的一個基本的作用就是利用其作為放大器

如上圖所示為一個PNP晶體管的在正向偏置情況下的示意圖。這個時候它的發射極為正偏PN junction,集電極為反偏的PN junction,能起到放大電流的作用。我們再進一步分析BJT起到放大的作用的一些物理,這樣對題主的疑問就能有一個較為清晰的解答。

上圖總共顯示了1,2,3,4,,5總共五種的存在于正偏架構的BJT的電流分量。

上圖可以明顯看出,從發射極注入的hole電流,將分成1和2兩個部分。由于base為n摻雜,所以當hole電流流經base的時候,將會有電子空穴對的復合產生,消耗空穴電流,這就是1電流表示的意思(電流4是為了維持穩態而從base流入的電子電流,目的是同1電流復合)。2電流是最終從發射極注入到集電極的空穴電流,這就是最終我們所需要的電流。同時我們可以看到電流5,是從base流向發射極的電子電流,這也是發射極電流的一個來源(所以總的發射極電流Ie = 1+2+5)。

上圖的3電流是集電極和base之間的PN junction的反偏漏電流,如果制程正常的話數值將不會很大。

現在考慮發射極的情況。發射極電流的組成有兩種,包括發射極空穴電流1+2以及發射極電子電流5。我們可以利用突變PN junction假設和junction law,得到以下的近似:

Iep = 1+2 ∝

談晶體三極管集電極和發射極互換的結果

Ien = 5 ∝

談晶體三極管集電極和發射極互換的結果

很顯然,為了讓“有用”的電流盡量大,也就是讓 Iep》》Ien,一個通常的做法就是是的Nd《《Na,也就是說,發射極的摻雜濃度要遠高于base才可以實現較高的放大系數。

實際上的BJT的摻雜如下所示(此處示意圖用NPN)

可以看到在emitter-base的PN結確實是發射極的摻雜濃度將高于base。同時我們注意到,出于設計上的考量,量產化的BJT的集電極的摻雜濃度一般是比較低的。甚至將低過base。

如果如題主所述,將E和C調換使用,其造成的結果就是最終可以利用到的電流量將會大大減少,甚至會使得整個管子失去了放大的特性。

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