電力電子學 - BJT

雙極結型電晶體（BJT）是一種電晶體，其工作原理依賴於兩個半導體的接觸。它可以充當開關、放大器或振盪器。它被稱為雙極電晶體，因為它需要兩種型別的載流子（空穴和電子）才能工作。空穴是P型半導體中的主要載流子，而電子是N型半導體中的主要載流子。

BJT 的符號

BJT 具有兩個背靠背連線並共享一個公共區域 B（基極）的 PN 結。這確保了基極、集電極和發射極的所有區域都建立了接觸。下圖顯示了 PNP 型雙極電晶體的結構。

上面所示的 BJT 由兩個背靠背連線的二極體組成，導致稱為準中性的區域耗盡。發射極、基極和集電極的準中性寬度分別在上面表示為 W_E’、W_B’ 和 W_C’。它們分別計算如下：

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

發射極、基極和集電極電流的常規符號分別用 I_E、I_B 和 I_C 表示。因此，當正電流遇到集電極或基極觸點時，集電極電流和基極電流為正。此外，當電流離開發射極觸點時，發射極電流為正。因此，

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

當相對於集電極和發射極在基極觸點施加正電壓時，基極-集電極電壓以及基極-發射極電壓都變為正。

為簡單起見，假設 V_CE 為零。

電子從發射極擴散到基極，而空穴從基極擴散到發射極。一旦電子到達基極-集電極耗盡區，就會被電場掃過該區域。這些電子形成了集電極電流。

當 BJT 偏置在正向啟用模式時，總髮射極電流透過將電子擴散電流（I_E,n）、空穴擴散電流（I_{E, p}）和基極發射極電流相加得到。

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

總集電極電流由電子擴散電流（I_E,n）減去基極複合電流（I_r,B）給出。

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

基極電流 I_B 的總和透過將空穴擴散電流（I_{E, p}）、基極複合電流（I_r,B）和耗盡層的基極-發射極複合電流（I_r,d）相加得到。

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

它由集電極電流與發射極電流之比給出。

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

應用基爾霍夫電流定律，發現基極電流由發射極電流和集電極電流之差給出。

它由集電極電流與基極電流之比給出。

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

以上解釋了 BJT 如何產生電流放大。如果集電極電流幾乎等於發射極電流，則傳輸因子 (α) 將接近 1。因此，電流增益 (β) 將大於 1。

為了進一步分析，將傳輸因子 (α) 重寫為發射極效率 (γ_E)、基極傳輸因子 (α_T) 和耗盡層複合因子 (δ_r) 的乘積。它被重寫如下：

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

以下是討論的發射極效率、基極傳輸因子和耗盡層複合因子的總結。

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

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

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

列印頁面