请教xukun977模拟电子技术问题，三极管的饱和压降为啥是0.3...

只看该作者 · 2020-6-11 08:46

eyuge2 发表于 2020-6-10 22:13
下面是猜测：

rookie21 提到VCE的值减小，基区少子的浓度在集电结附近是有变化的。之前是零， ...

还有一种换位思考的思路，一般我们都习惯：先考虑BE结正偏的进入正向模式，然后在考虑BC也转变成正偏进入饱和模式。
那是不是可以反过来，先让BC结先正偏进入反向模式，先产生IC的扩散电流，然后再让BE也正偏进入饱和……这样理解如何？

1万 · 2020-6-11 09:41

rookie21 发表于 2020-6-11 08:38
是的，sedra那本书第六版以后好像都省略了指数外的那个 -1 项，回家看了下第五版时都没有省略如下图，可 ...

当三极管电路处于饱和，就不再用空穴、电子、基区······这些概念去分析(其实这些分析只是定性分析，根本无法对这些粒子计数)，因为这时的电路实际上是两个PN结(e、c结)的叠加，所以要用PN结的伏安特性来分析，而Is参数表示活跃载流子的数量，就可以定量分析。不过在计算时，Vd和Id两个数未知，就出现X大所说的蛋**问题，要在特殊点分析以避免。

只看该作者 · 2020-6-11 10:11

captzs 发表于 2020-6-11 09:41
当三极管电路处于饱和，就不再用空穴、电子、基区······这些概念去分析(其实这些分析只是定性分 ...

是的叠加没错，这个推导我早在40楼就提过了。但是叠加原理也是有前提。
那就是BJT必须要把基区宽度做的足够窄，这样才能把原本是指数特性分布的载流子浓度近似看做线性分布，这是叠加分析的前提。

也就是说上图里红色的浓度分布线，可以用蓝色和绿色的那两条浓度分布线叠加表示。要没有这个物理条件前提，直接就套叠就说不过去了。
所以首先还是浓度可以近似线性分布的物理机制起决定作用吧。

1万 · 2020-6-11 10:14

rookie21 发表于 2020-6-11 08:38
是的，sedra那本书第六版以后好像都省略了指数外的那个 -1 项，回家看了下第五版时都没有省略如下图，可 ...

*

只看该作者 · 2020-6-11 10:17

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-11 10:19 编辑

rookie21 发表于 2020-6-11 08:46
还有一种换位思考的思路，一般我们都习惯：先考虑BE结正偏的进入正向模式，然后在考虑BC也转变成正偏进 ...

这样可能不太一样。掺杂浓度是E>B>C的，另外C的长度比较长。我的意思是不对称。

只看该作者 · 2020-6-11 10:22

本帖最后由 rookie21 于 2020-6-11 10:29 编辑

eyuge2 发表于 2020-6-11 10:17
这样可能不太一样。掺杂浓度是E>B>C的，另外C的长度比较长。我的意思是不对称。 ...

回复错了，是不对称，没错，我是说但是物理机制没区别，这有点叠加原理的那个意思

1万 · 2020-6-11 10:25

本帖最后由 captzs 于 2020-6-11 10:33 编辑

rookie21 发表于 2020-6-11 10:11
是的叠加没错，这个推导我早在40楼就提过了。但是叠加原理也是有前提。
那就是BJT必须要把基区宽度做的足 ...

饱和电流Ic=(E-Vce)/Rc=(E-Vbe+Vbc)/Rc，其实就是欧姆定律，因为饱和状态的电路就不再是“三极管放大模式”，用原来的理论分析就难也不适合，例如，c结不是反压，用基区变化来分析就不适用。难点就在于Vbe和Vbc的计算，我开始以为跟PN结计算一样，未知就无畏，因为不懂，撞进去才知道很复杂，难怪他们要以Vbe=0.7V，Vce=0.2~0.3V耍滑头。

只看该作者 · 2020-6-11 10:26

captzs 发表于 2020-6-11 10:14
*

去掉的话会忽略反向漏电流

只看该作者 · 2020-6-11 10:31

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-11 11:45 编辑

rookie21 发表于 2020-6-11 10:11
是的叠加没错，这个推导我早在40楼就提过了。但是叠加原理也是有前提。
那就是BJT必须要把基区宽度做的足 ...

你这个是少子（电子）的浓度
集电极反偏的时候，是绿线。转到正偏后，多了蓝色线。最后叠加成红线。

有可能绿线在集电极正偏时候，本身就发生了改变。其右端向上移动了。
因为书上的绿线是在集电结反偏的时候绘制的。
一个单独的PN结正偏时候，P区的少子浓度分布也是这样的。
单独的二极管能做到这样是因为外接了电源，能把P区电子吸收。

三极管能这样，是集电结反偏，同样把电子扫到了集电区。如果集电结正偏，估计没有这么好的效果。

只看该作者 · 2020-6-11 10:32

rookie21 发表于 2020-6-11 10:11
是的叠加没错，这个推导我早在40楼就提过了。但是叠加原理也是有前提。
那就是BJT必须要把基区宽度做的足 ...

好了，知道你肯定看不懂教科书上的浓度梯度图了

1万 · 2020-6-11 10:39

rookie21 发表于 2020-6-11 10:26
去掉的话会忽略反向漏电流

设Is=Ise=Isc，加修正项后的公式：Ic=Is[Exp(Vbe/Vt)-Exp(Vbc/Vt)]B-/(1+B-)，其中B-是反向放大系数。

只看该作者 · 2020-6-11 16:55

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-11 17:19 编辑

Microelectronic Circuits 第7版
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6.1.2节
一开始给出了这个公式

但是没有给出Is的定义。

这一段强调集电极电流与VCB无关是因为VCB是正电压。

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这是浓度图。

这里说明了基区右侧少子浓度是0的原因，由于集电结反偏。
并根据浓度图，计算In的值，并根据In=Ic，推导出了Is的值。
Is的值与In相关，与浓度相关。

这里有一个重点，计算In的值公式

微分时候直接使用整条线的斜率代替了。

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饱和的时候，基区的少子浓度曲线变化了。如下图：

利用In的计算公司，可以估计出In的值会变小，Is的值有会变。

6.1.4节

这个公式，不仅仅是多了后面一项，第一项的Is会变小。
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存在的疑问：是不是直接根据少子浓度就可以推算基区中流动的电流。为啥要分两项。
基区中的电流与基极电流（端钮上电流）怎么区分。

只看该作者 · 2020-6-11 21:17

本帖最后由 rookie21 于 2020-6-11 21:37 编辑

eyuge2 发表于 2020-6-11 16:55
Microelectronic Circuits 第7版
****************************************************************
6.1. ...

补充一点PN结概念。
第一：还是以npn为例，上面第一个图里np0表示B区(p区)在热平衡时的少子也就是电子浓度。我们知道没有加偏压时np0就是个比较低的值。
然后考虑BE结加上电压，根据半导体大佬肖克来推导证明的边界条件，B区靠近E的边界处，浓度会改变，这个值由边界的偏压决定，可以看到VBE是个正值的话，浓度会升高。
同理如果是靠近C的边界偏压VBC是个反偏的较大的负直，肖克来的边界条件告诉我们此时浓度是个很低接近0的浓度。

第二：我们知道电子扩散注入B区后，会因为有浓度梯度继续扩散，并且边扩散会边复合。浓度会按指数规律在空间上分布，图中X方向是E指向C.
其中Ln是有由材料扩散系数和少子生命期决定的。会按图示指数规律衰减（和前面边界条件的指数项不要混淆）。
要保证复合很少B区宽度W应该远远小于Ln,这就常说的基区很窄，到底要取多窄的依据。
而且e^(-x/Ln)项在x=w<<Ln时可以近似为直线（如由泰勒展开一次项近似）。这也就是书上吧浓度分布近似成一条直线的原因。
而直线的梯度是固定值斜率，现在求出X=W处的梯度，代到图中IC的表达式就得到了书上的表达式。

大概如此吧，可以查查书上前面章节 PN结的内容部分有没有讲这些。IS=AE*q*Dn*np0/W

只看该作者 · 2020-6-12 09:49

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-12 10:02 编辑

rookie21 发表于 2020-6-11 21:17
补充一点PN结概念。
第一：还是以npn为例，上面第一个图里np0表示B区(p区)在热平衡时的少子也就是电子 ...

Is是推导出来的，变不变应该从它推导的过程中去找。首先是电子浓度曲线，推导出扩散电流，然后得出Is的。
浓度曲线变了，Is就有可能变。

np0/W，表电子浓度的左端的值除以基区的宽度。

现在如果电子浓度曲线改变了（还保持线性），左端的值不变，右端的值提升，例如提升为np0r，该怎么办？
IS=AE*q*Dn*np0/W这个公式**不变，
还是变成：IS=AE*q*Dn*（（np0-np0r）/W）

这是三极管，不是单纯的二极管。

只看该作者 · 2020-6-12 10:03

本帖最后由 rookie21 于 2020-6-12 10:13 编辑

eyuge2 发表于 2020-6-12 09:49
np0/W，表电子浓度的左端的值除以基区的宽度。

现在如果电子浓度曲线改变了（还保持线性），左端的值不 ...

np0是无外加任何偏置的意思，

有括号的是表示坐标，是坐标0，是不是我忘了标括号，np0没加偏置是一个平衡的浓度状态一条水平线，边界条件改变的np(x),x=0 和x=w这两个边界处的浓度。
可能你看混淆了，np0是参杂工艺制成决定的。

其实书上都有，就是内容太多了容易看晕哈哈

只看该作者 · 2020-6-12 10:47

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-12 10:53 编辑

rookie21 发表于 2020-6-12 10:03
np0是无外加任何偏置的意思，
有括号的是表示坐标，是坐标0，是不是我忘了标括号，np0没加偏置是一个平衡 ...

谢谢是我看错了，谢谢提醒。

这个公式计算少子的扩散电流，没有错吧，求导有个简化，直接是基区左端的浓度除以基区宽度。

这个公式也没有错吧，可以带入到In中，替换np(0)。
得到：In=AE*q*Dn *( - (np0*e^(vBE/VT) / W)

将Is的值带入ic,可以得到：ic=AE*q*Dn *np0/W*e^(vBE/VT)

文中说，In=ic，我们看两个表达式，确实是一样的。
我想问，浓度曲线变化之后，In的表达式会变化，这时候ic的表达式不变。

如果还是In=ic，是不是存在矛盾？

浓度曲线变化之后，例如集电极正偏后，用哪个表达式表示集电极电流（仅发射区电子部分）？
用

这个表达式，能反应集电极电流的变化。

用

这个表达式，不能反应集电极电流的变化。

只看该作者 · 2020-6-12 11:28

本帖最后由 rookie21 于 2020-6-12 11:42 编辑

eyuge2 发表于 2020-6-12 10:47
谢谢是我看错了，谢谢提醒。

In应该就是这本书前面的半导体章节讲过的扩撒电流表达式，作者的意思就是IC是b区电子继续扩散形成的，这个电流由浓度梯度决定。你要求浓度的梯度，就要明白电子在b区浓度是个什么样分布状态。
电子的浓度会受到偏压影响，分析方法就是从边界条件来分析，边界条件就说明了偏压的影响。它是来自费米迪克啦分布（我也没学过只是了解，好像要看半导体物理书上才有详解）。我只知道结论，就是边界的偏压和其浓度变化有个指数关系。如果是二极管只有一端的边界条件起作用，扩散的分布就是随指数衰减（如我前面第一个图所说），Bjt的话两边都有边界条件，只不过e^Vbc/Vt 那端反偏时太小了没起控制作用，但是注意它实际会影响分布，因为严格说两端都有边界条件限制衰减可能不是一个理想的指数，不过大概也是下凹图形的分布就是书上那个虚线，因为有复合损失电子。不过三极管w做的很短忽略了，都可当成直线来求其梯度。这时的梯度就是直线斜率。

总之偏压引起梯度变化就会有扩撒电流变化，这个因素已经反应到ic里了，表现为Vbe 的指数控制特性。

所以理解三极管关键还是分析偏压对电子浓度分布的影响。
你可以试着分析下反向工作，也就是VBC取正数，然后VBE 取0电压，带入边界条件。推导下电流表达式。
再分析下VBC取0电压，VBE取正的电压。
然后把两个结果叠加看看什么意思。

只看该作者 · 2020-6-13 14:06

本帖最后由 eyuge2 于 2020-6-13 14:08 编辑

rookie21 发表于 2020-6-12 11:28
In应该就是这本书前面的半导体章节讲过的扩撒电流表达式，作者的意思就是IC是b区电子继续扩散形成的，这个 ...

https://wenku.baidu.com/view/6277761e7fd5360cbb1adb43.html
这个链接是Ebers Moll Model，2.3埃伯尔斯-莫尔模型_《电子线路(线性部分)》第四版课件。从这个讲义看，你最后讲的C极电流变化原因是对的。

多谢！

只看该作者 · 2020-6-27 09:35

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