Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT - Phần 2 - Hồ Trung Mỹ

Nội dung text: Bài giảng Dụng cụ bán dẫn - Chương 5: BJT - Phần 2 - Hồ Trung Mỹ

1. ĐHBK Tp HCM-Khoa Đ-ĐT BMĐT GVPT: Hồ Trung Mỹ Môn học: Dụng cụ bán dẫn Chương 5 BJT 1 5.3 Thiết kế dụng cụ và các tham số hiệu năng của dụng cụ • Trong phần này ta sẽ khảo sát làm thế nào việc thiết kế dụng cụ làm ảnh hưởng hiệu năng của BJT. Qua các tham số hình học và vật liệu mà ta có thể điều khiển/kiểm soát là nồng độ tạp chất, bề rộng miền nền, diện tích dụng cụ, và trong 1 số trường hợp là sự lựa chọn dụng cụ (TD: Si hoặc GaAs, ). Thường thì ta khó thay đổi hệ thống vật liệu vì khó thay đổi công nghệ xử lý. • Các tham số hiệu năng chính mà ta muốn cải thiện là độ lợi dòng và tần số hoạt động của dụng cụ. • Ta sẽ tập trung vào chế độ tích cực thuận của BJT đề có VBE >> VT VBC >> VT • Với BJT được thiết kế tốt, ta luôn có Wb << Lb 2 1
2. Độ lợi dòng và hỗ dẫn Độ lợi dòng B chung: Tỉ số của dòng thu IC trên dòng nền IB rất quan trọng vì người ta dùng dòng nền để điều khiển dụng cụ. Độ lợi dòng E chung: Từ biểu thức trên, ta thấy để có  cao ta cần pha tạp chất cao ở miền phát và bề rộng miền nền nhỏ. Một tham số quan trọng khác cho thấy hiệu năng của dụng cụ là hỗ dẫn, nó mô ta việc điều khiển dòng ra (IC) bằng phân cực ngõ vào (VBE). Hỗ dẫn có trị là IICC  IB gm VVVBE T T 5 Độ lợi dòng dc • iB và iC liên hệ qua phương trình sau: và  là – Beta xem như là hằng số với BJT cụ thể –  có trị từ 100-200 trong các dụng cụ hiện đại (nhưng có thể cao hơn) – Được gọi là độ lợi dòng CE • Để có được độ lợi dòng cao, cần có W nhỏ, NA thấp và ND cao. 6 3
3. Điều chế miền nền 9 Điện áp Early VA Q ICQ Điện trở ra ro: V VV V r CE A CEQ  A o III CQ CQ CQ VCEQ VCE 10 5
4. • The punch-through breakdown occurs when the reverse-bias C-B voltage is so large that the C-B and the E-B depletion regions merge. • The emitter-base barrier height for holes is affected by VBC , i.e. small increase in VBC is needed for large increase in IC . VBC increasing p+ n p Note: Punch-through voltage is usually much larger than the avalanche breakdown voltage. • The mechanism of avalanche breakdown in BJT’s depend on the circuit configuration (common-emitter or common-base configuration). 13 • For a common-base configuration, the avalanche breakdown in the C-B junction (open emitter) BVBC is obtained via the maximum (breakdown) electric field FBR (~300 kV/cm for Si and 400 kV/cm for GaAs): 2 2 ks0FBR 1 1 ks0FBR BVBC 2q N B NC 2qNC • The increase in current for voltages higher than BVBC is reflected via the multiplication factor in the current expres- sion. It equals one under normal operating conditions, and exceeds unity when avalanche breakdown occurs. • When the emitter is open, the multiplication factor for the C- B junction is: m 1 V b M 1 BC CB BV BC 14 7
5. Avalanche breakdown related characteristics of a bipolar transistor in the commonbase and common-emitter configurations. 17 18 9
6. Mạch đo đặc tuyến BJT NPN 21 22 11
7. A collector characteristic curve. Operating region? VCE = ? 25 A composite of collector characteristic curves of a BJT 26 13
8. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tuyến (NPN-CE): a) Đặc tuyến vào b) Đặc tuyến ra c) Đặc tuyến truyền đạt 29 30 15
9. Beta () or amplification factor • The ratio of dc collector current (IC) to the dc base current (IB) is dc beta (dc ) which is dc current gain where IC and IB are determined at a particular operating point, Q-point (quiescent point). • It’s define by the following equation: IC 30 <  < 300 2N3904 dc dc IB • On data sheet, dc=hFE with h is derived from ac hybrid equivalent cct. FE are derived from forward-current amplification and common-emitter configuration respectivley. 33 • For ac conditions an ac beta has been defined as the changes of collector current (IC) compared to the changes of base current (IB) where IC and IB are determined at operating point. • On data sheet, ac=hfe • It can defined by the following equation: IC ac IB VCE=constant 34 17
10. Xác định dc và ac từ đặc tuyến collector 37 Limits of operation for transistor • Many BJT transistor used as an amplifier. Thus it is important to notice the limits of operations. • At least 3 maximum values is mentioned in data sheet. There are: a) Maximum power dissipation at collector: PCmax or PD b) Maximum collector-emitter voltage: VCEmax sometimes named as VBR(CEO) or VCEO. c) Maximum collector current: ICmax • There are few rules that need to be followed for BJT transistor used as an amplifier. The rules are: i) transistor need to be operate in active region! ii) IC < ICmax ii) PC < PCmax 38 19
11. Transistor Testing 41 21