第三章 双极结型晶体管(习题)
第三章
3–1.画出PNP晶体管在平衡时以及在正向有源工作模式下的能带图。
画出晶体管的示意图并表示出所有的电流成分,写出各级电流表达式。 画出发射区、基区、集电区少子分布示意图。 3–2.考虑一个NPN硅晶体管,具有这样一些参数:xB?2?m,在均匀掺杂基区
Na?5?1016cm?3,?n?1?s,A?。若集电结被反向偏置,InE?1mA,计算
2在发射结基区一边的过量电子密度、发射结电压以及基区输运因子。
3–3. 在3–2的晶体管中,假设发射极的掺杂浓度为1018cm?3,xE?2?m,?pE?10ns,
发射结空间电荷区中,?0??s。计算在InE?1mA时的发射效率和hFE。
3–4. 一NPN晶体管具有以下规格:发射区面积=1平方密耳,基区面积=10平方密耳,发
射区宽度= 2?m,基区宽度= 1?m,发射区薄层电阻为2?/200?/,基区薄层电阻为,集电极电阻率=?.cm,发射区空穴寿命=1ns,基区电子寿命=100ns,
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假设发射极的复合电流为常数并等于1?A。还假设为突变结和均匀掺杂。计算用半对数坐标画出曲线。IE?10?A、100?A、1mA、10mA、100mA以及1A时的hFE。中间电流范围的控制因素是什么?
3-5.根据式或式,证明对于任意的 2xBLn值公式和
变成a11??qAni[DnNaLn2(cothxBLnxBLn)?DPENdExE] a12?a21?qADnniNaLn2csch a22??qAni[ 证明,若
xBDnNaLn(cothxBLn)?DPCNdCLPC]
Ln 3–6.证明在有源区晶体管发射极电流–电压特性可用下式表示IE?IE01??F?ReVE/VT+
qAniWE2?0eVE/VT其中IE0为集电极开路时发射结反向饱和电流。提
示:首先EM方程导出IF0? IE01??F?R。
3–7.忽略空间电荷区的复合电流,证明晶体管共发射极输出特性的精确表达式为 -VCE?VTln
注意:首先求出用电流表示结电压的显示解。 若IB>>IE0且?FIB??IR0(1??F?R),证明上式化为
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VCE?VTln1?R?IC/IBhFER1?IC/IBhFEFIR0(1??F?R)??FIB?IC(1??F)IF0(1??F?R)?IB?IC(1??R)+VTln?R?F , 其中hFEF??F1??F,hFER??R1??R.
3-8.一个用离子注入制造的NPN晶体管,其中性区内浅杂质浓度为Na?x??N0e18?3中N0?2?10cm,l??m。 ?xL,
求宽度为?m的中性区内单位面积的杂质总量; 求出中性区内的平均杂质浓度;
?6若LpE?1?m,NdE?10cm,DpE?1cm/s,基区内少子平均寿命为10s,
19?32基区的平均扩散系数和中的 杂质浓度相应,求共发射极电流增益。
xB解:a)Gm??0N0e?x/Ldx
=?LN0(e=?10?xB/L?e)?LN0 180?4?2?10cm?3?6?1013cm?3。 13?418?3(b)
=Gm/xB=6?10/?10??10cm
NaxBDpENdExBDnxB2L2n2.(c)
h?1FE?NaxBDpENdExEDn?xB2L2n2?NaxBWE2Dnni?0e?VE2VT??用
Gm?NaxB,=?1018cm?32给出?n?500cm/则
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Ln?Dn?n?KT?n?nq xE?LpE代入数据即可。
3–9.若在式In?qADnni2xBeVEVT?0Nadx中假设IC?In,则可在集电极电流Ic ~VE曲线计算出根
梅尔数。求出3–4中晶体管中的根梅尔数。采用Dn?35cm2/s、A?以及ni??10cm。
16?33–10.证明对于均匀掺杂的基区,式式?T?1?1xB2L2n21L2nxB?(N?N0ax1xBadx)dx简化为 ?T?1?
若基区杂质为指数分布,即Na?N0e??xxB,推导出基区输运因子的表示式。若
?xL基区杂质分布为Na?N0e,推导出基区输运因子的表达式。
3-11. 基区直流扩展电阻对集电极电流的影响可表示为
rIc?I0exp???VE?IBrbb??/VT??,用公式以及示于图3-12的数据估算出bb?
3-12.推导出均匀掺杂基区晶体管的基区渡越时间表达式。假设xBLn〈〈1。 若基区杂质分布为Na?N0e?axxB,重复
3-13.考虑晶体管具有示于图3-16的杂质分布,令发射极和基极面积相等
且rsc?0,发射极电流2mA,集电结的反偏电压为10V,
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计算在300K时截止频率??。
3-14.若实际晶体管的基极电流增益为???0e ?T???, 0jm?/??/(1+j?/??),证明
式中?T是共发射极电流增益模量为1时的频率。 3-15.求出图3-23中输出短路时I0Ii的表达式。 求出??,它相应于I0Ii的数值下降到3dB的情况。 推导式
3-16..若图3-16中Ic?2mA,Vc?10V,hFE?50,A?10平方密耳突变结,估算晶体
2管的复合?模型参数。注:双扩散晶体管用?B?xB/4Dn 3-17.证明平面型双扩散晶体管的穿透电压可用下式表示:
BV?qG?G?x??B?式中G为根梅尔数。 kx?0?2NdC?
3-18.用两个晶体管模拟SCR的方法导出阳极电流做栅电流的表示式。
3-19.负的栅电流可以关断小面积的SCR,关断增益定义为IAIG,其中IA为阳极导通电
流,IG为关断器件所需的最小栅电流。
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