双晶体管功率参数_双晶体管分析方法

双晶体管功率参数
双极性晶体管的最大集电极耗散功率是器件在一定温度与散热条件下能正常工作的最大功率。在条件相同的情况下,如果实际功率大于这一数值,晶体管的温度将超出最大许可值,使器件性能下降,甚至造成物理损坏。
电流和电压
当集电极电流增大到一定数值后,虽然不会造成双极性晶体管的损坏,但是电流增益会明显降低。为了使晶体管按照设计正常工作,需要限制集电极电流的数值。除此之外,由于双极性晶体管具有两个PN结,因此它们的反向偏置电压不能够过大,防止PN结反向击穿。双极性晶体管的数据手册都会详细地列出这些参数。
当功率双极性晶体管集电极的反向偏置电压超过一定数值,并且流经晶体管的电流超出在一定允许范围之内,使得晶体管功率大于二次击穿临界功率就会产生一种被称为“二次击穿”的危险现象。在这种情况里,超出设计范围的电流将造成器件内部不同区域的局部温度不均衡,部分区域的温度高于其他区域。因为掺杂的硅具有负的温度系数(temperature coefficient),所以当它处于较高的温度时,其导电性能更强。这样,较热部分就能传导更多的电流,这部分电流会产生额外的热能,造成局部温度将超过正常值,以致于器件不能正常工作。二次击穿是一种热失控,一旦温度升高,电导率将进一步提升,从而造成恶性循环,最终严重损毁晶体管的结构。整个二次击穿过程只需要毫秒或微秒量级的时间就可以完成。
如果双极性晶体管发射结提供超出允许范围的反向偏置,并不对流经晶体管的电流进行限制,发射结将发生雪崩击穿,也会造成器件损坏。
温度漂移
作为一种模拟的器件,双极性晶体管的所有参数都会不同程度地受温度影响,特别是电流增益。据研究,温度每升高1摄氏度,大约会增加0.5%到1%。
抗辐射能力
双极性晶体管对电离辐射较为敏感。如果将晶体管置于电离辐射的环境中,器件将因辐射而受到损害。产生损害是因为辐射将在基极区域产生缺陷,这种缺陷将在能带中形成复合中心(recombination centers)。这将造成器件中起作用的少数载流子寿命变短,进而使晶体管的性能逐渐降低。NPN型双极性晶体管由于在辐射环境中,载流子的有效复合面积更大,受到的负面影响比PNP型晶体管更显著。在一些特殊的应用场合,如核反应堆或航天器中的电子控制系统中,必须采用特殊的手段缓解电离辐射带来的负面效应。
双晶体管分析方法
从基极区域的少数载流子浓度出发,可以解释集电极的载流子流动。如果双极性晶体管为小注入(low level injection),即通过某些物理过程(如光注入或电注入)引入的非平衡载流子(excess carrier,或称“过剩载流子”)比热平衡时的多数载流子少得多,双极性扩散(即非平衡多数载流子和少数载流子以相同速率流动)速率实际上由非平衡少数载流子决定。另外,双极性晶体管处理高频信号的能力还受限于基极区域载流子的渡越时间。
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