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[发布] 晶体三极管的集电极和发射极能互换使用吗?

楼主
发表于 2017/11/6 15:08:29 | 只看该作者
我看教材上面的图给出的结构挺对称的,所以想问晶体三极管的集电极和发射极是不是能够互换使用?
以NPN管为例,我看网上说:发射结正偏集电结反偏,放大区;发射结和集电结都正偏,饱和区;发射结和集电结都反偏,截止区。
那么,当发射结反偏而集电结正偏时,三极管会不会也工作在放大区,只不过这时发射结充当集电结,而集电结充当发射结?
当工作在饱和区时,有没有可能电流是从发射极流向集电极的(即发射极和集电极互换)?
1 楼
发表于 2017/11/20 | 只看该作者

现代集成电路中,晶体管的主要两种就是MOSFET和BJT。在1970年代之前,不论是模拟还是数字集成电路,采用的多是BJT型的晶体管,理由是就当时的技术而言,MOSFET的量产的良率不够稳定。后来随着技术的进一步发展,MOSFET由于其各种优势(特别值得一提的就是CMOS架构的静态功耗的理论值为0),在数字集成电路中完全占据了主导地位,而如今BJT只在模拟集成电路领域还在广泛的使用。

既然说到模拟集成电路,那么BJT的一个基本的作用就是利用其作为放大器。

如上图所示为一个PNP晶体管的在正向偏置情况下的示意图。这个时候它的发射极为正偏PN junction,集电极为反偏的PN junction,能起到放大电流的作用。我们再进一步分析BJT起到放大的作用的一些物理,这样对题主的疑问就能有一个较为清晰的解答。

上图总共显示了1,2,3,4,,5总共五种的存在于正偏架构的BJT的电流分量。
上图可以明显看出,从发射极注入的hole电流,将分成1和2两个部分。由于base为n掺杂,所以当hole电流流经base的时候,将会有电子空穴对的复合产生,消耗空穴电流,这就是1电流表示的意思(电流4是为了维持稳态而从base流入的电子电流,目的是同1电流复合)。2电流是最终从发射极注入到集电极的空穴电流,这就是最终我们所需要的电流。同时我们可以看到电流5,是从base流向发射极的电子电流,这也是发射极电流的一个来源(所以总的发射极电流Ie = 1 2 5)。
上图的3电流是集电极和base之间的PN junction的反偏漏电流,如果制程正常的话数值将不会很大。
现在考虑发射极的情况。发射极电流的组成有两种,包括发射极空穴电流1 2以及发射极电子电流5。我们可以利用突变PN junction假设和junction law,得到以下的近似:
TIM截图20171120112714.png

很显然,为了让“有用”的电流尽量大,也就是让 Iep>>Ien,一个通常的做法就是是的Nd<<Na,也就是说,发射极的掺杂浓度要远高于base才可以实现较高的放大系数。
实际上的BJT的掺杂如下所示(此处示意图用NPN)

可以看到在emitter-base的PN结确实是发射极的掺杂浓度将高于base。同时我们注意到,出于设计上的考量,量产化的BJT的集电极的掺杂浓度一般是比较低的。甚至将低过base。
如果如题主所述,将E和C调换使用,其造成的结果就是最终可以利用到的电流量将会大大减少,甚至会使得整个管子失去了放大的特性。


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