3.5 双极晶体管的反向特性

1. 3.5双极晶体管的反向特性 3.5.1 反向截止电流 各种反向截止电流的小结 (1) IES：VBE< 0 、VBC= 0 时的 IE，即单个发射结的反向饱和电流。 IES N+ P N E C VBE B

2. (2) ICS：VBC < 0 、VBE = 0 时的 IC ，即单个集电结的反向饱和电流。 ICS N+ P N E C VBC B (3) ICBO：VBC < 0 、IE = 0 时的IC， 在共基极电路放大区中， ICBO N+ P N E C VBC B

3. (4) ICEO：VBC< 0 、IB = 0 时的 IC， 在共发射极电路放大区中， ICEO N+ P N E C VCE B (5) IEBO：VBE< 0 、IC = 0 时的 IE， IEBO N+ P N E C VBE B

4. 浮空电势与ICBO IE = 0 ICBO N+ P N E C 浮空电势 VCB B 当发射极开路时，IE= 0 ，但这并不意味着VBE= 0 。那么VBE 应当为多少呢？根据边界条件知，当VBC < 0 时，在基区中靠近集电结的一侧，

5. 基区中的部分少子电子被集电结上的反偏扫入集电区，但因 IE = 0 ，基区少子得不到补充，使在靠近发射结一侧 np(0) < np0 ，根据边界条件，这说明发射结上存在一个反向电压，这就是浮空电势 。 P 型基区 np0 np(x) 0 WB 已知 NPN管的共基极电流电压方程为 (3-59a) (3-59b)

6. 将 IE = 0 代入方程（3-59a） ， 得： 考虑到VBC < 0 以及互易关系 ，得： 于是从上式可解得浮空电势为 上式说明，在测量 ICBO 时晶体管的两个结都是反偏的。

7. “集电结反偏、发射结反偏”时的 IE= “集电结反偏、发射结零偏”时的 IE + “集电结零偏、发射结反偏”时的 IE。 这里的条件是两个IE 经叠加后应为零。第1 种情况下的IE 是 ，所以第2 种情况下的IE 必须是 。对应于这个IE 的IC 是。而第1 种情况下的IC 是ICS。将两种情况的IC 叠加起来，得： 对 ICEO 可作出类似的物理解释。

8. 3.5.2 共基极接法中的雪崩击穿电压 已知 PN结的雪崩倍增因子 M 可以表示为 在工程实际中常用下面的经验公式来表示当已知击穿电压时 M 与外加电压之间的关系： 当 |V |= 0 时，M = 1； 当 |V |→ VB时，M→ ∞ 。 S = 2 ( PN+ 结) 对于硅 PN 结， S = 4 ( P+N 结 )

9. 对于晶体管，在共基极接法的放大区， ， 当发生雪崩倍增效应时，IC 成为 式中， ， ，分别代表计入雪崩倍增 效应后的放大系数与反向截止电流。

10. 定义：发射极开路时，使 I’CBO →∞ 时的 |VBC | 称为共基极集电结雪崩击穿电压 ，记为 BVCBO。 显然，当 |VBC |→ VB 时，M → ∞ , I’CBO → ∞ ，所以BVCBO= VB。 雪崩击穿对共基极输出特性曲线的影响

11. 3.5.3 共发射极接法中的雪崩击穿电压 在共发射极接法的放大区中， 当发生雪崩倍增效应时，IC成为 式中， 分别代表计入雪崩倍增效应后的共发射极放大系数与穿透电流。

12. 可见雪崩倍增对 与 ICEO的影响要比对 与 ICBO的影响大得多。或者说，雪崩倍增对共发射极接法的影响要比对共基极接法的影响大得多。 定义：基极开路时，使 I’CEO → ∞ 时的VCE称为集电极-发射极击穿电压，记为 BVCEO。

13. BVCEO与 BVCBO的关系 当 时，即 时， ，将此关系 代入 M中，得： 即：

14. ICEO~VCE 曲线中有时会出现一段 负阻区。图中， VSUS称为维持电压。 IC 负阻区 ICEO VCE 原因： 0 VSUS BVCEO 在击穿的起始阶段电流还很小， 在小电流下变小，使满足击穿条件 的M值较大，击穿电压 BVCEO也就较高。随着电流的增大，恢复到正常值，使满足 的M值减小，击穿电压也随之下降到与正常的 与 值相对应的 ，使曲线的击穿点向左移动，形成一段负阻区。当出现负阻区时，上式应该改为：

15. 雪崩击穿对共发射极输出特性曲线的影响

16. 3.5.4 发射极与基极间接有外电路时的反向电流与击穿电压 （本小节请同学们自学）

17. 3.5.5 发射结击穿电压 集电极开路（IC= 0），发射极与基极之间加反向电压时的 IE 记为IEBO， 使 IEBO→ ∞时的发射极与基极间反向电压记为BVEBO。 在一般晶体管中，NE> NB > NC，所以 BVCBO 取决于 NC ， BVEBO取决于 NB，且 BVCBO >> BVEBO。

18. 3.5.6 基区穿通效应 N+ P N 0 WB 1、基区穿通电压 集电结上的反向电压增大到其势垒区将基区全部占据时，WB’ = 0，这种现象称为基区穿通，相应的集电结反向电压称为 基区穿通电压 ，记为Vpt 。

19. 基区穿通时，进入基区中的势垒区宽度与基区宽度相等。对于突变结，基区穿通时，进入基区中的势垒区宽度与基区宽度相等。对于突变结， 防止基区穿通的措施 ：增大 WB与 NB。这与防止厄尔利效应的措施一致，但与提高放大系数 与 的要求相矛盾。

20. 2、基区穿通对ICBO ~ VCB 特性的影响 E B VCB N+ P N ICBO C 当VCB 较小时，开路的发射极上存在一个反偏浮空电势。当VCB 增大到穿通电压Vpt 时，基区穿通。如果VCB 继续增加，由于耗尽区不可能再扩展，所以VCE 保持Vpt 不变。对于平面晶体管，VCB 超过Vpt 的部分(VCB – Vpt )将加在发射结的侧面上，使发射结浮空电势增大。当(VCB –Vpt )达到发射结雪崩（或隧道）击穿电压时，发射结发生击穿,使ICBO 急剧增加。

21. 3、基区穿通对ICEO ~ VCE 特性的影响 B E VCE N+ P N ICEO C 当基极开路、集电极和发射极之间加VCE 时，发射结上有一个很小的正向电压VBE，其余绝大部分是集电结上的反向电压VCB。当VCE 增加到VCE = Vpt+VBE 时，基区穿通。当VCE 继续增加时，VCB 保持Vpt 不变，因此只要VCE 稍微增加一点，使VBE 达到正向导通电压VF，就会有大量发射区载流子注入穿通的基区再到达集电区，使集电极电流ICEO 急剧增加。

22. 4、基区局部穿通 在平面晶体管中，NB > NC，势垒区主要向集电区扩展，一般不易发生基区穿通。但可能由于材料的缺陷或工艺的不当而发生局部穿通。 ICBO VCB 0 Vpt BVCBO