? 當一個小交流電壓加在發射結上,會產生發射極交流電流,該交流電流的大小取決于Q點位置,而曲線是彎曲的,所以Q點在曲線上的位置越高,發射極交流電流的峰值越大。
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? 發射極總電流是直流分量和交流分量疊加而成,即IE = IEQ + ie
? IEQ為發射極直流電流,ie為發射極交流電流,而上圖發射極的總電壓包括直流分量和交流分量,為VBE = VBEQ + vbe
? VBEQ為發射結上的直流電壓,vbe為發射結上的交流電壓,上圖VBE上的正弦變化在IE上產生正弦變化,ie的峰值取決Q點位置,對于曲線的彎曲,同樣的vbe下,Q點在曲線的位置越高,ie越大,即發射結的交流電阻隨發射極直流電流的增加而降低。
? 發射結交流電阻的定義為:r′e = vbe / ie
? 表示發射結交流電阻等于發射結上交流電壓除以發射極交流電流,r′e上的′表示該電阻在晶體管內部,由于vbe基本保持不變(即交流電壓的幅度基本是不變的),所以發射結交流電阻總是隨著發射極直流電流的增加而降低(Q點移動)。
? 并且由于固態物理學和微積分的知識,可以推導出發射結交流電阻的重要公式,即
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?r′e?=25mV?/ IE
? 即發射結交流電阻的估算,該公式適用所有類型晶體管,使用條件是假設滿足小信號、室溫、矩形突變發射結條件,由于商用晶體管一般具有漸變的非矩形結,實際情況會與上述公式有些區別,但是幾乎所有商用晶體管的發射結交流電阻都在25mV?/ IE 和50mV / IE之間。
? 所以r′e很重要,它決定著電壓增益,r′e值越小,電壓增益越高。
? 1.r′e?=25mV?/ IE該公式的物理意義是什么?
答:??該公式僅依賴??載流子熱運動??和??電流連續性原理??,與半導體材料(Si、Ge等)無關,故適用于所有BJT晶體管,在半導體物理中,熱電壓?VT?=qkT?是核心參數(k為玻爾茲曼常數,T為絕對溫度,q為電子電荷),在室溫(25°C)下??,T=298K,計算得?VT?≈25.85mV,近似為 ??25 mV??。
? 熱電壓反映了載流子(電子或空穴)因熱能導致的隨機運動強度,決定了PN結的導電特性。
? 分子25 mV??:源于載流子熱運動能力(熱電壓),室溫下近似為常數,若溫度變化,熱電壓?VT?隨之改變(如0°C時?VT?≈22mV,50°C時?≈28mV)。
? 分母?IE???:反映靜態工作點對載流子濃度的調制作用,電流越大,載流子響應電壓變化的能力越強,電阻越小。
? 2.為什么r′e很重要,決定了電壓增益?
答:根本原因在于它??直接反映了發射結載流子濃度梯度對小信號電壓的響應能力??,進而控制集電極電流的變化幅度,發射結本質是基區與發射區之間的載流子注入通道。當基極-發射極電壓VBE變化時,勢壘高度改變,導致??注入基區的少數載流子濃度梯度??變化。
? r′e的物理意義是:??單位電壓變化能引起多少載流子濃度梯度的改變?。?
? (1).高r′e(如IE小)??:載流子濃度梯度平緩,相同電壓變化只能驅動少量載流子穿過基區,相當于“閘門阻力大”。
? (2).低r′e(如IE大)??:載流子濃度梯度陡峭,微小電壓變化即可引發大量載流子注入,相當于“閘門阻力小”
? 而集電極電流IC由基區到達集電結的載流子數量決定,由于基區寬度極薄,載流子擴散是主導機制?,r′e越小,載流子對VBE變化的響應越靈敏??,相同ΔVBE能產生更大的ΔIC,而電壓增益Av正比于ΔIC在負載電阻上的壓降(ΔIC·RL),因此r′e直接控制增益的“放大倍數源頭”。
??注:以上僅個人觀點,如有錯誤,懇請批評指正