为什么电流可以流过具有正向偏置基极-发射极结的 BJT 中的反向偏置基极-集电极结(NP 结)?

电器工程 晶体管 二极管 bjt 半导体 pn结
2022-01-16 18:13:43

如果 BJT 的基极-发射极结正向偏置,则电流可以流过反向偏置的基极-集电极结(NP 结)。这与我对 PN 结的理解不一致,因为我认为电子不能从反向偏置结的 P 侧流到 N 侧,因为它们之间存在耗尽区。

我明白为什么电流可以流过正向偏置的基极 - 发射极结:外部电压(正极连接到 P 侧,负极连接到 N 侧)会产生从 N 侧到 P 侧的电场,这抵消了由载流子在不同材料中扩散引起的内置电场。这使耗尽区塌陷。

然而,在反向偏置的基极-集电极结中,外部电压将支持内置电位并产生更大的电场(从 N 侧到 P 侧),这将阻止正电荷从 N 流向 P,并且阻止负电荷从 P 流向 N。

但是如果你正向偏置基极-发射极结,反向偏置基极-集电极结,电子仍然可以从集电极流向基极,即从 P 流向 N,正如我在上一段中解释的那样,不应该是能够发生吗?

那么是什么允许电子流过反向偏置的 PN 结,就像 BJT 的集电极-基极结一样?

4个回答

在 BJT 中,电荷载流子能够穿过反向偏置的 CB 结,因为这些电荷载流子被放置在“错误”的一侧。

  • 普通二极管: n 掺杂侧充满自由电子,而 p 掺杂侧充满移动导带空位(空穴)。正向偏压会产生电场,迫使两个群体聚集在一起,从而转动二极管“在。” 反向偏压将它们拉开,形成势垒并“关闭”二极管。

  • 三极管CB二极管: p型掺杂基极充满自由电子!那是倒退。如果它们在那里停留很长时间,它们会很快落入孔中,最终产生 EB 基极电流。然而,如果首先它们由于热扩散而漂移到离 CB 结太近的地方,它们将被耗尽层内的大电场抓住,并被猛烈地吸引到 n 型掺杂的集电极区。(快速电荷载流子跨越大电位,由于 Ic x Vcb 而加热晶体管。)

(该示例适用于 NPN。对于 PNP 晶体管,我们反转载流子极性,其中自由空穴已沉积在 n 掺杂基极中,并且它们往往会漂移得太靠近 CB 结并被猛烈地抛入 p-掺杂集电极区。)

结论:如果我们以某种方式将一些 n 侧电荷载流子移到 p 侧,二极管将无法正常工作,反之亦然。BJT 中极薄的基区允许这种情况发生。在这种情况下,二极管开始反向工作,其反向偏置电压导致电流增加,而不是电流减少。但同时它也能正常工作,反向结可防止集电极区的自由电子涌入基区。

请注意,异位载流子可以轻松通过耗尽层。耗尽层实际上从来不是绝缘体。它不像橡胶或塑料那样将电荷固定到位。相反,它更像是一个真空区域,强烈的电场排斥通常的载体,使它们保持在适当的一侧。

但是当我们在二极管中有不合适的电荷载流子时,反向偏置耗尽层中的电场不再像势垒一样。相反,它变成了粒子枪。(嘿,看,NPN 晶体管可以看作三极真空管!耗尽区是真空,掺杂硅形成电极。当然,基极必须非常薄,因为它就像一个穿孔的栅电极!)

简而言之,双极结晶体管由于两个结的物理几何形状而起作用。基极层非常薄,从发射极流向基极的电荷载流子不会立即复合——它们中的大多数直接通过基极并进入反向偏置的基极-集电极结的耗尽区。一旦发生这种情况,该区域的强场会迅速将它们扫到集电极端子的其余部分,成为集电极电流。

基极集电极结是反向偏置的,这意味着没有电流从集电极流向 3 基极。这并不意味着电流不能从集电极流向发射极。当基极发射极 PN 结正向偏置时,它不再像二极管一样工作,只是一个导体,由于 N 掺杂的集电极区充满电子,基极-发射极耗尽区不再存在,电流从集电极流向发射极. 但是集电极和基极之间仍然存在反向偏置的 PN 结,因此没有电流从集电极流向基极。

在 bjt 的情况下,集电极电流的主要原因是基区的大小。与发射极和集电极相比,基极区的面积非常小。以 npn 晶体管为例,我们只需将发射极侧连接到“x”伏特,基极连接到“y”伏特,集电极连接到“z”伏特,其中必须严格遵循 x < y < z 以正向偏置发射极-基极区域和反向偏置集电极 - 基区。由于发射极侧相对于基极为-ve,因此从基极到发射极建立了电场。所以主要的电荷载流子(电子)向基部移动。现在是晶体管的核心。一旦电子进入基极(非常薄且轻掺杂),很少有电子(100 个中的 5 个)有机会与空穴复合。除此之外,由于面积小,电子不能长时间停留在基区。当你(电子)从地面(发射器)跑向家(收集器)时,你不能长时间呆在门(基地)上。你立即穿过大门。电子也会发生同样的事情。它立即传递到集电极-基极耗尽区。所以电荷载流子是耗尽区的电子。由于反向偏压,在该耗尽区中建立的电场从集电极指向基极。因此,电子再次倾向于向集电极移动,从而产生集电极电流。它立即传递到集电极-基极耗尽区。所以电荷载流子是耗尽区的电子。由于反向偏压,在该耗尽区中建立的电场从集电极指向基极。因此,电子再次倾向于向集电极移动,从而产生集电极电流。它立即传递到集电极-基极耗尽区。所以电荷载流子是耗尽区的电子。由于反向偏压,在该耗尽区中建立的电场从集电极指向基极。因此,电子再次倾向于向集电极移动,从而产生集电极电流。在此处输入图像描述

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