我們?cè)谖闹蟹磸?fù)提及,電壓是電場(chǎng)的積分,而電場(chǎng)是電荷的積分,所以要得到電壓的關(guān)斷瞬態(tài),就必須弄清楚電荷的分布以及積分的邊界。
如圖所示,關(guān)斷過(guò)程中,電場(chǎng)只存在于耗盡區(qū)(à
)中。耗盡區(qū)中的空間電荷濃度等同于基區(qū)的摻雜濃度,余下就需要弄清楚
隨時(shí)間的變化關(guān)系
,下面我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)。
根據(jù)泊松方程易知,耗盡區(qū)寬度的表達(dá)式為:
其中, 為外加電壓(忽略了發(fā)射極的PN結(jié)電壓),
為耗盡區(qū)寬度。
對(duì)(6-59)兩邊取平方,再對(duì)時(shí)間求導(dǎo)可以得到耗盡區(qū)寬度隨時(shí)間變化率與電壓隨時(shí)間變化率之間的關(guān)系,如下,
上式右邊實(shí)際上代表了單位面積的耗盡區(qū)電容,記為
,那么(6-60)可簡(jiǎn)化為,
由此,我們建立了基區(qū)寬度與外加電壓隨時(shí)間的變化關(guān)系。回顧上一節(jié),我們建立了基區(qū)寬度與多余載流子分布,進(jìn)而與電荷總量以及電流之間的時(shí)間變化關(guān)系,那么以為紐帶,就可以建立瞬態(tài)過(guò)程中的電流、電壓之間的關(guān)系。
如圖所示,可以將耗盡區(qū)擴(kuò)展過(guò)程等效為結(jié)電容內(nèi)部電場(chǎng)變化的過(guò)程,那么
處的位移電流就代表了該位置的電子電流
。
注:所謂位移電流,這里主要描述的是耗盡區(qū)內(nèi)電場(chǎng)的變化,因此可以存在與真空或者介質(zhì)中,并不會(huì)做功產(chǎn)生焦耳熱;相對(duì)應(yīng)的是傳導(dǎo)電流,只能存在于導(dǎo)體中,定向移動(dòng)則會(huì)做功產(chǎn)生焦耳熱。因此電容變化過(guò)程中的關(guān)系可以書寫如下:
(6-62)中除電流、電壓外,還有一個(gè)電容隨時(shí)間的變量,因?yàn)殡娙菖c基區(qū)寬度
是相關(guān)聯(lián)的,而后者又是與
相關(guān)的,所以應(yīng)該可以建立
與
之間的關(guān)系,從而消除電容項(xiàng)。
根據(jù)電容的定義表達(dá)式,顯然
的乘積為常數(shù),所以
將帶入(6-64)再帶入(6-62)結(jié)合式(6-59)即可消除電容項(xiàng),得到電流與電壓關(guān)系式。
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