通过 Early 建模、图像分析与模式识别表征互补双极结型晶体管

本工作报道了一种研究互补双极结型晶体管对的方法，其常用于推挽电路中，典型见于运算放大器的输出级。数据采集与预处理后，采用 Early 建模方法估计两个相应参数（Early 电压 $V_a$ 与比例参数 $s$）。采用受 Hough 变换图像分析方法启发的投票程序来改进 $V_a$ 的识别。推导了传统参数电流增益 ($\beta$) 和输出电阻 ($R_o$) 与两个 Early 参数间的解析关系。结果表明，在固定 $V_a$ 下 $\beta$ 随 $s$ 增大而趋增，而 $R_o$ 仅依赖于 $V_a$，并随该参数线性变化。针对 7 对互补 BJT（每对由 10 个样品表示）获得了若干有趣结果。首先，所考察 BJT 在 Early 参数空间中占据受限带区，且 NPN 与 PNP 组主要分隔为该空间中的两个各自区域。此外，PNP 器件往往呈现更大的内在参数变异。NPN 组倾向于具有比 PNP 器件更高的 $V_a$ 幅值与更小的 $s$。NPN 晶体管产生与 PNP 可比的 $\beta$ 及更大的 $R_o$。采用模式识别方法获得 Early 空间中 NPN 与 PNP 组间的线性分离线，并以各自平均参数估计相应原型器件。具有大与小参数差异的两对实际 BJT 用于三种推挽电路配置，测量并讨论了各自总谐波失真，表明参数匹配对结果有确定影响。