模拟电子电路21PPT课件

1. BJT结构：由两个PN结和三个电极构成。有两个基本类型： NPN型 PNP型基 区（B）区：薄、低渗杂三个电极： 发射极（Emitter）:E(e) 基 极（Base） :B(b) 集电极（Collctor）:C集电区（C）区：渗杂适中的工作原理E 发射极B 基极C 集电极发射结集电结(1) NPN 型 三个区域： 发射区（E区）：高渗杂两个PN结： 发射结（BE结） 集电结（CB结）E 发射极B 基极C 集电极发射结集电结(2) PNP型返回bcebce第1页/共37页2. BJT三种基本组态共射极(CE) 组态 ,共基极(CB) 组态,共集电极(CC) 组态返回 BJT三极管是三端器件，作为双口器件来使用(二极管是单口器件)。在接入工程电路的具体应用中，往往将其中的某一个电极作输入端，另一个电极作输出端，第三个电极作为输入、输出端口的公共端。BJT的接法又称为组态。三极管BJT作为双口器件接入电路的实用方式有三种： 第2页/共37页3BJT的偏置方式：发射结正偏、集电结反偏，BJT处于放大状态发射结反偏、集电结正偏，BJT处于反向应用状态，（一般不宜反向应用）二个PN结均正偏，晶体管处于饱合状态二个PN结均反偏，晶体管处于截至状态E 发射极B 基极C 集电极发射结集电结E 发射极B 基极C 集电极发射结集电结返回UBUCUEUCUBUEUCUBUE ,UB UCUBUE ,UB UT , 发射结正偏 易于E区多子扩散 uCB0 ， 集中结反偏 易于B区少子漂移 127345仿真第4页/共37页 多子通过EB(发射)结注入B区EBECRCbRbceiEPib1icn1 ieniEiEiE返回 127345(iEP)注入E区的空穴是E区的非平衡少数载流子 第5页/共37页 由浓度差引起基区非平衡少数载流子的扩散与复合。EBECRCbRbceib1icn1 ien返回 127345第6页/共37页EBECRCbRbce iEPib1icn1 ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp返回 127345 集电极对载流子的收集第7页/共37页返回 载流子的传输过程小结： 将NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端 即： UBEUT , 发射结正偏 易于E区多子扩散 UCB0 ， 集中结反偏 易于B区少子漂移127345EBECRCbRbce iEiBiCiEPib1icn1 ieniCiEiBien= icn1 + ib1iE = ien + iEP ienICBO= icn2 + icpiEiEiCiCiBiBiC= ICBO + icn1 ;iB= ib1 + iEP-ICBOicn2icp 第8页/共37页(2) 放大偏置时的电流关系 EBECRCbRbce iEPib1icn1 ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp127345返回 iE与iC的关系集电极电流 iC由 icn1和 ICBO两部分组成 ： iC=icn1+ICBO CBOECIii 第9页/共37页电流分配关系小结：返回 iC与iB的关系 将关系式(5) 代入式(2) CBOBC111Iii 定义共发射极直流电流放大系数为 ：II 1BC127345共发射极电流分配关系：) =（1+ ） BJT的穿透电流 第10页/共37页(3) BJT的截止与饱和工作状态 127345返回 当BJT的发射结与集电结均加反向偏置电压时，称BJT偏置于截止状态 截止状态 晶体管两个PN结的电流只有反向饱和电流。如果忽略反向饱和电流不计，可以认为：偏置于截止状态的晶体管三个电极的电流均近似为零，即三电极相当开路。 当BJT的发射结与集电结均加正向偏置电压时，称BJT偏置于饱和状态 饱和状态 正偏PN结的外电压都只有零点几伏，故在大信号电路中三电极相当短路。 第11页/共37页4. BJT偏置电压与电流的关系 127345返回 传统的观点：双极型晶体管是电流控制器件。但是，控制各极电流变化的真正原因是发射结正偏电压uBE的变化。此外，集电结反偏电压uCB的变化对各极电流也有影响。 (1)发射结正向电压uBE对各极电流的控制作用 BJT的正向控制作用 发射极电流iE，实际上就是正偏发射结的正向电流。根据正偏PN结的伏安特性关系可知TBETBESSE)1(UuUueIeIi iE与uBE成指数关系，而iE 、iB、iC之间近似成线性关系，所以，iE 、iB、iC均与uBE近似成指数关系。即晶体管BJT放大偏置时，各极电流与发射结电压uBE是按指数规律变化的非线性伏安特性关系。 第12页/共37页4. BJT偏置电压与电流的关系 127345返回（2）集电结反向电压uCB 对各极电流的影响 基区宽度调制效应 当uCE增加时，集电结会变宽，使得基区的宽度减小。基区少子浓度线下的面积小，表明iB会减小。 一般当发射结正偏电压uBE一定时，iB的大小与基区非平衡少子浓度分布曲线下的面积S近似成正比。 这种反偏集电结电压uCB（相当于uCE）的变化引起基区宽度的变化，从而影响各极电流的现象称为基区宽度调制效应，简称基区宽调效应。 由 iC =iE-iB ，所以iC会增加。（3）共射BJT的大信号特性方程 考虑到BJT的基区宽度调制效应后，经过修正后的BJT的大信号特性方程Ebers Moll模型 )1()1)(1(ACESACESCTBETBEUueIUueIiUuUu 式中UA称为厄尔利（Early）电压，它是BJT基区宽度调制效应的参数。 UA的的参考值在70130V，典型值为100V。 当UAuCE时，集电极电流iC与uCE基本无关 TBESUueI 发射区集电区基区nb(x)W集电结发射结x图29 基区非平衡少子的浓度分布曲线WS第13页/共37页2. 1.2 BJT的静态特性曲线iB=iB2iB=iB3饱和区击穿区截止区临界饱和线uCEiCU（BR）CEOiB=-ICBOiB=iB1iB=iB4iB=iB5ib (A)U（BR）EBOICBOICEOUCE=0UCE=1UCE=10127345返回第14页/共37页1. 共射BJT的输入特性曲线BJT的输入特性曲线为一组曲线ib (A)BEBUEBOUCE=0UCE=1VUCE=10V返回第15页/共37页（1）正正向向特特性性：与与 二二 极极 管管 正正 向向 特特 性性 相相 似似iB (A)UCE=0UCE=1UCE=10V127345返回1. 共射BJT的输入特性曲线（2 2）反反向向特特性性：BUEBO（ 3 3） 击击 穿穿 特特 性性 ：第16页/共37页iB=-ICBO2. 共射BJT的输出特性曲线： 饱和区BUCEO击穿区截止区UCB=0 临界饱和线uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1返回放大区第17页/共37页EC2. 共射BJT的输出特性曲线： ICBOiB=-ICBOBUCEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1返回127345第18页/共37页2. 2. 共射BJT的输出特性曲线：iB=-ICBOU（BR）CEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1临界饱和线饱和区返回127345第19页/共37页（4）放放大大区区： 即即输输出出电电阻阻很很大大，相相当当于于一一个个恒恒流流源源，输输出出特特曲曲线线 有有倾倾斜斜的的原原因因是是基基区区宽宽度度调调制制 iB=-ICBOU（BR）CEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5临界饱和线饱和区iB=iB1iB=iB2iB=iB3iB=iB4iC1iC2iC3iC4返回127345EBECRCbRbce第20页/共37页1. 4. 3 1. 4. 3 BJT的主要参数1 1 电电流流增增益益（电电流流放放大大倍倍数数） CE 直直 流流 电电 流流 增增 益益 1 CB 直直 流流 电电 流流 增增 益益 CE 输输出出交交流流短短路路电电流流增增益益 1 CB 输输出出交交流流短短路路电电流流增增益益 一一般般：=0.99 =99 127345返回第21页/共37页ECEC ICBO1. 4. 3 1. 4. 3 BJT的主要参数 CB 反向饱合电流反向饱合电流 ICBO 2 2 极极间间反反向向电电流流 IBICBO ICICBO CE 漏漏电电流流或或穿穿透透电电流流 ICEO（1+）ICBO ICEO127345返回EBECRCbRbce iEPib1icn1 ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp第22页/共37页1. 4. 3 1. 4. 3 BJT的主要参数 3 3 极限参数极限参数 1) 集集电电极极最最大大允允许许电电流流 ICM1fTfiB=-ICBOU（BR）CEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1127345返回休息1f第23页/共37页ECEBusiBECEBus2. 1. 4 2. 1. 4 BJT的小信号模型+ uCE _IBi Ci EUBEIBUBEubeib Q(uBE,iB)127345返回+ib+ube休息1第24页/共37页b=be= c 等等效效到到be间间的的电电阻阻1 晶体管的混合型等效电路及参数由晶体管的物理模型可抽象出由晶体管的物理模型可抽象出 型等效电路。型等效电路。 (1) rbb基基区区体体电电阻阻 ( (2 2) ) rbe发发射射结结电电阻阻 其其中中： bcQBCiiii（电电流流增增益益）; ; Qe bcmuig 输输出出交交流流短短路路时时的的正正向向传传输输跨跨导导 rbbrbegmubeQebcBcQBebbebeuiiiiuiur)(b 第25页/共37页=e=g mube1 1 型等效电路及参数意义(3) cbr 集集电电结结反反偏偏动动态态电电阻阻： rbcb crbbrbe brce 返回 cececbrg/r 第26页/共37页=e=g muberbcb crbbrbe b （6） rcc : 集集电电区区体体电电阻阻， 一一般般也也很很小小rce CbeCbcrccree1 型等效电路及参数意义返回第27页/共37页小结：四个物理效应 cb=be=rbbrberccreerbcCbcCbercegmube第28页/共37页简化 型低频等效电路 cb=be=rbbrberccreerbcCbcCbercegmube第29页/共37页2 H参数等效电路网网络络参参数数模模型型：H 参参数数等等效效模模型型：低低频频小小信信号号 Y参参数数等等效效模模型型：高高频频小小信信号号 S 参参数数等等效效模模型型：微微波波电电路路 网络网络 H 参数模参数模型：型： 返回休息1第30页/共37页2 H参数等效电路返回Qubeibhie：输出端交流短路（uCE常数）时的输入阻抗， 即为输入特性曲线工作点Q上切线斜率的倒数。 0第31页/共37页2 H参数等效电路cbiebcebbeCEBE0cebere)2( rhiuiuuuuuhBbIi常常数数ubeibIBuBEuCE ube=hieib+hreuce ic=hfeib+hoeuce 返回0第32页/共37页 (3)常数常数 CEceBC0bcfeUuiiiih 2 H参数等效电路 ube=hieib+hreuce ic=hfeib+hoeuce UCEuCEicib1ib2=ib1+iBiC返回输出端交流短路时（UCE=常数）时，正向电流放大倍数,反映了输出特性曲线的间距。 0第33页/共37页(4)常常数数 BbCEC0cecoeIiuIuih 2 H参数等效电路icuCEuCE iCIB返回 ube=hieib+hreuce ic=hfeib+hoeuce 000第34页/共37页2 H参数等效电路 ube=hieib+hreuce ic=hfeib+hoeuce 3 等等 效效 电电 路路4 简简化化等等效效电电路路127345返回第35页/共37页参数等效电路与H参数等效电路的关系返回继续hie= rbb+rbe oece1hr hfe=hfeib = gmube= gmi b rbe hfe=gm rbe 第36页/共37页2022-6-6137感谢您的观看！第37页/共37页