线性电子线路ch2课件.ppt
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1、1一、一、BJT的结构简介:的结构简介:BJT常称晶体管,种类很多,但从外形看,BJT都有三个电极。根据结构不同,BJT可分成两种类型:NPN型和PNP型。结构上可分成:三个区域:基区、发射区、集电区。三个电极:从三个区各自接出的一根引线就是BJT的三个电极,它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c。两个PN结:发射结、集电结。模拟电子技术基础模拟电子技术基础2制造工艺:(1)发射区比基区、集电区掺杂浓度大。(2)集电结面积比发射区的大。(3)基区薄(几um几十um),高频几um,低频几十um 因此发射区、集电区并不是对称的。一、一、BJT的结构简介:的结构简介:PNP型三极管的结构模拟电子技术
2、基础模拟电子技术基础3二、二、BJTBJT的电流分配与放大作用:的电流分配与放大作用:1BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程:使发射区发射电子,集电区收集电子,必须具备的条件是:a.发射结加正向电压(正向偏置):Vbe0NNPVBB RB VCCRC b.集电结加反向电压(反向偏置):Vbc0.3V),可以不考虑这种影响,近似认为输入特性曲线是一条不随VCE而移动的曲线。20(2)输出特性输出特性:输出特性是在基极电流iB一定的情况下,BJT的输出回路中,集电极与发射极之间的电压vCE 与集电极电流iC之间的关系曲线,用函数表示为:iCf(vCE)|iB=常数三、三、BJT的特性曲线
3、:的特性曲线:21 一、放大区一、放大区(Active Region)在这个区域内,晶体三极管工作在放大模式。IB与IC之间满足直流传输方程,即IC=IB+ICEO,若设为常数,则当IB等量增加时,输出特性曲线也将等间隔地平行上移。但是,由于基区宽度调制效应。当VCE增大时,基区复合减小,导致和相应略有增大,因而每条以IB为参变量的曲线都随VCE增大而略有上翘。22 例如,当Ic过小时,由于发射结阻挡层内载流子的复合以及寄生表面复合的影响,致使基极电流增大,从而造成下降。当Ic过大时,由于发射区向基区注入的非平衡少子的浓度过大,可以和基区中的热平衡多子的浓度相比拟时,外电路必须向基区补充大量的
4、平衡多子,才能保持基区的电中性,这些非平衡的多子向发射区注入,使IEP增加,导致a、将下降 从输出特性曲线来对的进行讨论:BCII 严格说来,不是一个与Ic无关的恒定值。实际上,仅在Ic的一定范围内,随Ic的变化很小,可近似认为是常数。而超出这个范围时,将下降。纵向方面:横向方面:23 若参变量IB变为VBE,并将不同VBE的各条输出特性曲线向负轴方向延伸,它们将近似相交于公共点A上,对应的电压用VA表示,称为厄尔利电压。显然,其值大小可用来表示输出特性曲线,共发射极输出特性曲线上翘程度。|VA|越大,上翘程度就越小。小功率管的|VA|值约为50100V。从内部物理过程来说,其值与基区宽度有关
5、,基区宽度越小,基区宽度调制效应对Ic的影响就越大,|VA|也就相应越小 厄尔利电压(Early Voltage)24)1(ACEVVSCVVeIITBE厄尔利电压(Early Voltage)25二、截止区(Cutoff Region)工程上,规定IB=0的区域称为截止区,严格来说截止区是指IE=0以下的区域,在IB=0减小到-ICBO时,VCE分配的发射结上电压为正偏电压,三极管工作在放大区,IC随着IB变化,这时的ICEO很小可以忽落26三、饱和区(Saturation Region)由于存在着体电阻和引线电阻,电流越大,其上产生的压降就越大,相应曲线开始饱和的VCE也就越大。因此,大功
6、率管开始饱和的VCE大于小功率管 减小VCE,直到两个结都正偏,随着VCE的减小,IC的值迅速减小,直到为零,IC、IB之间不在满足电流的传输方程。工程上一般VCE=0.3V为放大区和饱和区的分界限27四、击穿区(Breakdown Region)随着VCE增大,加在集电结上的反偏电压VCB相应增大。当VCE增大到一定值时,集电结发生反向击穿,造成电流Ic剧增。集电结是轻掺杂的,产生的反向击穿主要是雪崩击穿,击穿电压较大。在基区宽度很小的三极管中,还会发生特有的穿通击穿。当VCE增大时,VCB相应增大,导致集电结阻挡层宽度增宽,直到集电结与发射结相遇,基区消失。这时发射区的多子电子将直接受集电
7、结电场的作用,引起集电极电流迅速增大,呈现类似击穿的现象。282共基极电路的特性曲线:三、三、BJT的特性曲线:的特性曲线:29四、四、BJT的主要参数:的主要参数:1 1电流放大系数:电流放大系数:BCBCIIII交流电流放大系数:直流电流放大系数:共射极接法时的电流放大系数对共基极接法的电流放大系数,也有直流放大系数和交流放大系数的区别。和之间的关系是:1130(1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =IC/IB vCE=const四、四、BJT的主要参数:的主要参数:31(2)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const四、四、B
8、JT的主要参数:的主要参数:32 (4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const 当当BJT工作于放大区时工作于放大区时,、,可以,可以不加区分。不加区分。四、四、BJT的主要参数:的主要参数:33 (2)集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=(1+)ICBO ICEO(1)集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时,集电结的反向饱和电流。路时,集电结的反向饱和电流。即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。ICEO也称为集电极也称
9、为集电极发射极间穿透电流。发射极间穿透电流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA四、四、BJT的主要参数:的主要参数:34(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICVCE 3.极限参数极限参数35(3)反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几
10、个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO 3.极限参数极限参数bceVCCICEO36 由由PCM、ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区37建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替,从而极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代
11、替,从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。电路来处理。由于三极管是非线性器件,这样就使得放大电路由于三极管是非线性器件,这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型,就是将非线性器件的分析非常困难。建立小信号模型,就是将非线性器件做线性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。做线性化处理,从而简化放大电路的分析和设计。2.5 BJT的小信号建模的小信号建模381.H参数小信号模型参数小信号模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络vCE=0VvCE 1V391.H参数小信号模型参数小信号模型vBEvCEiBceb
12、iCBJT双口网络双口网络 =IC/IB vCE=constic=ib401.H参数小信号模型参数小信号模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络412、小信号模型的应用注意事项:、小信号模型的应用注意事项:H H参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。H H参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分析。参数都是微变参数,所以只适合对交流信号的分析。H H参数与工作点有关。参数与工作点有关。42 3、H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出;一般用测试仪测出;rbe 与与Q点有关,可用图点有关,可用图示仪测出。示仪测出。一般也用公式估算一般
13、也用公式估算 rbe)()()(mAmV261200EQbeIrW434共射极连接方式的小信号分析共射极连接方式的小信号分析 共发射极电路以发射极作为共同端,以基极为输入端,集电极为输出端。其信号放大的原理如下:VBB+vi iB iC iEvo=iC*RL44从输入特性看:uBE是iB和uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)从输出特性看:iC是iB和uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)iBuBEiCuCEibicubeuce5、h参数的导出45从输入特性看:uBE是iB和uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)从输出特性看:iC是iB和uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)对
14、两个表达式求全微分 CEBCECBCEBCCCEBCEBEBCEBBEBEduiuidiuiididuiuudiuiuduCEoeBfeCCEreBieBEduhdihdiduhdihdui输入r反向传输f正向传输o输出e共射接法ibicubeuce5、h参数的导出46(1)uCE=常数,iB=常数的意义uCE=常数duCE=0即输出端只有直流输出,没有交流输出。相当于输出端交流短路。iB=常数diB=0即输入端只有直流电流输入,没有交流电流。相当于输入端交流开路。因为此时只有直流电流和电压,所以是在静态工作点附近的情况。CEoeBfeCCEreBieBEduhdihdiduhdihduceo
15、ebfeccerebiebeuhihiuhihuibicubeuce6、参数的意义和求法476、参数的意义和求法(2)短路输入阻抗 物理意义:反映了输入电压对输入电流iB的控制能力。几何意义:表示输入特性的Q点处的切线的斜率的倒数单位:,102103 在小信号的情况下是常数。(常称为输入电阻)CEBBEieuiuhiBuBE uBE iB对输入的小交流信号而言,三对输入的小交流信号而言,三极管相当于电阻极管相当于电阻hierbe。ibicubeuce486、参数的意义和求法(3)开路电压反馈系数物理意义:反映了输出回路uCE对输入回路uBE影响的程度几何意义:在输入特性上表示Q点附近输入特性曲
16、线横向的疏密。它是一个无量纲的量(10-4)。BiCEBEreuuh uBEiBuBE uCEibicubeuce496、参数的意义和求法(4)短路电流放大系数物理意义:晶体管对电流的放大能力,即几何意义:在输出特性上表示Q点附近输出特性曲线的纵向疏密。它是一个无量纲的量。(10102)CEuBCfeiih iCiCuCE iBibicubeuce506、参数的意义和求法(5)开路输出导纳物理意义:反映了输出电压uCE对输出电流iC的控制能力几何意义:保持iB不变,有uCE,则引起iC,反映了输出特性曲线的倾斜程度。单位:西门子(S)(10102S)BiCECoeuih iCiCuCE uCE
17、oeoeh1ribicubeuce51ibicubeuce6、参数的意义和求法(1)uCE=常数,iB=常数的意义BiCECoeuih(5)开路输出导纳(2)短路输入阻抗 CEBBEieuiuh(3)开路电压反馈系数BiCEBEreuuh(4)短路电流放大系数CEuBCfeiih说明:由于四个参数的量纲各不相同,这种参数系统是不同量纲的混合,称为混合参数。h即英语中的“混合”。在小信号的情况下,四个参数都可以看作是常数。ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu52ubeibuceicubeuceic很小,一般忽略。很小,一般忽略。cbe7、等效电路的引出 ceoebfeccere
18、biebeuhihiuhihuib ib rcecerbebhreuce+-rce很大,一般忽略。很大,一般忽略。rbe ibibbceic53ubeuceicrbe ibibbce8、注意的问题(1)电压源和电流源的性质它们是虚构的它们是受控源它们的极性不能随意假定(2)等效电路只对微变成分等效(3)h参数是在Q点附近求出的,因此它们与Q点的位置有关,Q点不同、等效电路的参数也不同。ib ib rcecerbebhreuce+-54uce ib rcecebRbbRbeRbbRbee ib rcecCbeCbc 考虑到基区的体电阻的参数等效电路如图:高频工作时,结电容不能忽略,故高频等效电路
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