北京航空航天大學(xué)《電子電路i》第一章-1.3-bjtzqv

1、BECIBIEICPNDGSBJT場(chǎng)效應(yīng)管FET10/4/20221精選PPT內(nèi)容組織二極管BJTFETNPNPNPJFETMOSNP耗盡增強(qiáng)NPNP1.組成結(jié)構(gòu)/工藝2.原理?xiàng)l件,狀態(tài)3.曲線(xiàn)-大信號(hào)曲線(xiàn)表達(dá)式4.小信號(hào)模型模型等效參數(shù)5.參數(shù)10/4/20222精選PPT1.3 雙極型晶體管（BJT: bipolar junction transistor）概念：由三個(gè)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)（發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)） 及兩個(gè)PN結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）構(gòu)成的，有兩 種載流子（自由電子和空穴）在其內(nèi)部作擴(kuò)散、 復(fù)合、漂移等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的PNP或NPN晶體管。BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPN

2、P型三極管1.3.1 BJT結(jié)構(gòu)和工藝10/4/20223精選PPT雙極型晶體管的基本結(jié)構(gòu)：BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型10/4/20224精選PPTBECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高三個(gè)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)：10/4/20225精選PPTBECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)：10/4/20226精選PPTBJT 的實(shí)物圖片：小功率型 中功率型 大功率型10/4/20227精選PPT1.3.2 BJT工作原理BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程1.多子通過(guò)EB結(jié)注入2.載流子在基區(qū)內(nèi)擴(kuò)散與復(fù)合3.集電極

3、對(duì)載流子收集BJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基區(qū)厚度很小；發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高；集電區(qū)面積很大。組態(tài)形式（共基、共射、共集）；放大的偏置條件EB正偏，CB反偏。10/4/20228精選PPT共基連接電流分配關(guān)系iE=iC+iB=iEn+iEpiB=iB1+iB2-ICBOiC=iCn+ICBO=iEn+ICBO是共基BJT輸出端交流短路條件下交流電流增益。BJT的電流分配關(guān)系P16. 式1.3.5 為電流增益系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般 = 0.90.99符號(hào)說(shuō)明10/4/20229精選PPTBJT電流傳輸演示10/4/202210精選PPT以發(fā)射極（E極）作為公共端，EB結(jié)正

4、偏，CB結(jié)反偏。令：則：是共射BJT輸出交流短路下的交流電流增益 是另一個(gè)電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般 11.3.1.3 共射（共E）BJT工作原理iE=iC+iB=iEn+iEpiB=iB1+iB2-ICBOiC=iCn+ICBO=iEn+ICBOBJT的電流分配關(guān)系P16. 式1.3.5共射BJT10/4/202211精選PPTBJT 電流放大原理：BECNNPEBRBECiEiB1進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流iB1 ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流iE。基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散電流i

5、B2。10/4/202212精選PPTBECNNPEBRBECiE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOiC=iCn+ICBOiCniB1iCn從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成iCn。BJT 電流放大原理：10/4/202213精選PPTiB=iB1-ICBOiB1iBBECNNPEBRBECiEICBOiCniC=iCn1+ICBO iCn1iB1BJT 電流放大原理：10/4/202214精選PPT一、BJT的伏安特性曲線(xiàn)共射BJT的輸出特性曲線(xiàn)圖1.3.310/4/202215精選PPTICmAAVVVCEVBERBIBECEB測(cè)試共射BJT特

6、性曲線(xiàn)的電路：10/4/202216精選PPT輸出特性曲線(xiàn)10/4/202217精選PPTIC(mA )1234UCE(V)36912IE=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IE=0,IB=-ICBO，稱(chēng)為截止區(qū)。1. 截止區(qū)iE=0iB= -ICBO集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏10/4/202218精選PPT2. 擊穿區(qū)vCEV(BR)后，iC開(kāi)始劇增的區(qū)域，iB=0對(duì)應(yīng)的V(BR)為V(BR)CEO；iE=0對(duì)應(yīng)的V(BR)為V(BR)CBO；V(BR)CBOV(BR)CEO。輸出特性上的擊穿都是集電結(jié)雪崩擊穿。10/4/202219精選PPT3. 飽和區(qū)IC(mA )1234UCE

7、(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中VCEVBE,集電結(jié)正偏，IBIC，稱(chēng)為飽和區(qū)。VCEVBEVCB0vCEvBE發(fā)射結(jié)合適正偏集電結(jié)反偏10/4/202221精選PPT共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const10/4/202222精選PPT共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const10/4/202223精選PPT共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE 共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IE VCB=const當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)， 、 ，可以不加區(qū)分。10/4/202224精選PP

8、T共射BJT的輸入特性曲線(xiàn)圖 1.3.410/4/202225精選PPT 輸入特性:VCE 1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8VCE=0VVCE =0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。工作壓降：硅管VBE0.60.7V,鍺管VBE0.20.3V。10/4/202226精選PPT1.3.3 BJT的器件模型EbersMoll模型: (綜合4個(gè)工作區(qū)后的普遍模型)式中：aF 表示共基極正向電流傳輸系數(shù)； aR 表示共基極反向電流傳輸系數(shù)； 一、 BJT的大信號(hào)特性10/4/202227精選PPT基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)（厄爾利效應(yīng)）： vCE變化引起集電結(jié)反偏電壓變化，導(dǎo)致集

9、電結(jié)寬度變化，引起基區(qū)有效寬度變化，導(dǎo)致基區(qū)的復(fù)合電流變化，引起集電極電流變化。圖1.3.6 BJT中的基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)（vBE=常數(shù)）10/4/202228精選PPT考慮基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)后的集電極電流方程：式中：VA 表示厄爾利電壓，典型值為：100V增加值反向延長(zhǎng)線(xiàn)交于一點(diǎn)圖1.3.7 說(shuō)明厄爾利電壓VA的BJT輸出特性10/4/202229精選PPT二、BJT的主要特性參數(shù)1. 電流增益或2. 極間反向電流式中：ICEO 表示基極開(kāi)路，集電極發(fā)射極反向飽和電流； ICBO 表示發(fā)射極開(kāi)路，集電極基極反向飽和電流。10/4/202230精選PPT集-基極反向截止電流 ICBO：AICBOI

10、CBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。發(fā)射極開(kāi)路集電結(jié)反偏10/4/202231精選PPTBECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE=ICBO。集電結(jié)反偏有ICBO集-射極反向截止電流 ICEO：ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。ICEO= ICBO+ICBO ICEO= (1 )ICBO 可通過(guò)ICBO和ICEO確定放大倍數(shù)。10/4/202232精選PPT3. 極限參數(shù)集電極最大允許電流 ICM值下降到額定值的 2/3 時(shí)所允許的最大集電極電流值。集電

11、極最大允許功耗 PCM集電結(jié)允許的最大損耗功率。反向擊穿電壓 V(BR)V(BR)CBO: 發(fā)射極開(kāi)路，集電極基極反向擊穿電壓；V(BR)CEO: 基極開(kāi)路，集電極發(fā)射極反向擊穿電壓。V(BR)CBOV(BR)CEO。4. 頻率參數(shù) fTBJT的特征頻率，值下降至 1 時(shí)的工作頻率。10/4/202233精選PPT集電極最大允許功耗 PCM 集電極電流IC 流過(guò)三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：PC =ICVCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以PC 有限制。PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作區(qū)10/4/202234精選PPT三、BJT的小信號(hào)等效模型（重要?。┛梢园压ぷ?/p>

12、在小信號(hào)條件下的BJT等效為線(xiàn)性四端網(wǎng)絡(luò)思考題：1. 為什么說(shuō)到交流小信號(hào)等效模型就會(huì)有交直流分解？2. 等效線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)中有幾個(gè)線(xiàn)性器件？圖 1.3.8 共射放大電路的原理圖10/4/202235精選PPT什么是小信號(hào)（重要?。?根據(jù)級(jí)數(shù)展開(kāi)理論，當(dāng)輸入信號(hào)Vsmf的頻率范圍內(nèi) fT|.ffT是共射BJT應(yīng)用的增益帶寬積?；旌闲湍Ｐ驮诖蠹s1/3fT內(nèi)適用。增益、帶寬權(quán)衡10/4/202242精選PPT作業(yè) P51：1.8-1.1410/4/202243精選PPT10/4/202244精選PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB =-2V時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC0IC 最大飽和電流：所以Q位于截止區(qū) 10/4/202245精選PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)。USB =2V時(shí)：10/4/202246精選PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k，