北京航空航天大学《电子电路i》第一章 [3 bjt]zqv

1、2/6/2022精选ppt1BECIBIEICPNDGSBJT场效应管场效应管FET2/6/2022精选ppt2内容组织二二极极管管BJTFETNPN PNPJFETMOSNP耗尽增强NPNP1.组成组成结构结构2.原理原理条件条件,状态状态3.曲线曲线-大信号大信号曲线曲线表达式表达式4.小信小信号模型号模型模型模型等效参数等效参数5.参数参数2/6/2022精选ppt31.3 双极型晶体管（双极型晶体管（BJT: bipolar junction transistor）概念：由三个杂质半导体区（概念：由三个杂质半导体区（发射区，基区，集电区发射区，基区，集电区） 及两个及两个PN结（结（发

2、射结发射结和和集电结集电结）构成的，有两）构成的，有两 种载流子（自由电子和空穴）在其内部作扩散、种载流子（自由电子和空穴）在其内部作扩散、 复合、漂移等复杂运动的复合、漂移等复杂运动的PNP或或NPN晶体管。晶体管。BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管2/6/2022精选ppt4双极型晶体管的双极型晶体管的基本结构：基本结构：BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型2/6/2022精选ppt5BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集

3、电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高三个杂质半导体区：三个杂质半导体区：2/6/2022精选ppt6BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结两个两个PN结：结：2/6/2022精选ppt7BJT 的实物图片：的实物图片：小功率型小功率型 中功率型中功率型 大功率型大功率型2/6/2022精选ppt81.3.1 BJT工作原理工作原理1.3.1.1 BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程BJT结构特点：结构特点：基区厚度很小；基区厚度很小；发射区掺杂浓度很高；发射区掺杂浓度很高；集电区面积很大。集电区面积很大。组态形式（共基、

4、共组态形式（共基、共射、共集）；射、共集）；放大的偏置条件放大的偏置条件EB正正偏，偏，CB反偏。反偏。2/6/2022精选ppt91.3.1.2 共基连接电流分配关系共基连接电流分配关系iE=iC+iBiC=iE+ICBOiB=iB1+iB2-ICBOiB1+iB2=(1- )iE0|CBCBdvecconstvECiididi是共基是共基BJT输出端交流短路条件下交流电流增益。输出端交流短路条件下交流电流增益。）忽略CBOI(ECII是共基是共基BJT的直流电流增益。的直流电流增益。对小功率对小功率BJT，在相当大的电流范围内，在相当大的电流范围内，BJT的电流分配关系的电流分配关系 为电

5、流增益系数，为电流增益系数，它只与管子的结构尺寸和它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电掺杂浓度有关，与外加电压无关压无关。一般。一般 = 0.9 0.99符号说明符号说明2/6/2022精选ppt10BJT电流传输演示2/6/2022精选ppt111.3.1.3 共射（共共射（共E）BJT工作原理工作原理以发射极（以发射极（E极）作为公共端，极）作为公共端，EB结正偏，结正偏，CB结反偏。结反偏。CBOBCBOCBOBCIiIIii1111令：令：1则：则：CBOBCIii)1 (是共射是共射BJT输出交流短路下输出交流短路下的交流电流增益的交流电流增益 是另一个电流放大系数，同样，它

6、也只与管是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1iE=iC+iBiC=iE+ICBOiB=iB1+iB2-ICBOiB1+iB2=(1- )iEBJT的电流的电流分配关系分配关系P19. 式式1.3.62/6/2022精选ppt12BJT 电流放大原理：电流放大原理：BECNNPEBRBECiEiB1进入进入P区的电子少部分区的电子少部分与基区的空穴复合，与基区的空穴复合，形成电流形成电流iB1 ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子发射区电子不断向基区不断向基

7、区扩散，形成扩散，形成发射极电流发射极电流iE。基区空穴向基区空穴向发射区的扩发射区的扩散电流散电流iB2。2/6/2022精选ppt13BECNNPEBRBECiE集电结反偏，有少集电结反偏，有少子形成的反向电流子形成的反向电流ICBO。ICBOiC=iCn1+ICBO iCn1iB1iCn1从基区扩散来从基区扩散来的电子作为集的电子作为集电结的少子，电结的少子，漂移进入集电漂移进入集电结而被收集，结而被收集，形成形成iCn1。BJT 电流放大原理：电流放大原理：2/6/2022精选ppt14iB=iB1-ICBO iB1iBBECNNPEBRBECiEICBOiCn1iC=iCn1+ICB

8、O iCn1iB1BJT 电流放大原理：电流放大原理：BCBOBCiIii)1 (2/6/2022精选ppt151.3.2 共射共射BJT的伏安特性曲线的伏安特性曲线1.3.2.1 共射共射BJT的输出特性曲线的输出特性曲线2/6/2022精选ppt16ICmA AVVVCEVBERBIBECEB测试共射测试共射BJT特性曲线的电路：特性曲线的电路：2/6/2022精选ppt17输出特性曲线2/6/2022精选ppt18IC(mA )1234UCE(V)36912IE=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IE=0,IB=-ICBO，称为，称为截止区。截止区。1.

9、截止区截止区iE=0iB= -ICBO集电结反偏集电结反偏发射结反偏发射结反偏2/6/2022精选ppt192. 击穿区击穿区vCEV(BR)后，后，iC开始剧增的区域，开始剧增的区域，iB=0对应的对应的V(BR)为为V(BR)CEO；iE=0对应的对应的V(BR)为为V(BR)CBO；V(BR)CBOV(BR)CEO。输出特性上的击输出特性上的击穿都是穿都是集电结雪集电结雪崩击穿崩击穿。2/6/2022精选ppt203. 饱和区饱和区IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中VCE VBE,集电结正集电结正偏，偏， IBI

10、C，称为饱和区。称为饱和区。VCEVBEVCB0vCEvBE发射结合适正偏发射结合适正偏集电结反偏集电结反偏2/6/2022精选ppt22共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const2/6/2022精选ppt23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=const2/6/2022精选ppt24共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE 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ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、

11、 ，可以不加区分。，可以不加区分。2/6/2022精选ppt251.3.2.2 共射共射BJT的输入特性曲线的输入特性曲线2/6/2022精选ppt26输入特性输入特性: :VCE 1VIB( A)VBE(V)204060800.40.8VCE=0VVCE =0.5V。工作压降：工作压降：硅管硅管V VBEBE 0.60.60.7V,0.7V,锗管锗管V VBEBE 0.20.20.3V0.3V。2/6/2022精选ppt271.3.3 共射共射BJT工作在正向作用区的大信号特性方程工作在正向作用区的大信号特性方程EbersMoll模型模型: (综合综合4个工作区后的普遍模型个工作区后的普遍模

12、型) 1(exp) 1(expTBCRSTBESCVvIVvIi) 1(exp) 1(expTBCSTBEFSEVvIVvIi式中：式中：aF 表示共基极正向电流传输系数；表示共基极正向电流传输系数； aR 表示共基极反向电流传输系数；表示共基极反向电流传输系数； 2/6/2022精选ppt28基区宽度调制效应（厄尔利效应）：基区宽度调制效应（厄尔利效应）： vCE变化引起集电结反偏电压变化，导致集电结宽度变化，变化引起集电结反偏电压变化，导致集电结宽度变化，引起基区有效宽度变化，导致基区的复合电流变化，引起集引起基区有效宽度变化，导致基区的复合电流变化，引起集电极电流变化。电极电流变化。2/

13、6/2022精选ppt29考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程：考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程：)1 (expACETBESCVvVvIi式中：式中：VA 表示厄尔利电压，典型值为：表示厄尔利电压，典型值为：100V增加值增加值反向延反向延长线交长线交于一点于一点2/6/2022精选ppt301.3.4 BJT的主要特性参数的主要特性参数1.3.4.1 电流增益电流增益或或111.3.4.2 极间反向电流极间反向电流CBOCEOII)1 (式中：式中：ICEO 表示基极开路，集电极发射极反向饱和电流；表示基极开路，集电极发射极反向饱和电流； ICBO 表示发射极开路，集电极基极反向饱

14、和电流。表示发射极开路，集电极基极反向饱和电流。2/6/2022精选ppt31集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流 ICBO： AICBOICBO是集电是集电结反偏由少结反偏由少子的漂移形子的漂移形成的反向电成的反向电流，受温度流，受温度的变化影响。的变化影响。发射极开路发射极开路集电结反集电结反偏偏2/6/2022精选ppt32BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，区，形成形成IBE=ICBO。集电结反偏集电结反偏有有ICBO集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流 ICEO：ICEO受温度影响很大，受温度影响很大，当温度上升时，当温度

15、上升时，ICEO增增加很快，所以加很快，所以IC也相应也相应增加。增加。三极管的温度特三极管的温度特性较差性较差。ICEO= ICBO+ICBO ICEO= (1 )ICBO 可通过可通过ICBO和和ICEO确定放大倍确定放大倍数。数。2/6/2022精选ppt331.3.4.3 极限参数极限参数1. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM值下降到额定值的值下降到额定值的 2/3 时所允许的时所允许的最大集电极电流值最大集电极电流值。2. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗 PCM集电结允许的集电结允许的最大损耗功率最大损耗功率。3. 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)V(BR)CB

16、O: 发射极开路，集电极基极反向击穿电压；发射极开路，集电极基极反向击穿电压；V(BR)CEO: 基极开路，集电极发射极反向击穿电压。基极开路，集电极发射极反向击穿电压。V(BR)CBOV(BR)CEO。1.3.4.4 频率参数频率参数 fTBJT的的特征频率特征频率，值下降至值下降至 1 时的工作频率。时的工作频率。2/6/2022精选ppt34集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗 PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICVCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICVCEIC

17、VCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区安全工作区2/6/2022精选ppt351.3.5 共射共射BJT的小信号等效模型及等效参数的小信号等效模型及等效参数（重要！）（重要！）可以把工作在可以把工作在小信号条件小信号条件下的下的BJT等效为等效为线性四端网络线性四端网络思考题：思考题：1. 为什么说到为什么说到交流小信号等效模型交流小信号等效模型就会有就会有交直流交直流分解？分解？2. 等效线性网络中有等效线性网络中有几个线性器件几个线性器件？2/6/2022精选ppt361.3.5.1 什么是小信号什么是小信号（重要！）（重要！） 根据级数展开理论，当输入信号根据级数展开理论，当输入

18、信号Vsmf的频率范围内的频率范围内 fT|.ffT是共射是共射BJT应用应用的增益带宽积。混的增益带宽积。混合合型模型在大约型模型在大约1/3fT内适用。内适用。增益、增益、带宽带宽权衡权衡2/6/2022精选ppt43作业 P58：9-122/6/2022精选ppt442/6/2022精选ppt45例例1： =50，USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC0IC 最大饱和电流：最大饱和电流：所以所以Q位于截止区位于截止区 2/6/2022精选ppt46例例1： =50，USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区位于放大区。USB =2V时：时：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA010