北京航空航天大学《电子电路i》第一章-1.3-bjtzqv

1、BECIBIEICPNDGSBJT场效应管FET10/4/20221精选PPT内容组织二极管BJTFETNPNPNPJFETMOSNP耗尽增强NPNP1.组成结构/工艺2.原理条件,状态3.曲线-大信号曲线表达式4.小信号模型模型等效参数5.参数10/4/20222精选PPT1.3 双极型晶体管（BJT: bipolar junction transistor）概念：由三个杂质半导体区（发射区，基区，集电区） 及两个PN结（发射结和集电结）构成的，有两 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PNP或NPN晶体管。BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPN

2、P型三极管1.3.1 BJT结构和工艺10/4/20223精选PPT双极型晶体管的基本结构：BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型10/4/20224精选PPTBECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高三个杂质半导体区：10/4/20225精选PPTBECNNP基极发射极集电极发射结集电结两个PN结：10/4/20226精选PPTBJT 的实物图片：小功率型 中功率型 大功率型10/4/20227精选PPT1.3.2 BJT工作原理BJT内部载流子的传输过程1.多子通过EB结注入2.载流子在基区内扩散与复合3.集电极

3、对载流子收集BJT结构特点：基区厚度很小；发射区掺杂浓度很高；集电区面积很大。组态形式（共基、共射、共集）；放大的偏置条件EB正偏，CB反偏。10/4/20228精选PPT共基连接电流分配关系iE=iC+iB=iEn+iEpiB=iB1+iB2-ICBOiC=iCn+ICBO=iEn+ICBO是共基BJT输出端交流短路条件下交流电流增益。BJT的电流分配关系P16. 式1.3.5 为电流增益系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99符号说明10/4/20229精选PPTBJT电流传输演示10/4/202210精选PPT以发射极（E极）作为公共端，EB结正

4、偏，CB结反偏。令：则：是共射BJT输出交流短路下的交流电流增益 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。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的电流分配关系P16. 式1.3.5共射BJT10/4/202211精选PPTBJT 电流放大原理：BECNNPEBRBECiEiB1进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流iB1 ，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流iE。基区空穴向发射区的扩散电流i

5、B2。10/4/202212精选PPTBECNNPEBRBECiE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOiC=iCn+ICBOiCniB1iCn从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成iCn。BJT 电流放大原理：10/4/202213精选PPTiB=iB1-ICBOiB1iBBECNNPEBRBECiEICBOiCniC=iCn1+ICBO iCn1iB1BJT 电流放大原理：10/4/202214精选PPT一、BJT的伏安特性曲线共射BJT的输出特性曲线图1.3.310/4/202215精选PPTICmAAVVVCEVBERBIBECEB测试共射BJT特

6、性曲线的电路：10/4/202216精选PPT输出特性曲线10/4/202217精选PPTIC(mA )1234UCE(V)36912IE=020A40A60A80A100A此区域中 : IE=0,IB=-ICBO，称为截止区。1. 截止区iE=0iB= -ICBO集电结反偏发射结反偏10/4/202218精选PPT2. 击穿区vCEV(BR)后，iC开始剧增的区域，iB=0对应的V(BR)为V(BR)CEO；iE=0对应的V(BR)为V(BR)CBO；V(BR)CBOV(BR)CEO。输出特性上的击穿都是集电结雪崩击穿。10/4/202219精选PPT3. 饱和区IC(mA )1234UCE

7、(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中VCEVBE,集电结正偏，IBIC，称为饱和区。VCEVBEVCB0vCEvBE发射结合适正偏集电结反偏10/4/202221精选PPT共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const10/4/202222精选PPT共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const10/4/202223精选PPT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 =IC/IE VCB=const当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。10/4/202224精选PP

8、T共射BJT的输入特性曲线图 1.3.410/4/202225精选PPT 输入特性:VCE 1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8VCE=0VVCE =0.5V死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V。工作压降：硅管VBE0.60.7V,锗管VBE0.20.3V。10/4/202226精选PPT1.3.3 BJT的器件模型EbersMoll模型: (综合4个工作区后的普遍模型)式中：aF 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； 一、 BJT的大信号特性10/4/202227精选PPT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

9、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，引起集电极电流变化。图1.3.6 BJT中的基区宽度调制效应（vBE=常数）10/4/202228精选PPT考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程：式中：VA 表示厄尔利电压，典型值为：100V增加值反向延长线交于一点图1.3.7 说明厄尔利电压VA的BJT输出特性10/4/202229精选PPT二、BJT的主要特性参数1. 电流增益或2. 极间反向电流式中：ICEO 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，集电极基极反向饱和电流。10/4/202230精选PPT集-基极反向截止电流 ICBO：AICBOI

10、CBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。发射极开路集电结反偏10/4/202231精选PPTBECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入N区，形成IBE=ICBO。集电结反偏有ICBO集-射极反向截止电流 ICEO：ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。ICEO= ICBO+ICBO ICEO= (1 )ICBO 可通过ICBO和ICEO确定放大倍数。10/4/202232精选PPT3. 极限参数集电极最大允许电流 ICM值下降到额定值的 2/3 时所允许的最大集电极电流值。集电

11、极最大允许功耗 PCM集电结允许的最大损耗功率。反向击穿电压 V(BR)V(BR)CBO: 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。V(BR)CBOV(BR)CEO。4. 频率参数 fTBJT的特征频率，值下降至 1 时的工作频率。10/4/202233精选PPT集电极最大允许功耗 PCM 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：PC =ICVCE 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区10/4/202234精选PPT三、BJT的小信号等效模型（重要！）可以把工作

12、在小信号条件下的BJT等效为线性四端网络思考题：1. 为什么说到交流小信号等效模型就会有交直流分解？2. 等效线性网络中有几个线性器件？图 1.3.8 共射放大电路的原理图10/4/202235精选PPT什么是小信号（重要！） 根据级数展开理论，当输入信号Vsmf的频率范围内 fT|.ffT是共射BJT应用的增益带宽积。混合型模型在大约1/3fT内适用。增益、带宽权衡10/4/202242精选PPT作业 P51：1.8-1.1410/4/202243精选PPT10/4/202244精选PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当USB =-2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC0IC 最大饱和电流：所以Q位于截止区 10/4/202245精选PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。USB =2V时：10/4/202246精选PPT例1： =50，USC =12V， RB =70k，