模拟电子电路基础12

集电区基区发射区结构：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1.4.1BJT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NPN+2.PNP型NPP+返回3．BJT的偏置方式：①发射结正偏、集电结反偏，BJT处于放大状态②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）③二个PN结均正偏，晶体管处于饱合状态④二个PN结均反偏，晶体管处于截至状态集电区基区发射区E发射极B基极C集电极发射结集电结NPN+E发射极B基极C集电极发射结集电结NPP+返回4、BJT三种基本组态共基极(CB)组态,共射极(CE)组态,共集电极(CC)组态返回ECEBEBECRCbRbce●●●●一BJT的工作原理1.载流子的传输过程：将NPNBJT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uCB＞0，集中结反偏→易于B区少子漂移bceiEiBiCiEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniCiEiBien=icn1+ib1iE=ien+iEP≈ienICBO=icn2+icpiEiEiEiEiCiCiCiCiBiBiBiBiC=ICBO+icn1;iB=ib1+iEP-ICBOicn2icp返回所以iE=ien+iEP≈ien(因为N+PieniEP)(1)多子通过EB(发射)结注入B区EB结正偏E区多子（电子）注入B区→ienB区多子（空穴）→注入E区→iEP经EB结扩散注意：（ien）注入B区的电子是B区的非平衡少数载流子(iEP)注入E区的空穴是E区的非平衡少数载流子EBECRCbRbceiEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniEiEiE返回B区非平衡少子ien向CB结扩散与B区多子复合→ib1(很少)复合浓度差扩散(2)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CB结反偏B区到达CB结的非平衡少子C区→icn1B区少子（电子）C区→icn2C区少子（空穴）B区→icp注意：ICB0：反向饱合电流不受VBE控制T↑→ICB0↑所以ic=icn1+ICB0iB=iB1+iB2-ICB0,iB2=iEP经CB结ICB0=icn2+icp漂移漂移漂移(3)集电极对载流子的收集EBECRCbRbce●●●●iEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp返回ECEBEBECRCbRbce●●●●载流子的传输过程小结：将NPNBJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端即：VBEVT,发射结正偏→易于E区多子扩散VCB＞0，集中结反偏→易于B区少子漂移bceiEiBiCiEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniCiEiBien=icn1+ib1iE=ien+iEP≈ienICBO=icn2+icpiEiEiEiEiCiCiCiCiBiBiBiBiC=ICBO+icn1;iB=ib1+iEP-ICBOicn2icp127345返回2.共基电流分配关系：CB电流放大倍数：定义α=icn1/iE（一般性的定义）CB直流电流放大倍数:=(IC-ICBO)/IE≈IC/IE（忽略ICBO）CB输出端交流短路电流增益：EcdidivCB=常数≈＝0.991所以ic=iE+ICB0(反映iE对ic的控制作用)EBECRCbRbce●●●●iEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp127345返回共基电流分配关系小结：iE=iC+iB(1)iC=iE+ICBO(2)iB=iB1+iB2-ICBO(3)由(1)、（2）、（3）iB1+iB2=(1-)iE(4)iE=1i1IiBCBOB(5)EBECRCbRbce●●●●iEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○○○○○ieniCiEiBiEiEiCiCiBiBicn2icp127345返回iB=iE-iCiE=(1+)iBiC=iB3.共发射极BJT电流分配关系小结：iB=iE-iCiE=(1+)iB+ICEOiC=iB+ICEO实际应用中ICEO很小（1）共发射极电流放大倍数：CE直流电流增益:1IIBcCE交流电流增益:1didiCEvBC常量（2）共发射极电流分配关系：ICEO=ICBO/(1-α)=（1+）ICBO≈ICBOBJT的穿透电流127345返回1.4.2BJT的静态特性曲线BJT各极电压与电流的关系曲线输出特性曲线：ic=f(iB,uCE)输入特性曲线:iB=f(uBE,uCE)iB=iB2iB=iB3饱和区击穿区截止区临界饱和线uCEiCU（BR）CEOiB=-ICBOiB=iB1iB=iB4iB=iB5ib(μA)uBEU（BR）EBOICBO＋ICEOUCE=0UCE=1UCE=10127345返回ic=f(iB,uCE)iB=-ICBO饱合区：集电结正偏，发射结正偏放大区：集电结反偏，发射结正偏1共射BJT的输出特性曲线：当iB为某一常数时，可相应地测出一条输出特性曲线。ic=f(uCE)|iB=常数。故NPN、BJT的输出特性曲线为一簇曲线。截至区：集电结和发射结都反偏。饱和区U（BR）CEO击穿区截止区临界饱和线uCEiCiB=iB5击穿区：uCEU（BR）CEOiB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1返回EC1共射BJT的输出特性曲线：(1)截至区：iE=0,iB=-ICBO,ic=ICBO晶体管呈现高阻抗状态，失去放大能力(2)击穿区：EB结正偏，CB结反偏但UCE↑↑→ic↑↑→雪崩击穿一般U（BR）CBO＞U（BR）CEOICBOiB=-ICBOU（BR）CEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1返回BJT进入饱合区后，失去放大作用iB对ic无控制作用，即iciB+ICEO,一般iBIc/饱合电压：UCES(sat)很小，随Ics变化一般：Si:UCES=0.4～0.6VGe:UCES=0.1～0.3V1共射BJT的输出特性曲线：(3)饱合区：临界饱合线：uCB＝0uCE＝uBE时输出特性曲线对应点的连线。当uCE＜uEB时，（即uCB＜0时，集电结正偏，发射结正偏对应的区域为饱合区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i:外电路偏置条件：发射结适当正偏，集电结反偏:uCE＞uBE1共射BJT的输出特性曲线：（4）放大区：ii:输出特性曲线平行等距：iB对iC有控制作用iii:曲线平坦，uCE变化引起的ic变化很小，即输出电阻很大，相当于一个恒流源，输出特性曲线有倾斜的原因是基区宽度调制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2、共射BJT的输入特性曲线以VCE为参变量的输入特性曲线：iB=f(uBE,uCE)iB=f(uBE)|uCE=常数BJT的输入特性曲线为一组曲线ib(μA)uBEU（BR）EBOICBO＋ICEOUCE=0UCE=1UCE=10返回2、共射BJT的输入特性曲线（1）正向特性：与二极管正向特性相似uCE↑→曲线右移→当uCE≥1V后输入特性曲线基本重合，可以用一条代表右移的原因是由于基区宽度调制效应(Early)Early效应解释:BCCEiiu，复合集电极吸收能力基极有效宽度集电结宽度其中：UA成为：earl电压iB(μA)uBEUCE=0UCE=1UCE=10·UAiCuCEduCEdiC127345返回2、共射BJT的输入特性曲线（2）反向特性：EB结反偏，CB结反偏IB＝－（ICBO＋ICEO）（3）击穿特性：当发射结上的反向偏压uBE＜－BUBEO时发射结击穿，一般为齐纳击穿。即：|uBE|BUBEOICEOBUEBOib(μA)uBEUCE=0UCE=1UCE=10ICBO＋ICEO127345返回三Ebers-Mollequation)1Uu(expI)1Uu(expIi)1Uu(expI)1Vu(expIiTBCsTBEFsETBCRsTBEsc其中：IS为晶体管的饱合电流，αR共基极反向电流传输系数，αF为共基极正向电流传输系数修正Ebarsmolleqnation：ic=)Uu1(UuexpIACETBEs127345返回1.4.3BJT的主要参数1电流增益（电流放大倍数）CE直流电流增益1CB直流电流增益CE输出交流短路电流增益1CB输出交流短路电流增益α一般：α=0.99β=99127345返回ECECICBO1.4.3BJT的主要参数C－B反向饱合电流ICBO2极间反向电流IB＝－ICBOIC＝ICBOC－E漏电流或穿透电流ICEO＝（1+β）ICBOICEO127345返回1.4.3BJT的主要参数3极限参数1)集电极最大允许电流ICMICM：指β下降到额定值的2／3时，允许的最大集电极电流2)集电极最大允许功耗PM一般:ICUCE＜PM3）反向击穿电压：BUCEO＞EC+余量BUCBO＞BUCEO4)特征频率fTβ下降到1时所对应的频率fT与结电容CD、CT有关1fTβfiB=-ICBOU（BR）CEO击穿区截止区uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1127345返回ECEBusiBuBE当加入uS后，在静态偏置上叠加交流信号：iB=IB+ib；uBE=UBE+ubeiC=Ic+ic；uCE=UCE+uce从晶体管的输入特性曲线上可以看出，当静态工作点选择的较合适，且us较小时，输入特性曲线在工作电压范围内可视为直线。即BJT可以用一个线性电路（网络）来代替