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沈拙言 / notebooks

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沈拙言 authored 2020-11-19 22:31 . 于11-19 22:31:37上传

BJT

结构及类型

  1. 构成方式

  2. 结构:三个区域,三个电极

    发射区:多子浓度高

    基区:多字浓度低,且很薄

    集电区:面积大

电流放大作用

  1. 放大

    放大的外部条件 $$ \begin{cases} u_{BE}>U_{on}(发射结正偏)\ u_{CB}≥0,即u_{CE}≥u_{BE}(集电结反偏) \end{cases} $$ image-20201115130218656

    $V_{BB}$: 保证发射结正向偏置

    $R_b$: 限制基极电流

    $V_{CC}$: 保证集电结反向偏置

    $R_c$: 将集电极电流的变化转换成电压的变化

  2. 载流子的运动:

    扩散运动形成发射极电流$I_E$,复合运动形成基极电流$I_B$,漂移运动形成集电极电流$I_C$,$I_E=I_C+I_B$。

    $I_C=\overline{\beta}I_B+(1+\overline{\beta})I_{CBO}=\overline{\beta}I_B+I_{CEO}$

    $\overline{\beta}$为直流电流放大系数,$I_{CEO}$是穿透电流,很小可以忽略

  3. BJT的共射输入特性

    (1). 输入特性

    $i_B=f(u_{BE})|{u{CE}=常数}$

    当$u_{CE}=0V$时,集电结正偏,无收集载流子能力,$I_B$相对较大。

    当$u_{CE}≥1V$时,$u_{CB}=u_{CE}-u_{BE}>0$,集电结已进入反偏状态,收集载流子能力增强,基区复合减少,同样的$u_{BE}$下$I_B$减小,特性曲线右移

    (2). 输出特性

    $i_C=f(u_{CE})|_{i_B=常数}$

  4. 内部载流子的运动

    1. 发射结正偏:发射区的自由电子向基区扩散,同时基区里的多子(空穴)向发射区扩散 $I_{EP}+I_{EN}$
    2. 基区——>扩散,复合,产生
  5. 共射放大系数

    状态 $\u_{BE}$ $i_C$ $u_{CE}$
    截止 $≤U_{on}$ $I_{CEO}≈0$ $≈V_{CC}$
    放大 $>U_{on}$ $=βi_{B}$ $≥u_{BE}$
    饱和 $>U_{on}$ $<\beta i_B$ $<u_{BE}$
    1. $\overline{\beta}=\frac{I_{CN}}{I_{BN}}=\frac{I_c-I_{CBO}}{I_B+I_{CBO}}\approx\frac{I_C}{I_B}$

      $\beta=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

    2. $I_{CEO}$ 集电极与发射极间的反向饱和电流

    3. $I_{CBO}$ 集电极与基极间的反向饱和电流

    4. 共基 $\overline{\alpha}≈\frac{I_C}{I_E}=\frac{\overline{\beta}}{1+\overline{\beta}}$

    5. 饱和是一种发射有余而收集不足的情况

    6. 温度对晶体管特性影响:

      $T(C)↑$——>$I_{CEO}↑$

      ​ ——> $\beta↑$

      ​ ——> $u_{BE}$不变时,$i_B$↑

      ​ 即,$i_B$不变时,$u_{BE}↓$

    7. 饱和失真->底部失真

      截止失真->顶部失真(只有NPN且共射才会发生)

      要想不失真,就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区

  6. 极限参数

    $I_{CM}$集电极最大允许电流

    $P_{CM}$集电极最大允许功率损耗

    反向击穿电压:

    ​ $U_{(BR)CBO}$发射极开路时的集电结反向击穿电压

    ​ $U_{(BR)EBO}$ 集电极开路时发射结的反向击穿电压

    ​ $U_{(BR)CEO}$基极开路时集电极和发射极间的击穿电压

    ​ 电压大小$U_{(BR)CBO}>U_{(BR)CEO}>U_{(BR)EBO}$

信号放大实现

​ 直流通路中的电压电流称为静态工作点(Q点)

1605425759482

$I_{BQ}=\frac{V_{BB}-V_{BEQ}}{R_b},$

$I_{CQ}=\beta I_{BQ},$

$V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c$

一般硅管$V_{BEQ}=0.7V$, 锗管$V_{BEQ}=0.2V$, $\beta$已知

静态工作点

设置静态工作点的必要性:当$V_{BB}$去掉时,信号会失真(正弦信号会被截掉下面)

基本共射放大电路,输入和输出反相

直接耦合放大电路

image-20201115224023166

静态时,$U_{BEQ}=U_{R_{b1}}$

动态时,$V_{CC}$和$u_1$同时作用于晶体管的输入回路。动态信号驮载在静态之中。

阻容耦合放大电路

image-20201115225725696

静态时,$U_{C1}=U_{BEQ}, U_{C2}=U_{CEQ}$

动态时,$u_{BE}=u_{i}+U_{BEQ}$,信号驮载在静态之上

​ $u_{CE}=U_{CEQ}+u_{ce}, u_o=u_{ce}$,负载上只有交流信号

放大电路的直流通路和交流通路

  1. 直流通路:

    (1). 令$U_S=0$,保留$R_S$

    (2). 电容开路

    (3). 电感相当于短路(线圈电阻近似为0)

  2. 交流通路:

    (1) 大容量电容相当于短路

    (2) 直流电源相当于短路(内阻为0)

    image-20201115235107335

放大电路的分析放大

  1. 图解法

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  2. 放大电路的等效模型

    (1). 分析静态工作点:$u_I$=0时,仅有直流电源的作用——直流等效模型

    (2). 分析电压放大倍数、输入电阻、输出电阻:即在静态的基础上加低频小信号——交流等效模型

    (3). 分析电路的高频特性:即考虑结电容的影响,在静态的基础上加高频小信号——高频等效模型

    建立晶体管直流等效模型,求解Q点

BJT的H参数及小信号模型

H参数的引出

$v_{be}=h_{ie}i_b+h_{re}v_{ce}$

$i_c=h_{fe}i_b+h_{oe}v_{ce}$

其中,$h_{ie}=\frac{αv_{be}}{α_{iB}}|{V{CEQ}}=r_{be}$是输出端交流短路($u_{ce}=0,u_{CE}=V_{CEQ}$)

$h_{fe}=\frac{\alpha i_c}{\alpha i_B}|{V{CEQ}}=\beta$ 是输出端交流短路时的正向电流传输比,或电流放大系数

$h_{re}=\frac{\alpha u_{be}}{\alpha u_{cCE}}|{I{BQ}}$ 是输入端交流开路($i_b=0,i_B=I_{BQ}$)时的反向电压传输比

$h_{oe}=\frac{\alpha i_C}{\alpha u_{CE}}|{I{BQ}}$ 是输入端交流开路时的输出电导,单位为西(S), 也可用$\frac{1}{r_{ce}}$表示,($r_{ce}$是小信号作用下,c-e极间的动态电阻,成为共射极连接时BJT的输出电阻)

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