构成方式
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
放大
放大的外部条件
$$
\begin{cases}
u_{BE}>U_{on}(发射结正偏)\
u_{CB}≥0,即u_{CE}≥u_{BE}(集电结反偏)
\end{cases}
$$
$V_{BB}$: 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
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
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
$i_C=f(u_{CE})|_{i_B=常数}$
内部载流子的运动
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 | $>U_{on}$ | $<\beta i_B$ | $<u_{BE}$ |
$\overline{\beta}=\frac{I_{CN}}{I_{BN}}=\frac{I_c-I_{CBO}}{I_B+I_{CBO}}\approx\frac{I_C}{I_B}$
$\beta=\frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$
$I_{CEO}$ 集电极与发射极间的反向饱和电流
$I_{CBO}$ 集电极与基极间的反向饱和电流
共基 $\overline{\alpha}≈\frac{I_C}{I_E}=\frac{\overline{\beta}}{1+\overline{\beta}}$
饱和是一种发射有余而收集不足的情况
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,$u_{BE}↓$
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
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$U_{(BR)CBO}>U_{(BR)CEO}>U_{(BR)EBO}$
直流通路中的电压电流称为静态工作点(Q点)
$I_{BQ}=\frac{V_{BB}-V_{BEQ}}{R_b},$
$I_{CQ}=\beta I_{BQ},$
$V_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c$
一般硅管$V_{BEQ}=0.7V$, 锗管$V_{BEQ}=0.2V$, $\beta$已知
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
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。
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
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)
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)
图解法
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
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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