BJT结构的小信号导纳--论文.docx

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1、目录1引言32BJT基础知识32.1BJT的类型32.2内部结构32.3基本工作原理42.4交流参数43BJT结构的小信号响应53.1H参数等效模型53.2混合π模型64实验仿真84.1H参数等效模型实验仿真84.2混合π模型实验仿真105结论12参考文献12BJT结构的小信号导纳摘要:本文首先介绍了一些初步的BJT知识，包括基本概念、BJT的类型、内部结构、基本工作原理以及小信号导纳涉及到的相关参数。然后对BJT结构进行分析，推导出BJT交流小信号响应的H参数等效模型和混合π模型。最后通过仿真软件mul

2、tisim对小信号响应模型进行仿真。1引言BJT是双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor—BJT）的缩写，又常称为双载子晶体管。它是通过一定的工艺将两个PN结结合在一起的器件，有PNP和NPN两种组合结构。本文主要针对NPN型进行实验分析。2BJT基础知识2.1BJT的类型无论在分立元件的电子电路中，还是在集成电路中，BJT都有极为广泛的应用。BJT按结构可以分为NPN型和PNP型；按工作频率可以分为高频管和中低频管；按功耗可以分为大功率管和中小功率管，其外形如图1-1所示。2

3、.2内部结构不论是那种类型的BJT，都有三个工作区域：发射区、基区、集电区每个区对外引出一个电极：发射极（Emitter）、基极（Base）、集电极（Collector）有两个PN结：发射区与基区之间的称为发射结（Je）、基区与集电区之间为集电结（Jc）。2.3基本工作原理BJT的工作状态与两个PN结上外加的偏置电压有很大关系。晶体管在电路中工作时，它的两个PN结上的偏置电压，可以有四种不同的组合：即发射结和集电结反偏，使管子处于截止状态；发射结正偏、集电结反偏，使管子处于放大状态；发射结正偏、集电结正偏

4、，使管子处于饱和状态；发射结反偏、集电结正偏，使管子处于倒置状态。工作状态截止状态：发射结反偏，集电结反偏放大状态：发射结正偏，集电结反偏饱和状态：发射结正偏，集电结正偏倒置状态：发射结反偏，集电结正偏在模拟电路中，BJT主要工作在放大状态；在脉冲电路中，BJT主要工作在饱和与截止状态，在某些特殊情况下（如门电路的输入级）也可处于倒置工作状态。本文主要研究BJT工作在放大状态的情况。放大电路中，在保证发射结正偏、集电结反偏的情况下，BJT有三种不同的接法（或称为组态）。即：共射极接法（CE）、共基极接法（

5、CB）和共集电极接法（CC）。其中以共射极接法使用最为广泛。本文主要以发射极接法为例进行实验分析。2.4交流参数共射交流电流放大系数β≈ΔICΔIB

6、UCE＝常数 实际上，直流放大系数和交流放大系数是不同的，直流放大系数表征直流量的电流放大能力，交流放大系数反映交流量的电流放大能力。由于BJT的输出特性曲线实际上是不均匀的，也就是说直流放大系数值并不是一个固定不变的常数。交流放大系数是两个变化量之比，其值的大小与工作点密切相关。特征频率fT三极管的?值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有一定的函数关系，记

7、作?。由于结电容的影响，随着信号频率的增加，不仅? ̇的数值会下降，而且会产生相移。当

8、?

9、=1时所对应的频率称为特征频率。可见，超过该频率使用BJT就没有电流放大作用了。3BJT结构的小信号响应BJT为非线性器件，为了简化分析计算，在分析其不同工作状态时，可以用不同的线性电路模型来表征其特性。在一定条件下，将非线性电路看成线性电路后，可以利用叠加原理进行分析。单独分析其直流工作状态时，用直流模型；仅对输入信号及其响应进行分析时，用交流模型。交流模型又有两种：当输入信号为低频小信号时，有H参数等效模型；当

10、输入高频小信号时，有混合π模型。并且两种交流模型在低频信号下具有一致性。本文主要介绍BJT结构的H参数等效模型和混合π模型。3.1H参数等效模型对于低频模型可以不考虑BJT结电容的影响；小信号（或微变信号）意味着三极管在近似线性条件下工作。三极管的h参数等效模型可以从网络方程导出。三极管的输入和输出特性方程如下：uBE=f1iB,uCEiC=f2iB,uCE当晶体管在小信号下工作时，考虑静态工作点附近电压和电流之间的微变关系，将以上两式用全微分形式表达，则有：duBE=∂uBE∂iB

11、UCE=常数diB+

12、∂uBE∂uCE

13、IB=常数duCE=h11diB+h12duCEdiC=∂iC∂iB

14、UCE=常数diB+∂iC∂uCE

15、IB=常数duCE=h21diB+h22duCE将电压和电流的增量用正弦相量表示，由此可以画出三极管的低频小信号模型如图1所示。其中h参数定义、物理意义如表1所示。图1三极管的低频小信号模型参数定义物理意义h11∂uBE∂iB

16、UCE=常数输入电阻rbeh12∂uBE∂uCE

17、IB=常数内部电压反馈系数μ