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1、目录1 引言引言 .32 BJT 基础知识基础知识.32.1 BJT 的类型的类型.32.2 内部结构内部结构 .32.3 基本工作原理基本工作原理.42.4 交流参数交流参数 .43 BJT 结构的小信号响应结构的小信号响应.53.1 H 参数等效模型参数等效模型.53.2 混合混合 模型模型.64 实验仿真实验仿真.84.1 H 参数等效模型实验仿真参数等效模型实验仿真.84.2 混合混合 模型实验仿真模型实验仿真.105 结论结论.12参考文献参考文献.12BJTBJT 结构的小信号导纳结构的小信号导纳摘要摘要: 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
2、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 模型。最后 通过仿真软件 multisim 对小信号响应模型进行仿真。1 引言引言BJT 是双极结型晶体管（Bipolar Junction TransistorBJT）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。2 BJT 基础知识基础知识2.1 BJT 的类型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
3、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。2.2 内部结构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
4、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，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。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（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
5、接法为例进行实验分析。2.4 交流参数交流参数共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数实际上，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。特征频率特征频率f fT T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|=1 时所对应 的频率称为特征频率。可见，超过该频率使用 B
6、JT 就没有电流放大作用了。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，集电结正偏工作状态 |常数 3 BJT 结构的小信号响应结构的小信号响应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；当输入高频小信 号时
7、，有混合 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 模型。3.1 H 参数等效模型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：= 1(,)= 2(,)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：=| = 常数+|= 常数= 11+ 12=|= 常数+|= 常数= 21+ 22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
8、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11| = 常数输入电阻12|= 常数内部电压反馈系数 21|= 常数电流放大系数 22|= 常数输出电导 1/表 1 h 参数定义及物理意义需要指出，h 参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数，只适合对交流小信号的分析。 h 参数与工作点有关，在放大区基本不变。实际上，在实验分析过程中多采用简化的三极管 h 参数模型，如图 2 所示。图中忽略了以 下两个数值：a是内部电压反馈系数，其数值很小，可以忽略。12b=1/，与受控电流源并联，因其等效阻值很大，分流极小，可作开
9、路处理。22图 2 简化的三极管 h 参数模型主要参数主要参数从双极型三极管的 h 参数简化模型可知，反映了三极管具有流控流源的特性。故= 和 的正方向关联，与晶体管是 NPN 型还是 PNP 型无关。另外，h 参数与静态工作点有关，其中三极管输入电阻可由下式估算：= + + (1 + )= +式中：为基区体电阻，对于小功率 BJT 可取 300。 3.2 混合混合 模型模型BJT 包含两个 PN 结，在低频和中频情况下，PN 结极间电容很小而容抗很大，与其结电阻相比可以忽略极间电容的作用；而在高频情况下，BJT 极间电容的容抗变小，与其结电阻相比， 极间电容的影响就不能被忽略了。另外 值随频率升高而降低，其影响也不容忽视。下面从 BJT 的物理结构出发，抽象出高频小信号模型（即混合 模型） ，用于高频信号作 用下的放大电路分析。由于 BJT 的混合 模型与 h 参数低频小信号模型在低频信号作用下具 有一致性，因此可用 h 参数等效模型来计算混合 模型的某些参数。BJT 的结构示意图及其混合
