第十二章BJT动态响应模型

第十二章BJT动态响应模型12.1小信号等效电路1.普遍的四端模型2.混合模型12.2瞬态（开关）响应1.定性研究2.定量分析3.实际的瞬态过程作业12.3,12.212.1小信号等效电路•1普遍的四端模型BJT的低频小信号等效电路四端网络模型直流工作点：输入（IB，VBE）；输出（IC，VCE）IB=IB(VBE,VCE);IC=IC(VBE,VCE)交流小信号：ib，vbe，ic，vce则此时的输入和输出电流分别为•在直流工作点附近把方程12.2按照泰勒级数展开，只保留一阶项cebeccebebggiggi22211211cebeccebebggiggi22211211可看成基极和集电极终端的电流节点方程，电流ib,ic由两个成分组成，g11vbe和g22vce是通过电导性连接而流过端口的电流，g12vce和g21vbe分别由对面端口的电压控制，相当于一个电流源。与小信号等效电路相一致。2.混合模型在小信号分析中，混合等效电路是最常用的模型。容易建立直流工作点变量与模型参数间的联系。•电路中具有电导和电阻的“混合”，且电路成分按形排列，所以称为混合模型pn结二极管的小信号等效电路三极管混合等效电路包含寄生串联电阻的高频混合等效电路低频混合等效电路（本征晶体管）简化的混合等效电路•包含串联电阻的BJT等效电路等效电流源gmbe，它反映了三极管的电流放大作用，即E-B结之间有微弱的电压变化时，它对集电极的作用就相当于一个电流源gmbe的存在。gm称为跨导或互导，它定义为它反映了三极管的放大能力。R是输入电阻，r0是输出电阻，r是反馈电阻ECVEBCmVIg•在放大模式偏置下，pnpBJT的E-M关系式可简化为忽略基区宽度调制效应，F，IF0为与偏压无关的常数121211122201221111grggrggrgggm基区宽度调制效应不能忽略或更精确的电路分析时12.2瞬态响应•12.1定性研究（1）Vcc提供C-E极之间的直流偏压，开关转换是靠输入端的脉冲跳动来完成的。（2）当s0，BJT截止状态，IC=ICEO,负载RL上的电压降很小，晶体管处于“断开”状态，工作点位于负载线的底部，工作在截止区。•（3）当s0，所加偏压能使发射结和集电结都处于正偏，BJT工作在饱和模式下，晶体管相当于“闭合”的开关。IcVCC/R.晶体管的工作点就是负载线与输出特性曲线的交点“on”,如果IB足够大，则“on”点落在饱和区。•晶体管的开关过程就是晶体管的工作点在输入信号的驱动下沿负载线交替地在“on”和“off”之间转变的过程。通过控制基极输入脉冲信号使晶体管导通和截止，就是晶体管的开关作用。一只良好的开关晶体管必须有很低的饱和压降VCES和很小的截止电流ICEO。输入电压随时间变化的输入电流随时间变化的输出电流准中性基区中少子的近似分布t=0前t=0后饱和状态少子抽取Ib为正，流出基极开启过程：少子的积累：t=0,s从-Vs跳到Vs,基极电流iB=Vs/Rs，少子在基区积累，ic不断增加，少子饱和；达到EB=EC或CB=0，ic仅轻微的增加并最终达到饱和值。BJT“开启”关断过程存贮电荷移走：s从Vs跳到-Vs,在饱和偏置所积累的存贮电荷从准中性基区移走,ic近似保持为常数，直到BJT变成放大模式偏置电荷的耗尽：一旦处于放大模式偏置，iC就开始下降，最终少子全部耗尽，BJT处于截止偏置的“关断”12.2定量分析瞬态开启过程常数BBssBIRVi基区少子的电荷控制关系式微分方程的通解为00）（BQ初始条件)1()BtBBBBeItQ（结论t0开启前处于截止状态。)1()BtBBBBeItQ（tr可理解为BJT处于放大模式偏置的时间,ttr时变为饱和模式放大模式和饱和模式转变点的存贮电荷数值开启关断瞬态关断特性BBBonBoffBtBBBBBBBBBBBSsBIQQAeItQQIdtdQIRVib)()0()(常数基区少子的电荷控制关系式微分方程的通解为初始条件结论tCConrBoffsdBsdBBBssBsItQtQttIiVi)()(,,,10,00对应于，对应于在饱和和放大模式转变点t=tsd12.3实际的瞬态过程晶体管从关态变成开态，或从开态变成关态，必须完成内部载流子分布的调整才能达到定态。晶体管的开关状态总是落后于驱动信号，因此通常用开关时间常数表征晶体管对脉冲信号的瞬态响应。（1）延迟时间td:从输入脉冲驱动信号开始至集电极电流上升到0.1ICC所需要的时间。（2）上升时间tr:在输入脉冲信号驱动下，集电极电流从0.1ICC上升到0.9ICC所需要的时间（3）存贮延迟时间tsd:从输入驱动脉冲负跳变到0开始到集电极电流下降为0.9ICC所需要的时间。（4）下降时间tf:在撤消输入脉冲信号后，集电极电流从0.9ICC下降到0.1ICC所需要的时间。