三极管基本应用及其分析方法

1、2.2.1 三极管直流电路的分析三极管直流电路的分析2.2.2 三极管放大电路及其分析方法三极管放大电路及其分析方法2.2.3 三极管开关电路三极管开关电路概述概述三极管基本应用三极管基本应用根据放大特性构成根据放大特性构成放大电路放大电路根据饱和区、截止区所具有的根据饱和区、截止区所具有的开关特性构成开关特性构成开关电路开关电路。根据恒流特性构成根据恒流特性构成电流源电路电流源电路分析方法分析方法图解法图解法模型分析法模型分析法或工程近似分析法或工程近似分析法三极管直流电路主要作用：确定三极管直流电路主要作用：确定Q点或构成电流源电路。点或构成电流源电路。分析方法：主要采用工程近似分析法，也

2、可用图解法。分析方法：主要采用工程近似分析法，也可用图解法。例例2.2.1 图示为某硅三极管的直流电路和图示为某硅三极管的直流电路和输出特性曲线输出特性曲线，试试求该直流电路中的求该直流电路中的基极电流、集电极电流、发射结电压和集基极电流、集电极电流、发射结电压和集-射极电压（通常分别用射极电压（通常分别用IBQ 、ICQ 、UBEQ 、UCEQ表示）。表示）。2.2.1 三极管直流电路的分析三极管直流电路的分析例例2.2.1解：解：（1 1）用工程近似分析法求解）用工程近似分析法求解 UBEQ0.7V 放大区内放大区内iB每每增大增大10A时，时，iC约增大约增大1mA，故可得，故可得 =1

3、mA /10A =100 设三极管处于放大状态，则设三极管处于放大状态，则 可见三极管确实工作于放大状态，其基极电流、集电极电流、发可见三极管确实工作于放大状态，其基极电流、集电极电流、发射结电压和集射结电压和集-射极电压分别为射极电压分别为 IBQ=30A ICQ=3mA UBEQ 0.7V UCEQ=3V A30mA03. 0mA1787 . 06BBEQBBBQ RUVIQQ1000.033CBIImAmA3mAmA QQ63 130.3CECCCCUVIRVV （）V3V0.3V例题：例题： P81 2.4(a)、(b)作业：作业： P81 2.4（b）（）（c）（）（e） 例例2.2

4、.1解解 续：续： （2）用图解分析法求解）用图解分析法求解 首先由首先由UBEQ0.7V ，估算得，估算得 IBQ30A由于由于VCC6V，RC1k，令，令iC0，则，则uCEVCC6V，可得横轴截点，可得横轴截点（6V，0）；令）；令uCE =0，得，得 iC=VCC /RC =6V/1k = 6mA, 可得纵轴截可得纵轴截点（点（0，6mA）。连接点）。连接点M、N ，便得直流负载线，便得直流负载线MN。 根据根据输出回路直流负载方程输出回路直流负载方程 ，作输出直流负载线，作输出直流负载线MNCCCCCERiVu 例例2.2.1解解 续：续： （2）用图解分析法求解）用图解分析法求解

5、首先由首先由UBEQ0.7V ，估算得，估算得 IBQ30A直流负载线与直流负载线与 IBQ=30A对应的输出曲线相交于对应的输出曲线相交于Q点，由点，由Q点坐标可读得点坐标可读得 ICQ3mA UCEQ3V根据根据输出回路直流负载方程输出回路直流负载方程 ，作输出直流负载线，作输出直流负载线MNCCCCCERiVu 作业：作业：P81 2.6 2.2.2 三极管放大电路及其分析方法三极管放大电路及其分析方法放大电路主要作用：不失真地放大小信号。放大电路主要作用：不失真地放大小信号。 分析方法：主要采用小信号模型分析法，也可用图解法分析方法：主要采用小信号模型分析法，也可用图解法 为便于分析，

6、通常对符号有约定，以发射结电压和基极为便于分析，通常对符号有约定，以发射结电压和基极电流为例：电流为例： 静态量为静态量为 UBE 、IB（或（或UBEQ 、IBQ） 动态量的瞬时量为动态量的瞬时量为 ube、ib 动态量的有效值为动态量的有效值为 Ube、Ib 动态量的幅值为动态量的幅值为 Ubem、Ibm 正弦波信号的相量为正弦波信号的相量为 、 总量（等于静态量加动态量）为总量（等于静态量加动态量）为 uBE、iB beUbI2.2.2 单管共射放大电路的工作原理分析单管共射放大电路的工作原理分析iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2+ui+uo+iCiEUBEuBEtOIBiBtO

7、ICiCtOUCEuCEtOUBEIB？ uce = iCRC C或或 uo = uce = iCRCuBE = UBE+ ui ICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOSiniUumi 又又 uCE = VCC iC RC 即即 VCC iC RC = UCE+ uce 由于直流分量由于直流分量UCE 及及VCC被被C2隔断隔断uo与与ui反相反相iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2+ui+uo+iCiEiB=IB+ibiC=IC+icuCE = UCE+ uce一、图解分析法一、图解分析法例例2.2.2 图（图（a）为三极管放大电路，）为三极管放大电路，u i

8、=10 sin t（mV）。电）。电容容C1、C2 对交流信号呈现的容抗近似为零。三极管输入、输出特对交流信号呈现的容抗近似为零。三极管输入、输出特性曲线如图（性曲线如图（b）所示，试用图解法求三极管的输入电流）所示，试用图解法求三极管的输入电流iB、输、输入电压入电压uBE、输出电流、输出电流iC、输出电压、输出电压uCE和放大电路的电压放大倍和放大电路的电压放大倍数数Au=uo/ ui 。例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流图解确定）画直流通路，直流图解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V 例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流

9、图解确定）画直流通路，直流图解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V （2）交流图解求三极管的动态电流、电压）交流图解求三极管的动态电流、电压（3）求三极管瞬时电流、电压）求三极管瞬时电流、电压uBEUBEQu iUBEQU im sin t (0.70.01sin t) V iBIBQi bIBQI bm sin t （3010 sin t）A iCICQi cICQI cm sin t （3sin t）mA uCEUCEQuceUCEQ - U cem sin t ( 3 - sin t) V （4） 求求 Au=uo/ ui uouce ( sin t)

10、 V 例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流图解确定）画直流通路，直流图解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V （2）交流图解求三极管的动态电流、电压）交流图解求三极管的动态电流、电压（3）求三极管瞬时电流、电压）求三极管瞬时电流、电压uBEUBEQu iUBEQU im sin t (0.70.01sin t) V iBIBQi bIBQI bm sin t （3010 sin t）A iCICQi cICQI cm sin t （3sin t）mA uCEUCEQuceUCEQ U cem sin t ( sin t) V （4） 求求 Au

11、=uo/ ui 可见该电路实现了交流电压放大作用可见该电路实现了交流电压放大作用 负号表明输出电压与输入电压相位相反负号表明输出电压与输入电压相位相反100)mV( sin10)V( sinio ttuuAu uouce ( sin t) V 讨论：讨论：CE放大电路工作波形有何特点？放大电路工作波形有何特点？n ib、ic与与ube 同相，同相， uce与与它们它们反相反相n 信号很小，管子能始终线性工作信号很小，管子能始终线性工作 因此电流得到不失真放大因此电流得到不失真放大 电压得到不失真放大电压得到不失真放大n 电流、电压的大小随信号电流、电压的大小随信号的变的变 化而化而变化，但其极

12、性变化，但其极性始终不始终不 变，极性变，极性由静态量决定由静态量决定。截止区截止区iC C/mAuCE/VOtiC C/mAOQQ2Q1饱和区饱和区ICVCEtOuCE/V饱和失真饱和失真截止失真截止失真Q点位于交流负点位于交流负载线的中点处载线的中点处非线性非线性失真现象：失真现象：Q点过低点过低引起截止失真引起截止失真Q点过高点过高引起饱和失真引起饱和失真信号太大信号太大引起饱和、截止失真引起饱和、截止失真讨论：为实现不失真放大，应注意什么？讨论：为实现不失真放大，应注意什么？应提高应提高Q点点应降低应降低Q点点应减小信号应减小信号措施：措施：可见：为实现不失真放大，应保证可见：为实现不

13、失真放大，应保证Q点合适，信号在动态范围内变化点合适，信号在动态范围内变化* 例例 用示波器观测用示波器观测到图（到图（a）所示电路的）所示电路的uo 波形如图（波形如图（b）所示，）所示，试问这是何种失真？如何调节试问这是何种失真？如何调节 RB 的移动触点才能消除之的移动触点才能消除之？答：截止失真答：截止失真 触点触点下移下移(RB减小，减小，IB增大，增大，Q点上升）点上升） 作业：作业： P82 2.9 图解法图解法的优缺点的优缺点 小信号模型分析法思路：小信号模型分析法思路： 当信号足够小时，三极管线性工作，因此可用一个具有当信号足够小时，三极管线性工作，因此可用一个具有 相同伏安

14、特性的线性电路来等效，使相同伏安特性的线性电路来等效，使本来很复杂的非线本来很复杂的非线 性电路的分析简化为线性电路的分析。性电路的分析简化为线性电路的分析。 工程分析中，通常工程分析中，通常先用估算法进行静态分析，先用估算法进行静态分析， 再用小信号模型分析法进行动态分析。再用小信号模型分析法进行动态分析。二、二、 三极管的小信号模型三极管的小信号模型 （微变等效电路）分析法（微变等效电路）分析法二、二、 三极管的小信号模型三极管的小信号模型 （微变等效电路）分析法（微变等效电路）分析法简简化化1. 三极管的小信号模型（又称三极管的小信号模型（又称H 参数简化小信号模型）参数简化小信号模型）

15、称为三极管的共发射极输入电阻，称为三极管的共发射极输入电阻，为动态电阻为动态电阻 CEQCECEQCEbbeBBEbeUuUuiuiur 称为三极管的共发射极输出电阻，称为三极管的共发射极输出电阻，为动态电阻。很大。为动态电阻。很大。BQBBQBcceCCEceIiIiiuiur 如何获取三极管小信号模型参数？如何获取三极管小信号模型参数？UA称为厄尔利称为厄尔利电压电压 查手册中查手册中h fe(mA)mV)(26)1 (200 )1 (EQEQTbb EQTbb beIIUrIUrr CQAceIUr 讨论讨论对对小信号模型小信号模型应注意应注意: （1）适用条件：放大区、低频、小信号）适

16、用条件：放大区、低频、小信号 （2）参数与）参数与Q点有关；点有关； 等效电阻是动态电阻。等效电阻是动态电阻。 1. 三极管输入回路的等效三极管输入回路的等效n 当当输入信号较小输入信号较小时，在静态工作点附近的输入特性在时，在静态工作点附近的输入特性在小范小范围内围内可近似线性化。可近似线性化。O常数Ubbe常数UBBEbeCECEiuiurn 晶体管的输入电阻晶体管的输入电阻:n 三极管的三极管的B、E两端可等效为一个两端可等效为一个线性电阻线性电阻rbe。)()(26)1(200bemAImVrrrEQebbb 常数iiiiCEQCECEQCEUubcUuBCO+Tuce+ubeibeb

17、ciCib brbe+bcuce+ubeeiCib3. 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路(1) 微变等效电路法的动态分析步骤微变等效电路法的动态分析步骤)()(26)1(200bemAImVrrrEQebbb (2) 单管共射放大电路中的两条通路分析单管共射放大电路中的两条通路分析n 交流输入信号交流输入信号 ui = 0 ；只有直流信号的作用；只有直流信号的作用；n 画直流通路的方法：画直流通路的方法：电容开路；电感短路。电容开路；电感短路。（为什么？）（为什么？）TUCCRBRCC1C2+ui+uo+TUCCRBRC断开断开断开断开BBECCQBRUUIBCCBRVIQ BCI

18、IQ TRBui+uo+RCRL短路短路短路短路对地短路对地短路共射放大电路的交流通路共射放大电路的交流通路bceRBui+uo+RCRLiiib icTRBui+uo+RCRLibTVCCRBRCC1C2+vi+uo+icrbeib bibT1VCC+12VRB300KC1C2+vi+uo+icRC2KRL2KT1RB300KRC2KVCC+12V A37.7RUVIBBECCQBmAIIQ77.3BC 890261200 261200be )mA(I)mV()()mA(I)mV()(rrrCQEQebbbT1RB300KRC2KVCC+12V+uo+ib icRB300KRC2KRL2Ki

19、iuiT1vi+uo+ib icRB300KRC2KRL2Krbeib b例例2.2.3解：解：图示硅三极管放大电路中，图示硅三极管放大电路中，RS为信号源内阻，为信号源内阻，RL为外为外接负载电阻，接负载电阻，C1、C2为隔直耦合电容，为隔直耦合电容，=100，us=10sin t（mV），试求），试求 iB、uBE、iC、uCE 。 （1）画直流通路，估算）画直流通路，估算Q点点UBEQ 0.7VmA024. 0mA4707 . 012BBEQBBQB RUVImA4 .2mA024.0100BQCQ II V5 . 5V)7 . 24 . 212(CEQCCCEQ RIVU例例2.2.3

20、 解续：解续：交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号等效电路）画交流通路和小信号等效电路交流电流流通路径交流电流流通路径例例2.2.3 解续：解续：小信号等效电路小信号等效电路交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号模型等效电路）画交流通路和小信号模型等效电路（3）求）求 rbemA4 . 2CQCQBQEQ IIII kIUrr3 . 14 . 226)1001(200)1(EQTbbbe 例例2.2.3 解续：解续：（4）求动态量）求动态量 ube、ib、ic、ucemV sin2 . 7mV3 . 14703 . 147051. 03 . 14703 . 1470 sin10/sbeB

21、SbeBbetturRRrRu A sin5 . 5A3 . 1sin2 . 7bebebttrui mA sin0.55A sin5 . 5100 bcttii V sin85. 0V 6 . 37 . 26 . 37 . 2sin55. 0)/(LCccettRRiu （5）求总量）求总量 uBE、iB、iC、uCEV ) sin102 . 70.7(3beBEQBEtuUu A )sin5 . 524(bBQBtiIi mA )sin55. 04 . 2(cCQCtiIi V ) sin85. 05 . 5(ceCEQCEtuUu 例例2.2.3 解续：解续：作业：作业： P82 2.7

22、 2.8 饱和时饱和时C、E间等效为开关闭合，间等效为开关闭合， 截止时截止时C、E间等效为开关断开间等效为开关断开 三极管开关电路中输入信号的幅度应足够大，以三极管开关电路中输入信号的幅度应足够大，以保证保证三极管可靠地工作于饱和或截止状态。三极管可靠地工作于饱和或截止状态。2.2.3 三极管开关电路三极管开关电路可靠关断条件：可靠关断条件：发射结反偏或零偏发射结反偏或零偏可靠闭合条件：可靠闭合条件：iB IBS CSI 或者：或者：对对NPN硅管满足硅管满足 UCE 0.3VICSICS 称集电极饱和电流称集电极饱和电流IBS 称基极临界饱和电流称基极临界饱和电流UCES称饱和压降称饱和压

23、降UCESICS由外电路确定。由外电路确定。例如：例如：CCESCCCSRUVI 例例2.2.4三极管开关电路分析举例三极管开关电路分析举例例例2.2.4 图图（a）所示）所示硅三极管电路中，硅三极管电路中，=50 ，输入电压为一，输入电压为一方波，如图方波，如图(b)所示，试画出输出电压波形。所示，试画出输出电压波形。例例2.2.4 解：解：n uI = 0 时，三极管发射结零偏截止，时，三极管发射结零偏截止， IC 0 , 故故uO 5V。 n 当当uI =3.6V时，设三极管饱和，则时，设三极管饱和，则 uO =UCES 0.3V 可见当可见当uI =3.6V时，时，iBIBS，三极管确

24、实可靠饱，三极管确实可靠饱和，因此和，因此uO 0.3V 。uO 波形如图（波形如图（c）所示。）所示。mA7 . 4mA13 . 05CCESCCCS RUVImA094. 0mA507 . 4CSBS II而而实际基极电流实际基极电流 mA145. 0mA207 . 06 . 3B i三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1图示电路中三极管均为硅管，试求各电路的图示电路中三极管均为硅管，试求各电路的 IC、UCE、UO * 三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1解：解： 图（图（a）中，发射结正偏导通，故）中，发射结正偏导通，故UBE 0.7V设三极管工作在放大状态，则设三极

25、管工作在放大状态，则IC IE 1.77mA UO=UC=10V - 1.775.1V=0.97VUCE=UC UE=0.97V ( 0.7V)=1.67V 由于由于UCE0.3V，故上述假设及结论均正确，故上述假设及结论均正确mAmAIE1.7736)(0.70解：解： 图（图（b）中，发射结正偏导通，故）中，发射结正偏导通，故UEB 0.7VUE=2V+0.7V=2.7V设三极管工作在放大状态，则设三极管工作在放大状态，则IE= mA=1.43mA1 . 57 . 210 IC IE =1.43mAUO=UC=(31.43 6)V= 1.71V UCE=UC UE = 1.71V 2.7V= 4.41V 由于该由于该PNP型硅管的型硅管的UCE 0.3V，故上述，故上述假设及结论都是正确的假设及结论都是正确的 *三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1 续续图示电路中三极管均为硅管，试求各电路的图示电路中三极管均为硅管，试求各电路的 IC、UCE、UO 三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习2*三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习2三极管放大电路如图所示，三极管放大电路如图所示，VCC=12V，UBEQ=0.6V，=50，试，试分析：（分析：（1）为使静态参数）为使静态参数 ICQ= 1.5 mA，UCEQ= 6V，则，则RC