三极管电路的基本分析方法课件

2.3

半导体三极管的基本分析方法引言2.3.2交流分析2.3.1直流分析第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法引言基本思想三极管非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法直流分析（静态分析）确定电路的直流工作点（静态工作点）分析方法：1、画直流通路2、图解分析法或工程近似分析法交流分析（动态分析）确定电路交、直流工作情况分析方法：1、画交流通路2、大信号时：图解分析法小信号时：等效电路法三极管电路的基本分析方法画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.视电容对交流信号短路画直流通路原则：1.固定不变的电压源保留不变；2.固定不变的电流源保留不变；3.视电容对直流信号开路三极管电路的基本分析方法基本方法图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。解析法：根据发射结导通压降估算“Q”。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法二、电量的符号表示规则AAA大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；A小写表示电量随时间变化(瞬时值)。大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流瞬时值交流有效值直流量往往在下标中加注QA—主要符号；

A—下标符号。tuOuBE=UBE

+ube第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法2.3.1直流分析一、图解分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC输入直流负载线方程：uCE=VCC

iC

RCuBE=VBB

iBRB输出直流负载线方程：输入回路图解QuBE/ViB/

A静态工作点VBBVBB/RB115k

UBEQIBQ0.720输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1k

Q23UCEQICQOiB=20

A第2章半导体三极管在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量的方法。令iB＝0，则uBE=VBB，得到A点A令uBE＝0，则iB＝VBB/RB=26uA,得到B点B连接A、B为直线，与输入特性曲线的交点Q为静态工作点。由Q点横纵坐标确定UBEQ＝0.7V，IBQ＝20uA令iC＝0，则uCE=VCC=5V，得到M点M令uCE＝0，则iC＝VCC/RC=5mA,得到N点连接M、N为直线，与iB＝20uA的曲线交点Q为静态工作点。由Q点横纵坐标确定UCEQ＝3V，ICQ＝2mAN三极管电路的基本分析方法二、工程近似分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC115k

1k

=100第2章半导体三极管

要么已知，要么由输出特性曲线求得。三极管电路的基本分析方法三、电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

iB

Q趋近截止区；RB

iB

Q趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RC

Q

趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法iC

0iC=VCC/RC例2.3.1设RB

=

38

k

，求VBB=0

V、3

V时的iC、uCE。+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC1

k

[解]uCE/ViC/mAiB=010

A20

A30

A40

A50

A60

A41O235当VBB=0V：iB

0，iC

0，5VuCE

5V当VBB=3V：0.3uCE

0.3

V0，iC5mA三极管的开关等效电路截止状态SBCEVCC+

RCRBiB

0uCE

5ViB饱和状态uCE0判断是否饱和临界饱和电流

ICS和IBS

：iB>IBS，则三极管饱和。第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法例2.3.2

耗尽型

N

沟道

MOS

管，RG=

1

M

，RS

=2

k

，RD=12

k

，VDD=

20

V。IDSS=

4

mA，UGS(off)

=

–4

V，求iD和uO。

iG=0

uGS=iDRSiD1=4mAiD2=1mAuGS=–8V<UGS(off)无效值

uGS=–2V

uDS=VDD–iD(RS+RD)=20–14=6(V)

uO=VDD–iD

RD=20–14=6(V)在放大区RDGDSRGRSiD+uO–+VDD–第2章半导体三极管有效值三极管电路的基本分析方法IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQ2.3.2交流分析第2章半导体三极管一、动态工作波形及交流通路接通直流电源VCC和VBB后的工作情况IBQICQUCEQ接通输入电压ui后的工作情况uiC1C2uo令ui＝Uimsinωt，则+–RBRC

+–VCCVBB

uCEuBE＝UBEQ+ui＝UBEQ＋UimsinωtuBEiB＝IBQ＋ib＝IBQ＋IbmsinωtiC＝βiB

＝ICQ＋ic＝ICQ＋IcmsinωtiBibiCicuCE＝VCC－iCRC＝VCC－（ICQ+ic）RC=UCEQ－icRC＝UCEQ＋uceuce

＝－icRCuo＝uce输入ui后，三极管各极电压、电流均随ui在直流值UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ的基础上变化。uo于ui的相位相反。三极管必须设置合适的静态工作点（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ

），而且Uim不能太大。三极管电路的基本分析方法uiC1C2uo+–RBRC

+–VCCVBB

uiRBRC

三极管的交流通路交流电流的流通路径对交流信号短路iiibic对交流信号短路内阻小，对交流信号短路内阻小，对交流信号短路iiibic交流通路的习惯画法三极管电路的基本分析方法二、动态图解分析法线性非线性线性输入回路(A左)(B右)输出回路(B左)(A右)+–RBRC+uCE–+uBE

+–VCCVBBiBiCiBiC+uBE

+uCE–AB第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法例2.3.3

硅管，ui

=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQuBE/ViB/

AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10

A20304050505Q6直流负载线Q

Q

6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceRL+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

第2章半导体三极管Π/4Π/2Π3/4Π三极管电路的基本分析方法当ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQiC=ICQuCE=UCEQ当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ+IbmsintiC=

ICQ+IcmsintuCE=

UCEQ–

Ucemsin

t=

UCEQ+Ucemsin

(180°–

t)uBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流负载线Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法基本共发射极电路的波形：+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ基本放大电路的放大作用第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线非线性失真第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，V

CC=VCC不发生饱和失真的条件：IBQ+Ibm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受RC的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RC。受R

L的限制，iB增大，iC不可能超过V

CC/R

L。C1+

RCRB+VCCC2RL+uo

++iBiCVui(R

L=RC//RL)第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”

可设得低一些；为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法二、小信号等效分析法(微变等效电路法)1.晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路可当成双口网络来分析(1)

晶体三极管H(Hybrid)参数小信号模型从输入端口看进去，相当于电阻rberbe

—Hie从输出端口看进去为一个受

ib

控制的电流源

ic

=

ib，

—Hfe+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ib+ube

+uce

BCrbb

—三极管基区体电阻第2章半导体三极管

当输入交流信号很小时，可将静态工作点Q附近一段曲线当作直线，因此，当uCE为常数时，输入电压的变化量ΔuBE（即交流量ube）与输入电流的变化量ΔiB（即交流量ib）之比是一个常数，可用符号rbe表示。rbe称为三极管输出端交流短路时的输入电阻，常用Hie表示。三极管CE之间可用输出电流为ib

的电流源表示。是三极管输出端交流短路时的电流放大系数，常用Hfe表示。`三极管电路的基本分析方法(2)

晶体三极管电路交流分析步骤：①

分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②

画电路的交流通路。③

在交流通路上把三极管画成H参数模型。④

分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。微变等效电路的画法第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法例2.3.4

=100，uS

=10sint(mV)，求叠加在“Q”

点上的各交流量。+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

12V12V510470k

2.7k

3.6k

[解]令ui=0(即uS为0)，求静态电流IBQ①求“Q”，计算rbeICQ=

IBQ=2.4mAUCEQ=12

2.4

2.7=5.5(V)第2章半导体三极管三极管电路的基本分析方法②交流通路+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

ubeuce③小信号等效+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ube

④分析