三極管電路的基本分析方法

1、半導(dǎo)體三極管的半導(dǎo)體三極管的基本分析方法基本分析方法引引 言言2.3.2 交流分析交流分析2.3.1 直流分析直流分析第第 2 章章三極管三極管引言引言基本思想基本思想三極管非線性電路經(jīng)適當(dāng)近似后可按線性電路對(duì)待，利用疊三極管非線性電路經(jīng)適當(dāng)近似后可按線性電路對(duì)待，利用疊加定理，分別分析電路中的交、直流成分。加定理，分別分析電路中的交、直流成分。一、分析三極管電路的基本思想和方法一、分析三極管電路的基本思想和方法第第 2 章章三極管三極管三極三極管電管電路的路的基本基本分析分析方法方法直流分析（靜直流分析（靜態(tài)分析）態(tài)分析）確定電路的直確定電路的直流工作點(diǎn)（靜流工作點(diǎn)（靜態(tài)工作點(diǎn)）態(tài)工作點(diǎn)）分

2、析方法：分析方法：1、畫(huà)直流通路、畫(huà)直流通路2、圖解分析法或工程、圖解分析法或工程 近似分析法近似分析法交流分析（動(dòng)交流分析（動(dòng)態(tài)分析）態(tài)分析）確定電路交、確定電路交、直流工作情況直流工作情況分析方法：分析方法：1、畫(huà)交流通路、畫(huà)交流通路2、大信號(hào)時(shí)：圖解分、大信號(hào)時(shí)：圖解分 析法析法 小信號(hào)時(shí)：等效電小信號(hào)時(shí)：等效電 路法路法畫(huà)交流通路原則：畫(huà)交流通路原則：1. 固定不變的電壓源都視為短路；固定不變的電壓源都視為短路；2. 固定不變的電流源都視為開(kāi)路；固定不變的電流源都視為開(kāi)路；3. 視電容對(duì)交流信號(hào)短路視電容對(duì)交流信號(hào)短路0j/1 C 畫(huà)直流通路原則：畫(huà)直流通路原則：1. 固定不變的電壓源

3、保留不變；固定不變的電壓源保留不變；2. 固定不變的電流源保留不變；固定不變的電流源保留不變；3. 視電容對(duì)直流信號(hào)開(kāi)路視電容對(duì)直流信號(hào)開(kāi)路基本方法基本方法圖解法：圖解法：在輸入、輸出特性圖上畫(huà)交、直流負(fù)載線，在輸入、輸出特性圖上畫(huà)交、直流負(fù)載線，求靜態(tài)工作點(diǎn)求靜態(tài)工作點(diǎn)“Q”，分析動(dòng)態(tài)波形及失真等。，分析動(dòng)態(tài)波形及失真等。解析法：解析法：根據(jù)發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降估算根據(jù)發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降估算“Q”。用小信號(hào)等效電路法分析計(jì)算電路動(dòng)態(tài)參數(shù)。用小信號(hào)等效電路法分析計(jì)算電路動(dòng)態(tài)參數(shù)。第第 2 章章三極管三極管二、電量的符號(hào)表示規(guī)則二、電量的符號(hào)表示規(guī)則AAA大寫(xiě)大寫(xiě)表示電量與時(shí)間無(wú)關(guān)表示電量與時(shí)間無(wú)關(guān)( (

4、直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小寫(xiě)小寫(xiě)表示電量隨時(shí)間變化表示電量隨時(shí)間變化( (瞬時(shí)值瞬時(shí)值) )。大寫(xiě)大寫(xiě)表示直流量或總電量表示直流量或總電量( (總最大值，總瞬時(shí)值總最大值，總瞬時(shí)值) )；小寫(xiě)小寫(xiě)表示交流分量。表示交流分量?？偹矔r(shí)值總瞬時(shí)值直流量直流量交流瞬時(shí)值交流瞬時(shí)值beU交流有效值交流有效值直流量往往在下標(biāo)中加注直流量往往在下標(biāo)中加注 QA 主要符號(hào)；主要符號(hào)； A 下標(biāo)符號(hào)。下標(biāo)符號(hào)。tuOBEuBEUbeubeUuBE = UBE + ube第第 2 章章三極管三極管2.3.1 直流分析直流分析一、圖解分析法一、圖解分析法+RBRC+uCE+ uBE +VC

5、CVBB3 V5 ViBiC輸入直流負(fù)載線方程：輸入直流負(fù)載線方程：uCE = VCC iC RCuBE = VBB iBRB輸出直流負(fù)載線方程：輸出直流負(fù)載線方程：輸入回路圖解輸入回路圖解QuBE/ViB/ A靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)VBBVBB/RB115 k UBEQIBQ0.720輸出回路圖解輸出回路圖解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1 k Q23UCEQICQOiB = 20 A第第 2 章章三極管三極管在三極管的特性曲線上用作圖的方法求得在三極管的特性曲線上用作圖的方法求得電路中各直流電流、電壓量的方法。電路中各直流電流、電壓量的方法。令令iB0，則，則uBE=VBB，得到，

6、得到A點(diǎn)點(diǎn)A令令uBE0，則，則iBVBB/RB=26uA,得到得到B點(diǎn)點(diǎn)B連接連接A、B為直線，與輸入特性曲為直線，與輸入特性曲線的交點(diǎn)線的交點(diǎn)Q為靜態(tài)工作點(diǎn)。由為靜態(tài)工作點(diǎn)。由Q點(diǎn)點(diǎn)橫縱坐標(biāo)確定橫縱坐標(biāo)確定UBEQ0.7V，IBQ20uA令令iC0，則，則uCE=VCC=5V，得到，得到M點(diǎn)點(diǎn)M令令uCE0，則，則iCVCC/RC=5mA,得到得到N點(diǎn)點(diǎn)連接連接M、N為直線，與為直線，與iB20uA的的曲線交點(diǎn)曲線交點(diǎn)Q為靜態(tài)工作點(diǎn)。由為靜態(tài)工作點(diǎn)。由Q點(diǎn)點(diǎn)橫縱坐標(biāo)確定橫縱坐標(biāo)確定UCEQ3V，ICQ2mAN二、工程近似分析法二、工程近似分析法+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB3

7、 V5 ViBiC115 k 1 k = 100BBE(on)BBBQRUVI BQCQ II CCQCCCEQRIVU )mA(02. 01157 . 03 )mA(202. 0100 )V(3125 第第 2 章章三極管三極管 要么已知，要么由輸出要么已知，要么由輸出特性曲線求得。特性曲線求得。三、電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響三、電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1. 改變改變 RB，其他參數(shù)不變，其他參數(shù)不變uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR B iB Q 趨近截止區(qū)；趨近截止區(qū)；R B iB Q 趨近飽和區(qū)。趨近飽和區(qū)。2. 改變改變 RC ，其他參數(shù)不變，其他參數(shù)不變RC Q 趨

8、近飽和區(qū)。趨近飽和區(qū)。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC第第 2 章章三極管三極管iC 0iC = VCC /RC例例 2.3.1 設(shè)設(shè) RB = 38 k ，求求 VBB = 0 V、3 V 時(shí)的時(shí)的 iC、uCE。+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB3V5ViBiC1 k 解解 uCE/ViC/mAiB= 010 A20 A30 A40 A50 A60 A41O235當(dāng)當(dāng)VBB= 0 V： iB 0，iC 0，5 VuCE 5 V當(dāng)當(dāng)VBB = 3 V：BBE(on)BBBRUVi mA 0.06 0.3uCE 0.3 V 0，iC 5 mA三極管的開(kāi)關(guān)等效電路

9、三極管的開(kāi)關(guān)等效電路截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)SBCEVCC+ RCRBiB 0uCE 5ViB飽和飽和狀態(tài)狀態(tài)uCE 0判斷是否飽和判斷是否飽和臨界飽和電流臨界飽和電流 ICS和和IBS ：CCCCCE(sat)CCCSRVRUVI CCCCSBSRVII iB IBS，則三極管則三極管飽和。飽和。第第 2 章章三極管三極管例例 2.3.2 耗盡型耗盡型 N 溝道溝道 MOS 管，管，RG = 1 M ，RS = 2 k ，RD= 12 k ，VDD = 20 V。IDSS = 4 mA，UGS( (off) ) = 4 V，求，求 iD 和和 uO 。2GS(off)GSDSSD)1(UuIi iG

10、 = 0 uGS = iDRS2DD)421(4 ii045D2D iiiD1= 4 mAiD2= 1 mAuGS = 8 V Ibm 。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流負(fù)載線交流負(fù)載線非線性失真非線性失真第第 2 章章三極管三極管2. “Q”過(guò)高引起飽和失真過(guò)高引起飽和失真ICS集電極臨界集電極臨界飽和電流飽和電流NPN 管：管：底部底部失真為飽和失真。失真為飽和失真。PNP 管：管：頂部頂部失真為飽和失真。失真為飽和失真。L(SAT)CECCCSBSRUVII IBS 基極臨界飽和電流。基極臨界飽和電流。不接負(fù)載時(shí)，交、直流

11、負(fù)載線重合，不接負(fù)載時(shí)，交、直流負(fù)載線重合，V CC= VCC不發(fā)生飽和失真的條件：不發(fā)生飽和失真的條件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC第第 2 章章三極管三極管飽和失真的本質(zhì)：飽和失真的本質(zhì)：負(fù)載開(kāi)路時(shí)：負(fù)載開(kāi)路時(shí)：接負(fù)載時(shí)：接負(fù)載時(shí)：受受 RC 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超過(guò)不可能超過(guò) VCC/RC 。受受 R L 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超過(guò)不可能超過(guò) V CC/R L 。C1+ RCRB+VCCC2RL+uo +iBiCVui( (R L= RC / RL) )第第 2 章章三極管三極管選擇工作點(diǎn)的原

12、則：選擇工作點(diǎn)的原則：當(dāng)當(dāng) ui 較小時(shí)，為減少功耗和噪聲，較小時(shí)，為減少功耗和噪聲，“Q” 可設(shè)可設(shè)得低一些；得低一些；為提高電壓放大倍數(shù)，為提高電壓放大倍數(shù)，“Q”可以設(shè)得高一些；可以設(shè)得高一些；為獲得最大輸出，為獲得最大輸出，“Q” 可設(shè)在交流負(fù)載線中點(diǎn)?？稍O(shè)在交流負(fù)載線中點(diǎn)。第第 2 章章三極管三極管二、小信號(hào)等效分析法二、小信號(hào)等效分析法( (微變等效電路法微變等效電路法) )1. 晶體三極管電路小信號(hào)等效電路分析法晶體三極管電路小信號(hào)等效電路分析法三極管電路三極管電路可當(dāng)成雙口可當(dāng)成雙口網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)來(lái)分析( (1) ) 晶體三極管晶體三極管 H ( (Hybrid) )參數(shù)小信號(hào)

13、模型參數(shù)小信號(hào)模型C CEb be be uiur從輸入端口看進(jìn)去，相當(dāng)于電阻從輸入端口看進(jìn)去，相當(dāng)于電阻 rberbe HiemAmV26)1(200EQBQbb IIUrT 從輸出端口看進(jìn)去為一個(gè)從輸出端口看進(jìn)去為一個(gè)受受 ib 控制的電流源控制的電流源 ic = ib ， Hfe+uce+ube ibicCBErbe Eibic ib+ube +uce BCrbb 三極管基區(qū)體電阻三極管基區(qū)體電阻第第 2 章章三極管三極管 當(dāng)輸入交流信號(hào)很小時(shí)，可將靜態(tài)工作點(diǎn)當(dāng)輸入交流信號(hào)很小時(shí)，可將靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近一段曲線當(dāng)作附近一段曲線當(dāng)作直線，因此，當(dāng)直線，因此，當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)，輸入電壓的變化量

14、為常數(shù)時(shí)，輸入電壓的變化量u uBEBE（即交流（即交流量量u ubebe）與輸入電流的變化量）與輸入電流的變化量iB（即交流量（即交流量ib）之比是一個(gè)常數(shù)，）之比是一個(gè)常數(shù)，可用符號(hào)可用符號(hào)rbe表示。表示。 rbe稱為三極管輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，稱為三極管輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，常用常用Hie表示。表示。三極管三極管CE之間可用輸出電流為之間可用輸出電流為 ib 的電流源表示。 是三極管輸是三極管輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，常用出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，常用Hfe表示。表示。( (2) ) 晶體三極管電路交流分析晶體三極管電路交流分析步驟：步驟： 分析直流電路，求出分析

15、直流電路，求出“Q”，計(jì)算，計(jì)算 rbe。 畫(huà)電路的交流通路畫(huà)電路的交流通路 。 在交流通路上把三極管畫(huà)成在交流通路上把三極管畫(huà)成 H 參數(shù)模型。參數(shù)模型。 分析計(jì)算疊加在分析計(jì)算疊加在“Q”點(diǎn)上的各極交流量。點(diǎn)上的各極交流量。微變等效電路的畫(huà)法微變等效電路的畫(huà)法第第 2 章章三極管三極管例例 2.3.4 = 100，uS = 10sin t (mV)，求，求疊加在疊加在“Q” 點(diǎn)上的各交流量。點(diǎn)上的各交流量。+uo + iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE +uBE 12 V12 V510470 k 2.7 k 3.6 k 解解 令令 ui = 0(即即uS為為0

16、)，求靜態(tài)電流，求靜態(tài)電流 IBQ 求求“Q”，計(jì)算，計(jì)算 rbemA)( 024. 04707 . 012BQKIEQbe 26)1(200Ir ICQ = IBQ = 2.4 mAUCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V)( 2831024. 026200 第第 2 章章三極管三極管 交流通路交流通路+uo + iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ + RS+uCE +uBE ubeuce 小信號(hào)等效小信號(hào)等效+uo + RBRLRSrbe Eibic ibBCusRC+ube 分析各極交流量分析各極交流量be BSbe BSbe /)/(rRRrRuu )A( si

17、n5 . 5be be b trui )mA( sin55. 0 b ctii oceuu (V) sin85. 0)/(LCctRRi 分析各極總電量分析各極總電量uBE = (0.7 + 0.0072sin t )ViB = (24 + 5.5sin t) AiC = ( 2.4 + 0.55sin t ) mAuCE = ( 5.5 0.85sin t ) V)mV( sin2 . 7t 第第 2 章章三極管三極管2. 場(chǎng)效應(yīng)管電路小信號(hào)等效電路分析法場(chǎng)效應(yīng)管電路小信號(hào)等效電路分析法小信號(hào)模型小信號(hào)模型rgs Sidgmugs+ugs +uds GD從輸入端口看入，相當(dāng)于電阻從輸入端口看入，相當(dāng)于電阻 rgs( ( ) )。從輸出端口看入為受從輸出端口看入為受 ugs 控制的電流源控制的電流源。id = gmugs第第 2 章章三極管三極管例例 2.3