三極管電路的基本分析方法課件

2.3

半導(dǎo)體三極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章半導(dǎo)體三極管1最新版整理ppt引言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待，利用疊加定理，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第2章半導(dǎo)體三極管三極管電路的基本分析方法直流分析（靜態(tài)分析）確定電路的直流工作點（靜態(tài)工作點）分析方法：1、畫直流通路2、圖解分析法或工程近似分析法交流分析（動態(tài)分析）確定電路交、直流工作情況分析方法：1、畫交流通路2、大信號時：圖解分析法小信號時：等效電路法2最新版整理ppt畫交流通路原則：1.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路；3.視電容對交流信號短路畫直流通路原則：1.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；3.視電容對直流信號開路3最新版整理ppt基本方法圖解法：在輸入、輸出特性圖上畫交、直流負載線，求靜態(tài)工作點“Q”，分析動態(tài)波形及失真等。解析法：根據(jù)發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降估算“Q”。用小信號等效電路法分析計算電路動態(tài)參數(shù)。第2章半導(dǎo)體三極管4最新版整理ppt二、電量的符號表示規(guī)則AAA大寫表示電量與時間無關(guān)(直流、平均值、有效值)；A小寫表示電量隨時間變化(瞬時值)。大寫表示直流量或總電量(總最大值，總瞬時值)；小寫表示交流分量?？偹矔r值直流量交流瞬時值交流有效值直流量往往在下標中加注QA—主要符號；

A—下標符號。tuOuBE=UBE

+ube第2章半導(dǎo)體三極管5最新版整理ppt2.3.1直流分析一、圖解分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC輸入直流負載線方程：uCE=VCC

iC

RCuBE=VBB

iBRB輸出直流負載線方程：輸入回路圖解QuBE/ViB/

A靜態(tài)工作點VBBVBB/RB115k

UBEQIBQ0.720輸出回路圖解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1k

Q23UCEQICQOiB=20

A第2章半導(dǎo)體三極管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。令iB＝0，則uBE=VBB，得到A點A令uBE＝0，則iB＝VBB/RB=26uA,得到B點B連接A、B為直線，與輸入特性曲線的交點Q為靜態(tài)工作點。由Q點橫縱坐標確定UBEQ＝0.7V，IBQ＝20uA令iC＝0，則uCE=VCC=5V，得到M點M令uCE＝0，則iC＝VCC/RC=5mA,得到N點連接M、N為直線，與iB＝20uA的曲線交點Q為靜態(tài)工作點。由Q點橫縱坐標確定UCEQ＝3V，ICQ＝2mAN6最新版整理ppt二、工程近似分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC115k

1k

=100第2章半導(dǎo)體三極管

要么已知，要么由輸出特性曲線求得。7最新版整理ppt三、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1.改變RB，其他參數(shù)不變uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

iB

Q趨近截止區(qū)；RB

iB

Q趨近飽和區(qū)。2.改變RC，其他參數(shù)不變RC

Q

趨近飽和區(qū)。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC第2章半導(dǎo)體三極管8最新版整理pptiC

0iC=VCC/RC例2.3.1設(shè)RB

=

38

k

，求VBB=0

V、3

V時的iC、uCE。+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC1

k

[解]uCE/ViC/mAiB=010

A20

A30

A40

A50

A60

A41O235當(dāng)VBB=0V：iB

0，iC

0，5VuCE

5V當(dāng)VBB=3V：0.3uCE

0.3

V0，iC5mA三極管的開關(guān)等效電路截止狀態(tài)SBCEVCC+

RCRBiB

0uCE

5ViB飽和狀態(tài)uCE0判斷是否飽和臨界飽和電流

ICS和IBS

：iB>IBS，則三極管飽和。第2章半導(dǎo)體三極管9最新版整理ppt例2.3.2

耗盡型

N

溝道

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)無效值

uGS=–2V

uDS=VDD–iD(RS+RD)=20–14=6(V)

uO=VDD–iD

RD=20–14=6(V)在放大區(qū)RDGDSRGRSiD+uO–+VDD–第2章半導(dǎo)體三極管有效值10最新版整理pptIBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQ2.3.2交流分析第2章半導(dǎo)體三極管一、動態(tài)工作波形及交流通路接通直流電源VCC和VBB后的工作情況IBQICQUCEQ接通輸入電壓ui后的工作情況uiC1C2uo令ui＝Uimsinωt，則+–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輸入ui后，三極管各極電壓、電流均隨ui在直流值UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ的基礎(chǔ)上變化。uo于ui的相位相反。三極管必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點（UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ

），而且Uim不能太大。11最新版整理pptuiC1C2uo+–RBRC

+–VCCVBB

uiRBRC

三極管的交流通路交流電流的流通路徑對交流信號短路iiibic對交流信號短路內(nèi)阻小，對交流信號短路內(nèi)阻小，對交流信號短路iiibic交流通路的習(xí)慣畫法12最新版整理ppt二、動態(tài)圖解分析法線性非線性線性輸入回路(A左)(B右)輸出回路(B左)(A右)+–RBRC+uCE–+uBE

+–VCCVBBiBiCiBiC+uBE

+uCE–AB第2章半導(dǎo)體三極管13最新版整理ppt例2.3.3

硅管，ui

=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，圖解分析各電壓、電流值。[解]令ui=0，求靜態(tài)電流IBQuBE/ViB/

AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流負載線)uCE/ViC/mA41O23iB=10

A20304050505Q6直流負載線Q

Q

6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceRL+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

第2章半導(dǎo)體三極管Π/4Π/2Π3/4Π14最新版整理ppt當(dāng)ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQiC=ICQuCE=UCEQ當(dāng)ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ+IbmsintiC=

ICQ+IcmsintuCE=

UCEQ–

Ucemsin

t=

UCEQ+Ucemsin

(180°–

t)uBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流負載線)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流負載線Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO第2章半導(dǎo)體三極管15最新版整理ppt基本共發(fā)射極電路的波形：+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ基本放大電路的放大作用第2章半導(dǎo)體三極管16最新版整理ppt放大電路的非線性失真問題因工作點不合適或者信號太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，從而引起非線性失真。1.“Q”過低引起截止失真NPN管：頂部失真為截止失真。PNP管：底部失真為截止失真。不發(fā)生截止失真的條件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流負載線非線性失真第2章半導(dǎo)體三極管17最新版整理ppt2.“Q”過高引起飽和失真ICS集電極臨界飽和電流NPN管：

底部失真為飽和失真。PNP管：頂部失真為飽和失真。IBS—基極臨界飽和電流。不接負載時，交、直流負載線重合，V

CC=VCC不發(fā)生飽和失真的條件：IBQ+Ibm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC第2章半導(dǎo)體三極管18最新版整理ppt飽和失真的本質(zhì)：負載開路時：接負載時：受RC的限制，iB增大，iC不可能超過VCC/RC。受R

L的限制，iB增大，iC不可能超過V

CC/R

L。C1+

RCRB+VCCC2RL+uo

++iBiCVui(R

L=RC//RL)第2章半導(dǎo)體三極管19最新版整理ppt選擇工作點的原則：當(dāng)ui較小時，為減少功耗和噪聲，“Q”

可設(shè)得低一些；為提高電壓放大倍數(shù)，“Q”可以設(shè)得高一些；為獲得最大輸出，“Q”可設(shè)在交流負載線中點。第2章半導(dǎo)體三極管20最新版整理ppt二、小信號等效分析法(微變等效電路法)1.晶體三極管電路小信號等效電路分析法三極管電路可當(dāng)成雙口網(wǎng)絡(luò)來分析(1)

晶體三極管H(Hybrid)參數(shù)小信號模型從輸入端口看進去，相當(dāng)于電阻rberbe

—Hie從輸出端口看進去為一個受

ib

控制的電流源

ic

=

ib，

—Hfe+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ib+ube

+uce

BCrbb

—三極管基區(qū)體電阻第2章半導(dǎo)體三極管

當(dāng)輸入交流信號很小時，可將靜態(tài)工作點Q附近一段曲線當(dāng)作直線，因此，當(dāng)uCE為常數(shù)時，輸入電壓的變化量ΔuBE（即交流量ube）與輸入電流的變化量ΔiB（即交流量ib）之比是一個常數(shù)，可用符號rbe表示。rbe稱為三極管輸出端交流短路時的輸入電阻，常用Hie表示。三極管CE之間可用輸出電流為ib

的電流源表示。是三極管輸出端交流短路時的電流放大系數(shù)，常用Hfe表示。`21最新版整理ppt(2)

晶體三極管電路交流分析步驟：①

分析直流電路，求出“Q”，計算rbe。②

畫電路的交流通路。③

在交流通路上把三極管畫成H參數(shù)模型。④

分析計算疊加在“Q”點上的各極交流量。微變等效電路的畫法第2章半導(dǎo)體三極管22最新版整理ppt例2.3.4

=100，uS

=10sint(mV)，求疊加在“Q”

點上的各交流量。+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

12V12V510470k

2.7k

3.6k

[解]令ui=0(即uS為0)，求靜態(tài)電流IBQ①求“Q”，計算rbeICQ=

IBQ=2.4mAUCEQ=12

2.4

2.7=5.5(V)第2章半導(dǎo)體三極管23最新版整理ppt②交流通路+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

ubeuce③小信號等效+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCus