三極管電路的基本分析方法課件

1、,2.3半導體三極管的 基本分析方法,引 言,2.3.2 交流分析,2.3.1 直流分析,第 2 章半導體三極管,1,PPT學習交流,引言,基本思想,三極管非線性電路經(jīng)適當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,PPT學習交流,畫交

2、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,PPT學習交流,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 章半導體三極管,4,PPT學習交流,二、電量的符號表示規(guī)則,AA,A,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)。

3、,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。,總瞬時值,直流量,交流瞬時值,交流有效值,直流量往往在下標中加注 Q,A 主要符號； A 下標符號。,uBE = UBE + ube,第 2 章半導體三極管,5,PPT學習交流,2.3.1 直流分析,一、圖解分析法,輸入直流負載線方程：,uCE = VCC iC RC,uBE = VBB iBRB,輸出直流負載線方程：,輸入回路圖解,Q,靜態(tài)工作點,VBB,VBB/RB,115 k,UBEQ,IBQ,0.7,20,輸出回路圖解,VCC,VCC/RC,O,1 k,2,3,UCEQ,ICQ,O,iB = 20 A,第 2 章半導

4、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iB0，則uBE=VBB，得到A點,A,令uBE0，則iBVBB/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UBEQ0.7V，IBQ20uA,令iC0，則uCE=VCC=5V，得到M點,M,令uCE0，則iCVCC/RC=5mA,得到N點,連接M、N為直線，與iB20uA的曲線交點Q為靜態(tài)工作點。由Q點橫縱坐標確定UCEQ3V，ICQ2mA,N,6,PPT學習交流,二、工程近似分析法, = 100,第 2 章半導體三極管,要么已知，要么由輸出特性曲線求得

5、。,7,PPT學習交流,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,R B iB ,Q 趨近截止區(qū)；,R B 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)。,第 2 章半導體三極管,8,PPT學習交流,iC 0,iC = VCC /RC,例 2.3.1 設(shè) RB = 38 k，求 VBB = 0 V、3 V 時的 iC、uCE。,解,當VBB= 0 V：,iB 0，,iC 0，,5 V,uCE 5 V,當VBB = 3 V：,0.3,uCE 0.3 V 0，,iC 5 mA,三極管的開關(guān)等效電路,截止 狀態(tài),iB 0,uCE 5V,iB,

6、飽和 狀態(tài),uCE 0,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 章半導體三極管,9,PPT學習交流,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 = iDRS,iD1= 4 mA,iD2= 1 mA,uGS = 8 V, UGS(off),無效值,uGS = 2 V,uDS = VDD iD(RS + RD) = 20 14 = 6 (V),uO = VDD iD RD

7、= 20 14 = 6 (V),在放大區(qū),第 2 章半導體三極管,有效值,10,PPT學習交流,IBQ,ICQ,2.3.2 交流分析,第 2 章半導體三極管,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,IBQ,ICQ,UCEQ,接通輸入電壓ui 后的工作情況,ui,C1,C2,uo,令uiUimsint，則,uCE,uBEUBEQ+uiUBEQ Uimsint,uBE,iBIBQibIBQIbmsint,iCiB ICQicICQIcmsint,iB,ib,iC,ic,uCEVCCiCRCVCC（ICQ +ic）RC =UCEQicRCUCEQuce,uce icRC,

8、uouce,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,PPT學習交流,ui,C1,C2,uo,ui,三極管的交流通路,交流電流的流通路徑,對交流信號短路,ii,ib,ic,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,ii,ib,ic,交流通路的習慣畫法,12,PPT學習交流,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),第 2 章半導體

9、三極管,13,PPT學習交流,例 2.3.3,硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k， RC = 1 k， VCC = VBB = 6 V，圖解分析各電壓、電流值。,解,令 ui = 0，求靜態(tài)電流 IBQ,0.7 V,30,Q,ui,IBQ,(交流負載線),6,直流負載線,6,ICQ,Ucem,第 2 章半導體三極管,/4,/2,3/4,14,PPT學習交流,當 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ,當 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem

10、sin t uo = uce,iB = IBQ + Ibmsin t iC = ICQ + Icmsin t uCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t),第 2 章半導體三極管,15,PPT學習交流,基本共發(fā)射極 電路的波形：,IBQ,ICQ,UCEQ,基本放大電路的放大作用,第 2 章半導體三極管,16,PPT學習交流,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

11、。,不發(fā)生截止失真的條件：IBQ Ibm 。,交流負載線,非線性失真,第 2 章半導體三極管,17,PPT學習交流,2. “Q”過高引起飽和失真,ICS,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 + I bm IBS,第 2 章半導體三極管,18,PPT學習交流,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 RL 的限制，iB 增大，iC 不可能超過 V CC/RL 。,(RL= RC

12、/ RL),第 2 章半導體三極管,19,PPT學習交流,選擇工作點的原則：,當 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 章半導體三極管,20,PPT學習交流,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 可當成雙口 網(wǎng)絡來分析,(1) 晶體三極管 H (Hybrid)參數(shù)小信號模型,從輸入端口看進去，相當于電阻 rbe,rbe Hie,從輸出端口看進去為一個受 ib 控制的電流源,ic = ib ，, Hfe,rbb 三極管基區(qū)體

13、電阻,第 2 章半導體三極管,當輸入交流信號很小時，可將靜態(tài)工作點Q附近一段曲線當作直線，因此，當uCE為常數(shù)時，輸入電壓的變化量uBE（即交流量ube）與輸入電流的變化量iB（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,PPT學習交流,(2) 晶體三極管電路交流分析,步驟：, 分析直流電路，求出“Q”，計算 rbe。, 畫電路的交流通路 。, 在交流通路上把三極管畫成 H 參數(shù)模型。, 分析計算疊加在“Q”點

14、上的各極交流量。,微變等效電路的畫法,第 2 章半導體三極管,22,PPT學習交流,例 2.3.4 = 100，uS = 10sin t (mV)，求疊加在“Q” 點上的各交流量。,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解,令 ui = 0(即uS為0)，求靜態(tài)電流 IBQ, 求“Q”，計算 rbe,ICQ = IBQ = 2.4 mA,UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V),第 2 章半導體三極管,23,PPT學習交流, 交流通路,ube,uce, 小信號等效, 分析各極交流量, 分析各極總電量,uBE = (0.7 + 0.0072sint )V,iB = (24 + 5.5sint) A,iC = ( 2.4 + 0.55sint ) mA,uCE = ( 5.5 0.85sint ) V,第 2 章半導體三極管,24,PPT學習交流,2. 場效應管電路小信號等效電路分析法,小信號模型,從輸入端口看入，相當于電阻 rgs()。,從輸出端口看入為受 ugs 控制的電流源。,id = gm