三极管电路的基本分析方法[清风课堂].ppt

2.3　　半导体三极管的半导体三极管的　　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　半导体半导体半导体半导体三极管三极管1青苗学班引　言引　言基本思想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一、分析三极管电路的基本思想和方法第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管三极三极管电管电路的路的基本基本分析分析方法方法直流分析（静直流分析（静态分析）态分析）确定电路的直确定电路的直流工作点（静流工作点（静态工作点）态工作点）分析方法：分析方法：1、画直流通路、画直流通路2、图解分析法或工程、图解分析法或工程 近似分析法近似分析法交流分析（动交流分析（动态分析）态分析）确定电路交、确定电路交、直流工作情况直流工作情况分析方法：分析方法：1、画交流通路、画交流通路2、大信号时：图解分、大信号时：图解分 析法析法 小信号时：等效电小信号时：等效电 路法路法2青苗学班画交流通路原则：画交流通路原则：1. 固定不变的电压源都视为短路；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；固定不变的电流源都视为开路；3. 视电容对交流信号短路视电容对交流信号短路画直流通路原则：画直流通路原则：1. 固定不变的电压源保留不变；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；固定不变的电流源保留不变；3. 视电容对直流信号开路视电容对直流信号开路3青苗学班基本方法基本方法图解法：图解法：　　　　在在输输入入、、输输出出特特性性图图上上画画交交、、直直流流负负载载线线，，求求静态工作点静态工作点““Q””，分析动态波形及失真等。

分析动态波形及失真等解析法：解析法：根据发射结导通压降估算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用小信号等效电路法分析计算电路动态参数第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管4青苗学班二、电量的符号表示规则二、电量的符号表示规则AAA大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；；A小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化( (瞬时值瞬时值) )大写大写表示直流量或总电量表示直流量或总电量( (总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值) )；；小写小写表示交流分量表示交流分量总瞬时值总瞬时值直流量直流量交流瞬时值交流瞬时值交流有效值交流有效值直流量往往在下标中加注直流量往往在下标中加注 QA — 主要符号；主要符号； A — 下标符号下标符号tuOuBE = UBE + ube第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管5青苗学班2.3.1 直流分析直流分析一、图解分析法一、图解分析法+–RBRC+uCE–+ uBE   +–VCCVBB3 V5 ViBiC输入直流负载线方程：输入直流负载线方程：uCE = VCC   iC RCuBE = VBB   iBRB输出直流负载线方程：输出直流负载线方程：输入回路图解输入回路图解QuBE/ViB/ A静态工作点静态工作点VBBVBB/RB115 k UBEQIBQ0.720输出回路图解输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1 k Q23UCEQICQOiB = 20  A第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电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。

路中各直流电流、电压量的方法令令iB＝＝0，则，则uBE=VBB，得到，得到A点点A令令uBE＝＝0，则，则iB＝＝VBB/RB=26uA,得到得到B点点B连接连接A、、B为直线，与输入特性曲为直线，与输入特性曲线的交点线的交点Q为静态工作点由为静态工作点由Q点点横纵坐标确定横纵坐标确定UBEQ＝＝0.7V，，IBQ＝＝20uA令令iC＝＝0，则，则uCE=VCC=5V，得到，得到M点点M令令uCE＝＝0，则，则iC＝＝VCC/RC=5mA,得到得到N点点连接连接M、、N为直线，与为直线，与iB＝＝20uA的的曲线交点曲线交点Q为静态工作点由为静态工作点由Q点点横纵坐标确定横纵坐标确定UCEQ＝＝3V，，ICQ＝＝2mAN6青苗学班二、工程近似分析法二、工程近似分析法+–RBRC+uCE–+ uBE   +–VCCVBB3 V5 ViBiC115 k 1 k   = 100第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管 要么已知，要么由输出要么已知，要么由输出特性曲线求得特性曲线求得7青苗学班三、电路参数对静态工作点的影响三、电路参数对静态工作点的影响1. 改变改变 RB，其他参数不变，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBR B   iB  Q 趋近截止区；趋近截止区；R B   iB  Q 趋近饱和区。

趋近饱和区2. 改变改变 RC ，其他参数不变，其他参数不变RC  Q 趋近饱和区趋近饱和区iCuBEiBuCEVCCUCEQICQVCCRC第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管8青苗学班iC   0iC = VCC /RC例例 2.3.1 设设 RB = 38 k ，，求求 VBB = 0 V、、3 V 时的时的 iC、、uCE–RBRC+uCE–+ uBE   +–VCCVBB3V5ViBiC1 k [ [解解] ]uCE/ViC/mAiB= 010  A20  A30  A40  A50  A60  A41O235当当VBB= 0 V：：iB   0，，iC   0，，5 VuCE   5 V当当VBB = 3 V：：0.3uCE   0.3 V   0，，iC   5 mA三极管的开关等效电路三极管的开关等效电路截止截止状态状态SBCEVCC+ RCRBiB   0uCE   5ViB饱和饱和状态状态uCE   0判断是否饱和判断是否饱和临界饱和电流临界饱和电流 ICS和和IBS ：：iB > IBS，，则三极管则三极管饱和。

饱和第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管9青苗学班例例 2.3.2 耗耗尽尽型型 N 沟沟道道 MOS 管管，，RG = 1 M ，，RS = 2 k ，，RD= 12 k  ，，VDD = 20 VIDSS = 4 mA，，UGS( (off) ) = – 4 V，，求求 iD 和和 uO iG = 0 uGS =   iDRSiD1= 4 mAiD2= 1 mAuGS = – 8 V < UGS( (off) )无效值无效值 uGS = – 2 V uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V) uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 6 (V)在放大区在放大区RDGDSRGRSiD+uO–+VDD–第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管有效值有效值10青苗学班IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQ2.3.2 交流分析交流分析第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管一、动态工作波形及交流通路一、动态工作波形及交流通路接通直流电源接通直流电源VCC和和VBB后的工作情况后的工作情况IBQICQUCEQ接通输入电压接通输入电压ui 后的工作情况后的工作情况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11青苗学班uiC1C2uo+–RBRC +–VCCVBB uiRBRC 三极管的交流通路三极管的交流通路交流电流的流交流电流的流通路径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交流通路的交流通路的习惯画法习惯画法12青苗学班二、动态图解分析法二、动态图解分析法线性线性非线性非线性线性线性输入回路输入回路( (A 左左) )( (B 右右) )输出回路输出回路( (B 左左) )( (A 右右) )+–RBRC+uCE–+uBE  +–VCCVBBiBiCiBiC+uBE  +uCE–AB第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管13青苗学班例例 2.3.3 硅管，硅管，ui = 10 sin  t (mV)，，RB = 176 k ，， RC = 1 k ，，VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值图解分析各电压、电流值[ [解解] ] 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQuBE/ViB/ AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA41O23iB=10  A20304050505Q6直流负载线直流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuceRL + – iBiCRBVCCVBBRCC1ui+ – + – +uCE +uBE – 第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管Π/4Π/2Π3/4Π14青苗学班当当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin  t ib = Ibmsin  t ic = Icmsin  t uce = –Ucem sin  t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin  tiC = ICQ + Icmsin  tuCE = UCEQ – Ucem sin  t = UCEQ +Ucem sin (180° –  t)uBE/ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA4123iB=10  A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管15青苗学班基本共发射极基本共发射极电路的波形：电路的波形： + – iBiCRBVCCVBBRCC1ui+ – + – +uCE +uBE – IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ基本放大电路的放大作用基本放大电路的放大作用第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管16青苗学班放大电路的放大电路的非线性失真非线性失真问题问题　　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　　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。

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””过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真失真为截止失真PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真失真为截止失真不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ > Ibm OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce交流负载线交流负载线非线性失真非线性失真第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管17青苗学班2. ““Q””过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管：　　　　底部底部失真为饱和失真失真为饱和失真PNP 管：管：　　顶部　　顶部失真为饱和失真失真为饱和失真IBS — 基极临界饱和电流基极临界饱和电流不接负载时，交、直流负载线重合，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：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm   IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV  CC第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管18青苗学班饱和失真的本质：饱和失真的本质：负载开路时：负载开路时：接负载时：接负载时：受受 RC 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 VCC/RC 。

受受 R L 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 V  CC/R L C1+ RCRB+VCCC2RL+uo ++iBiCVui( (R L= RC // RL) )第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管19青苗学班选择工作点的原则：选择工作点的原则：　　　　当当 ui 较较小小时时，，为为减减少少功功耗耗和和噪噪声声，，““Q”” 可可设设得低一些；得低一些；为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，““Q””可以设得高一些；可以设得高一些；　　　　为为获获得得最最大大输输出出，，“Q” 可可设设在在交交流流负负载载线线中中点第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管20青苗学班二、小信号等效分析法二、小信号等效分析法( (微变等效电路法微变等效电路法) )1. 晶体三极管电路小信号等效电路分析法晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路三极管电路可当成双口可当成双口网络来分析网络来分析( (1) ) 晶体三极管晶体三极管 H ( (Hybrid) )参数小信号模型参数小信号模型从输入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rberbe — Hie从输出端口看进去为一个从输出端口看进去为一个受受 ib 控制的电流源控制的电流源 ic =   ib ，，  — Hfe+uce–+ube– ibicCBErbe Eibic  ib+ube +uce BCrbb  — 三极管基区体电阻三极管基区体电阻第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管 当输入交流信号很小时，可将静态工作点当输入交流信号很小时，可将静态工作点Q附近一段曲线当作附近一段曲线当作直线，因此，当直线，因此，当uCE为常数时，输入电压的变化量为常数时，输入电压的变化量ΔΔu uBEBE（即交流量（即交流量u ubebe）与输入电流的变化量）与输入电流的变化量ΔiB（即交流量（即交流量ib）之比是一个常数，可）之比是一个常数，可用符号用符号rbe表示。

表示 rbe称为三极管输出端交流短路时的输入电阻，常称为三极管输出端交流短路时的输入电阻，常用用Hie表示三极管三极管CE之间可用输出电流为之间可用输出电流为  ib 的电流源表示  是三极管输是三极管输出端交流短路时的电流放大系数，常用出端交流短路时的电流放大系数，常用Hfe表示`21青苗学班( (2) ) 晶体三极管电路交流分析晶体三极管电路交流分析步骤：步骤：①① 分析直流电路，求出分析直流电路，求出““Q””，计算，计算 rbe②② 画电路的交流通路画电路的交流通路 ③③ 在交流通路上把三极管画成在交流通路上把三极管画成 H 参数模型参数模型④④ 分析计算叠加在分析计算叠加在““Q””点上的各极交流量点上的各极交流量微变等效电路的画法微变等效电路的画法第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管22青苗学班例例 2.3.4   = 100，，uS = 10sin  t (mV)，求，求叠加在叠加在““Q”” 点上的各交流量点上的各交流量uo + – iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ – + – RS+uCE +uBE – 12 V12 V510470 k 2.7 k 3.6 k [ [解解] ]令令 ui = 0(即即uS为为0)，求静态电流，求静态电流 IBQ①① 求求““Q””，计算，计算 rbeICQ =   IBQ = 2.4 mAUCEQ = 12   2.4   2.7 = 5.5 (V)第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管23青苗学班②② 交流通路交流通路+uo + – iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+ – + – RS+uCE +uBE – ubeuce③③ 小信号等效小信号等效+uo + – RBRLRSrbe Eibic  ibBCusRC+ube ④④ 分析各极交流量分析各极交流量⑤⑤ 分析各极总电量分析各极总电量uBE = (0.7 + 0.0072sin t )ViB = (24 + 5.5sin t)  AiC = ( 2.4 + 0.55sin t ) mAuCE = ( 5.5 – 0.85sin t ) V第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管24青苗学班2. 场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管电路小信号等效电路分析法小信号模型小信号模型rgs Sidgmugs+ugs +uds GD从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻 rgs( ( ) )。

从输出端口看入为受从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源控制的电流源id = gmugs第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管25青苗学班例例 2.3.4 gm= 0.65 mA/V，，ui = 20sin t (mV)，求交流输出，求交流输出 uo RDGDSRGRSiD+uO–+VDD–ui+  VGG10 k 4 k 交流通路交流通路+ RDGDSRGRSid+uO–ui小信号等效电路小信号等效电路 +ui  RSRDSidgmugs+ugs +uo GDRGui = ugs+ gmugsRSugs= ui / (1 + gmRS)uo =－－iDRD＝＝ – gmugsRD= – 36sin  t (mV)第第 2 章　章　半导体半导体半导体半导体三极管三极管= ugs(1+ gmRS)= – gmui RD / (1 + gmRS)26青苗学班。