1、半導體三極管的半導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)適當近似后可按線性電路對待，利用疊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。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（靜流工作點（靜態(tài)工作點）態(tài)工作點）分

2、析方法：分析方法：1、畫直流通路、畫直流通路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（動交流分析（動態(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、畫交流通路、畫交流通路2、大信號時：圖解分、大信號時：圖解分 析法析法 小信號時：等效電小信號時：等效電 路法路法畫交流通路原則：畫交流通路原則：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路；固定不變的電流源都視為開路；3. 視電容對交流信號短路視電容對交流信號短路0j/1 C 畫直流通路原則：畫直流通路原則：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. 視電容對直流信號開路視電容對直流信號開路基本方法基本方法圖解法：圖解法：在輸入、輸出特性圖上畫交、直流負載線，在輸入、輸出特性圖上畫交、直流負載線，求靜態(tài)工作點求靜態(tài)工作點“Q”，分析動態(tài)波形及失真等。，分析動態(tài)波形及失真等。解析法：解析法：根據(jù)發(fā)射結導通壓降估算根據(jù)發(fā)射結導通壓降估算“Q”。用小信號等效電路法分析計算電路動態(tài)參數(shù)。用小信號等效電路法分析計算電路動態(tài)參數(shù)。第第 2 章章三極管三極管二、電量的符號表示規(guī)則二、電量的符號表示規(guī)則AAA大寫大寫表示電量與時間無關表示電量與時間無關( (

4、直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小寫小寫表示電量隨時間變化表示電量隨時間變化( (瞬時值瞬時值) )。大寫大寫表示直流量或總電量表示直流量或總電量( (總最大值，總瞬時值總最大值，總瞬時值) )；小寫小寫表示交流分量。表示交流分量。總瞬時值總瞬時值直流量直流量交流瞬時值交流瞬時值beU交流有效值交流有效值直流量往往在下標中加注直流量往往在下標中加注 QA 主要符號；主要符號； A 下標符號。下標符號。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輸入直流負載線方程：輸入直流負載線方程：uCE = VCC iC RCuBE = VBB iBRB輸出直流負載線方程：輸出直流負載線方程：輸入回路圖解輸入回路圖解QuBE/ViB/ A靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點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點點A令令uBE0，則，則iBVBB/RB=26uA,得到得到B點點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線的交點Q為靜態(tài)工作點。由為靜態(tài)工作點。由Q點點橫縱坐標確定橫縱坐標確定UBEQ0.7V，IBQ20uA令令iC0，則，則uCE=VCC=5V，得到，得到M點點M令令uCE0，則，則iCVCC/RC=5mA,得到得到N點點連接連接M、N為直線，與為直線，與iB20uA的的曲線交點曲線交點Q為靜態(tài)工作點。由為靜態(tài)工作點。由Q點點橫縱坐標確定橫縱坐標確定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)對靜態(tài)工作點的影響三、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響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 設設 RB = 38 k ，求求 VBB = 0 V、3 V 時的時的 iC、uCE。+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB3V5ViBiC1 k 解解 uCE/ViC/mAiB= 010 A20 A30 A40 A50 A60 A41O235當當VBB= 0 V： iB 0，iC 0，5 VuCE 5 V當當VBB = 3 V：BBE(on)BBBRUVi mA 0.06 0.3uCE 0.3 V 0，iC 5 mA三極管的開關等效電路

9、三極管的開關等效電路截止截止狀態(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交流負載線交流負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”過高引起飽和失真過高引起飽和失真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。不接負載時，交、直流

11、負載線重合，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：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：飽和失真的本質：負載開路時：負載開路時：接負載時：接負載時：受受 RC 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超過不可能超過 VCC/RC 。受受 R L 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超過不可能超過 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的原

12、則：選擇工作點的原則：當當 ui 較小時，為減少功耗和噪聲，較小時，為減少功耗和噪聲，“Q” 可設可設得低一些；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”可以設得高一些；可以設得高一些；為獲得最大輸出，為獲得最大輸出，“Q” 可設在交流負載線中點。可設在交流負載線中點。第第 2 章章三極管三極管二、小信號等效分析法二、小信號等效分析法( (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等效電路分析法晶體三極管電路小信號等效電路分析法三極管電路三極管電路可當成雙口可當成雙口網(wǎng)絡來分析網(wǎng)絡來分析( (1) ) 晶體三極管晶體三極管 H ( (Hybrid) )參數(shù)小信號

13、模型參數(shù)小信號模型C CEb be be uiur從輸入端口看進去，相當于電阻從輸入端口看進去，相當于電阻 rberbe HiemAmV26)1(200EQBQbb IIUrT 從輸出端口看進去為一個從輸出端口看進去為一個受受 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 當輸入交流信號很小時，可將靜態(tài)工作點當輸入交流信號很小時，可將靜態(tài)工作點Q附近一段曲線當作附近一段曲線當作直線，因此，當直線，因此，當uCE為常數(shù)時，輸入電壓的變化量

14、為常數(shù)時，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）之比是一個常數(shù)，）之比是一個常數(shù)，可用符號可用符號rbe表示。表示。 rbe稱為三極管輸出端交流短路時的輸入電阻，稱為三極管輸出端交流短路時的輸入電阻，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的電流放大系數(shù)，常用出端交流短路時的電流放大系數(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”，計算，計算 rbe。 畫電路的交流通路畫電路的交流通路 。 在交流通路上把三極管畫成在交流通路上把三極管畫成 H 參數(shù)模型。參數(shù)模型。 分析計算疊加在分析計算疊加在“Q”點上的各極交流量。點上的各極交流量。微變等效電路的畫法微變等效電路的畫法第第 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” 點上的各交流量。點上的各交流量。+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”，計算，計算 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 小信號等效小信號等效+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. 場效應管電路小信號等效電路分析法場效應管電路小信號等效電路分析法小信號模型小信號模型rgs Sidgmugs+ugs +uds GD從輸入端口看入，相當于電阻從輸入端口看入，相當于電阻 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