三极管电路的基本分析方法

5 V uCE/V
当VBB = 3 V：
iB VBB U BE(on) RB
0.06 mA
判断是否饱和V 截止 i临界饱和电流 ICC 和I饱和 C = ViC 0C CC /R RCCS BS ： 状态 VCC C CE(sat) VCC U iB + I CS B 0 RC uCE RC uCE 5V 0
RC iB >三极管的开关等效电路 IBS，则三极管饱和。
I BS
RB B I CS
E
S VCC

uCE 0.3 V 0，iC 5 mA
第2章
半导体三极管
例 2.3.2 耗尽型 N 沟道 MOS 管，RG = 1 M，RS = 2 k， RD= 12 k ，VDD = 20 V。IDSS = 4 mA，UGS(off) = – 4 V，求 RD iD 和 uO 。 uGS = iDRS iG = 0 i
U BE
直流量
t
O
直流量往往在下标中加注 Q
U be
交流有效值
第2章
半导体三极管
2.3.1 直流分析 一、图解分析法 i
RB iB + + 115 k u VBB 3 V BE –

iB/A 在三极管的特性曲线上用作图的方法求得 B 电路中各直流电流、电压量的方法。
C
+ 1 k RC uCE + V – – CC 5V
第2章
半导体三极管
ui
基本放大电路的放大作用
基本共发射极 电路的波形：
iC
C1
O iB IBQ
RC
t
iB +
–
ui
+
–
VBB
RB + u BE
–
+ uCE
ICQ + V – CC O uCE
O iC
t
t
UCEQ O u
o
t
t
O
第2章
半导体三极管
非线性失真 放大电路的非线性失真问题 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
D
D
G
+
O
Su
+ VDD i D I DSS ( 1
–
RG R S
2
–
iD 5 iD 4 0
iD1= 4 mA iD2= 1 mA
uGS = – 8 V < UGS(off)
uGS = – 2 V
uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V) 在放大区 uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 6 (V)
iB RB + u V + BE
BB
iC B iC
iB
–

+ uBE

+ R + C uCE uCE + VCC – –
–
线性
iB
非线性 V BB u BE
RB
线性
输入回路
(A 左) (A 右)
i B f ( u BE )
i C f ( u CE )
u CE C
iB C
输出回路
UCEQ O u
o
uce ＝－icRC t
t
O
三极管的交流通路
交流电流的流 通路径 ii
对交流信 号短路
C1
RB VBB –
对交流信 号短路 C2
ic
RC
ui
+
ib
+
–
VCC
uo
内阻小，对交 流信号短路
内阻小，对交 流信号短路
交流通路的 习惯画法
ii
RB
RC
ui
ib
ic
第2章
半导体三极管
二、动态图解分析法 A
半导体三极管
选择工作点的原则： 当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设 得低一些；
为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；
为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。
第2章
半导体三极管
二、小信号等效分析法(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 (1) 晶体三极管 H (Hybrid)参数小信号模型
第2章
半导体三极管
二、电量的符号表示规则
AA
A — 主要符号；
A—
下标符号。
A 大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；
小写表示电量随时间变化(瞬时值)。 A 大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)； 小写表示交流分量。 总瞬时值 交流瞬时值 ube u uBE uBE = UBE + ube U be
t
cem
Π
t
第2章
半导体三极管
iC
ic ICQ
O
iC/mA
6 5 4 3 2 1 t O O
t
Q
直流负载线(交流负载线) iB iB/A 60 ib 50
40 Q 30 IBQ Q 20 iB=10 A O
30 t O
O
t
Q uBE/V
0.7 V
UCEQ
6 uCE/V uce uCE/V
Ucem
+ ube
–
B
ib
E
ic C + uce
–
ib
ห้องสมุดไป่ตู้
三极管电路 可当成双口 网络来分析
B
+ ube rbe E
ic C + ib uce
从输入端口看进去，相当于电阻 rbe 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
r be
三极管CE之间可用输出电流为 ib 的电流源表示。 是三极管输 从输出端口看进去为一个受 ib 控制的电流源 出端交流短路时的电流放大系数，常用Hfe表示。`
u CE V CC i C R C
(B 左) (B 右)
第2章
半导体三极管
例 2.3.3 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。 iC [解] 令 ui = 0，求静态电流 IBQ C1 iB + RC RLI 6 0 . 7 0 . 03 ( mA) 30 ( A) + uCE + RB + u + BQ ui BE 176 VCC – VBB – – – iC/mA 直流负载线(交流负载线) iC iB iB/A 50 6 1 ic 5 ib RL 50 Q 4 40 3 Q 30 ICQ 30 IBQ Q 2 Q 20 iB=10 A 1 uBE/V O t O UCEQ t O 0.7 V 6 uCE/V O O uce uCE/V Π/4 O Π/2 ui uBE/V Π3/4 U
iC RB iB + VBB 3V – iC/mA
5 4
3 2 1 O
+ uBE

+ k RC 1 uCE + VCC – 5V –
[解] 当VBB= 0 V： iB 0， iC 0， uCE 5 V
60 A 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A iB= 0
0.3
iB
C
VBB
Q 趋近截止区；
Q
RB
Q
VBB
R B iB Q 趋近饱和区。
VCC uCE
uBE iC
2. 改变 RC ，其他参数不变
iB
Q
VCC RC ICQ uBE
Q
RC Q 趋近饱和区。
uCE
UCEQ
VCC
第2章
半导体三极管
例 2.3.1 设 RB = 38 k，求 VBB = 0 V、3 V 时的 iC、uCE。
3. 视电容对直流信号开路 画交流通路原则：
1. 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； 3. 视电容对交流信号短路
1 / jC 0
第2章
半导体三极管
基本方法
图解法：
在输入、输出特性图上画交、直流负载线，
求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。 解析法： 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。
饱和失真的本质：
C1 +

+VCC RB i iB C RC V RL C2 + + uo

+
ui
负载开路时： 受 RC 的限制，iB 增大，iC 不可能超过 VCC/RC 。 接负载时： 受 RL 的限制，iB 增大，iC 不可能超过 V CC/RL 。 (RL= RC // RL)
第2章

uGS U G S(of f )
)
2
i D 4 (1
iD 2 4
)
2
无效值
有效值
第2章
半导体三极管
2.3.2 交流分析
一、动态工作波形及交流通路
接通输入电压ui 后的工作情况后的工作情况 接通直流电源VCC和VBB IiC C2 CQ
ui O iB IBQ O iC O
t ib
第2章
半导体三极管
2.3
半导体三极管的 基本分析方法
引 言 2.3.1 直流分析 2.3.2 交流分析
第2章
半导体三极管
引 基本思想
言
一、分析三极管电路的基本思想和方法
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。
直流分析（静 态分析）
三极 管电 路的 基本 分析 方法
VBB/RB IBQ 20 O
Q 静态工作点
A
0.7 UBEQ
VBB uBE/V
输出直流负载线方程： 输入直流负载线方程：
uBE VCC i i RC uCE == VBB CBRB
iC/mA VCC/RC N
输入回路图解
令iB＝0 CE=V BE=VBB，得到A点 令iC＝0，则u，则uCC=5V，得到M点 2 ICQ 令uCE＝0，则iC＝VCC/R =26uA, 令uBE＝0，则iB＝VBB/RBC=5mA, 得到N点 得到B点 连接M、N为直线，与iB＝20uA的 连接A、B为直线，与输入特性曲 O 曲线交点Q为静态工作点。由Q点 线的交点Q为静态工作点。由Q点 横纵坐标确定UCEQ＝3V，ICQ＝ ＝ 横纵坐标确定UBEQ＝0.7V，IBQ 2mA 20uA
确定电路的直 流工作点（静 态工作点）
分析方法： 1、画直流通路 2、图解分析法或工程 近似分析法 分析方法： 1、画交流通路 2、大信号时：图解分 析法 小信号时：等效电 路法
交流分析（动 态分析）
确定电路交、 直流工作情况
画直流通路原则： 1. 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；
= 100
I CQ I BQ
要么已知，要么由输出 特性曲线求得。 100 0 . 02 2 ( mA )
U CEQ VCC I CQ RC
5 2 1 3( V )
第2章
半导体三极管
三、电路参数对静态工作点的影响 1. 改变 RB，其他参数不变 R B iB i
C1
IiBQ B uBE uCE RC + VCC
–
ui
RB V +
BB
uo
t ic t
–
ICQ uCE
输入ui后，三极管各极电压、电流均随 令ui＝Uimsinωt，则 ui在直流值UBEQ、I 、ICQ、U 的基础 uCE＝VCC＝I+u＋i BQ －（ICQ CEQ －iCRC +ic）RC CC uB＝IBQ＋ibCQii＝V＋Ibmsinωt sinωt i上变化。uo于u ＝UBEQ＋ Ucm 的相位相反。 BE＝U C＝βiB BEQ ＝IBQc＝ICQ＋I im =UCEQ－icRC＝UCEQ＋uce 三极管必须设置合适的静态工作点 u CQ、U （ UBEQ、IBQ、Io＝uceCEQ ），而且Uim 不能太大。
ui uBE/V
iB 当 uBQ 0 Ibmsin ui t= Uim sin t = Ii = + 当 iC uBECQ UBEQ sin = Ibmsin t = I = + Icm ib t iB = IBQ ic = Icmsin t uCEC== ICEQ – Ucem ce = t cem sin t i U CQ u sin –U uCEU UCEQ uo = uce = =CEQ +Ucem sin (180° – t) u o u i
iB
iB
iC ic Q
iC
交流负载线
ib
O
Q
t O O t
uBE/V O uBE/V ui
t O
O
uCE uCE
t
uce
NPN 管： 顶部失真为截止失真。 PNP 管： 底部失真为截止失真。 不发生截止失真的条件：IBQ > Ibm 。
第2章
半导体三极管
2. “Q”过高引起饱和失真
iC ICS iC Q V CC uCE uCE 集电极临界 饱和电流 NPN 管：
底部失真为饱和失真。
PNP 管： 顶部失真为饱和失真。
I CS V CC U CE (SAT) RL
O
t O t
O
I BS

IBS — 基极临界饱和电流。 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： IBQ + I bm IBS
第2章
半导体三极管
Q
iB = 20 A VCC uCE/V
M
3 UCEQ
输出回路图解
第2章
半导体三极管
二、工程近似分析法
I BQ VBB U BE(on)
iC
RB iB
+ + 115 k u VBB 3 V BE –


3 0 .7 115
RB
+ 1 k RC uCE + V – – CC 5V
0 . 02 ( mA )