三极管电路的基本分析方法

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③ 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。 ④ 分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。
A
22
第 2 章 半导体三极管
例 2.3.4 = 100,uS = 10sin t (mV),求叠加在“Q”
点上的各交流量。
iC
C2
470 k +
+
510 C1
RS + uS –
iB
2.7 k
R+B
+ uBE
iDIDS(S1UG uGSS(o)f2f) iD4(1iD42)2
iD1= 4 mA
uGS = – 8 V < UGS(off) 无效值
iD2= 1 mA
uGS = – 2 V
有效值
uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V) 在放大区
uO = VDD – iD RD = 20 – 1A4 = 6 (V)
–VBB –
uCE VCC
RC 3.6 k
+ RL uo
12 V

12 V
[解] 令 ui = 0(即uS为0),求静态电流 IBQ
A
20
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
B ib + ube

ic C +
uce
E–
三极管电路 可当成双口 网络来分析
ib
B
+
ube rbe
E
ic C
+
ib uce
从输入当端输入口交看流进信号去很,小时相,当可于将静电态阻工作rb点e Q附近一段曲线当作
从输三出端极出交管端流CE口短之路看间时i可c进的=用电去输流出i为b放电,一大流系个为数受A,ib 常的—ib用电控H流Hff制e源e表表示的示。电。` 流是源三极管输 21
第 2 章 半导体三极管
微变等效电路的画法
(2) 晶体三极管电路交流分析 步骤: ① 分析直流电路,求出“Q”,计算 rbe。 ② 画电路的交流通路 。
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
A
1/jC0
3
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。
A
4
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。
U
u
be
UBE
ube uBE
总瞬时值 交流瞬时值 uBE = UBE + ube 直流量
内阻小,对交 流信号短路
对交流信 号短路
C2
ic
RC
+
uo
–VCC
内阻小,对交 流信号短路
交流通路的 习惯画法
ii
RB
ui
ib
A
RC
ic
12
第 2 章 半导体三极管
二、动态图解分析法
A iC B iC
iB iB
+
RB +
VBB
+

uBE
+ uBE
uCE

+ uCE

RC + –VCC
线性 非线性 线性
[解当当iBui]CCVVEBBVBB0B==0,B.033RVVVUuB::CBEE0i(,Bon5i)CV00,5.0mm 6A A A1Oi0判临C.iI3IB=C B断界>SV三S I是饱iiCBBC极BV CRSI否和,C 管B/CR00S饱电C B的则CR CEU 开和流三CVC 5R关VRC 极ISCVE CCC等C uCu管S(C+u和s效CECaE饱iEB电I/tV =饱状V截BR )和50C 路S0C 9和态止V:C 。
输入回路
iB
VBB uBE RB
iBf(uBE)uC E C
(A 左) (A 右)
输出回路
iCf(uCE )iBC
(B 左)
uC E V C C AiC R C (B 右)
13
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,
rrbbee直 量 可 常—线用u用be,符HH)uiie因号与i表bbee此r输示bue ,表入C。E当r 示电b Cu。b 流CrE的b r为bbe变称常I U —化B 为数T 量三时三Q Δ 极,i极B管2 输(管输入即0 出电交基 端压流区0 交的量流(变i体b1 )短化 电之路量比阻时Δ)是的uIB2 一E输E (个入m 即m 6 Q 常电交数阻流,,V A
O
t 直流量往往在下标中加注 Q
A U be 交流有效值
5
第 2 章 半导体三极管
一2、.3图.1RB解直iB分流析分法+析1ikC在电三路极中RC管各V的直B特流BI性电/BRQ曲流B2线、i0B上电/用压BA作量图的的方Q方法静法。求态得工作点
VBB+–
115 k
3V
+ uBE
uCE

5
V
+ –VCC
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 iD
和 uO 。
RD
iD D
G
++
RG RS
S uO

VDD

iD25iD40
iG = 0 uGS = iDRS
t t
uCEiC==UICCEQQ – Ucemucsein= –Ut cem sin t
uC=EU=CUEQC+EQUcemuosi=nu(1ceA80° – t) uo ui
15
ui
基本共发射极
O
电路的波形:
iB
IBQ
iC
O
C1 iB
+
ui+–
RB
VBB
+
+ uBE
uCE
– –
RC
iC
+
ICQ
直流分析(静 态分析)
确定电路的直 流工作点(静 态工作点)
交流分析(动 态分析)
确定电路交、 直流工作情况
A
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
2
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; 3. 视电容对直流信号开路
第 2 章 半导体三极管
二、工程近似分析法
iC
IBQVBBRUBBE(on)
RB iB
+ 1 k RC
VBB+–
1135Vk+uBE
uCE

5
V
+ –VCC
30.70.02(mA ) 115
= 100
ICQ IBQ
要么已知,要么由输出 特性曲线求得。
100 0.0 22(m)A
U CE V Q C C ICR Q C
10
第 2 章 半导体三极管
2.3.2 交流分析
ui
一、动态工作波形及交流通路
O
接接通通输直入流电电压u源i 后V的C工C和作IV情iCCBQ况B后的工C作2 情况
C1 RB
ui VB+–B
IiBBQ uCE
uBE
RC +
uo
–VCC
输入令uiu后i=,三Ui极ms管in各ωt极,电则压、电流均随 u=uiu上BCCUBiE=在EC=变=EQIβ直V化B-iUCQB流。Ci+Bc=-值ERuQioiCIUb于C+=C=RBuQuECUi+iQI==的CB、EQViI相UQcB++=CQB位C、-EIuIbQ相cCIme(+CQs反Q+iI、nC。UUQωICci+mtmEiQsc的i)nω基RCt础
VCC = VBB = 6 V,图解分析各电压、电流值。
iC
C1 iB
+
ui+

RB
VBB
+
+ uBE
uCE
– –
RC
+ –VCC
[解] 令 ui = 0,求静态电流 IBQ
RLIBQ 61 0.7 7 60.0(3 m A 3()0 A
iC ICQ
O
ic
iC/mA
6 5 4
Q
直流55负00 载线1(R交L 流i负B 载i线b ) iB/A
ICQ 2
连连接接MA、、NB为为直直线线,,与与i输B=入2特0u性A的曲 曲线线的交交点点QQ为为静静态态工工作作点点。。由由QQ点点
O
横横纵纵坐坐标标确确定定UUCBEEQQ==30V.7,VI,CQI=BQ=
22m0AuA
A
Q iB = 20 A
3 UCEQ
VCC uCE/V
M
输出回路图解 6
iC交流负载线
ib
ic
Q
O
t
O O
uBE/V O
tO
O
uiuBE/V
t
t
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:AIBQ > Ibm 。
Q uuCCEE
uce
17
第 2 章 半导体三极管
2. “Q”过高引起饱和失真
iC ICS iC Q
O tO
O
t
–VCC
O uCE
UCEQ uOo
O
A
第 2 章 半导体三极管
基本放大电路的放大作用
t
t
t
t t
16
第 2 章 半导体三极管
放大电路的非线性失真问题
非线性失真
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
iB
iB
iC
O 0.7 UBEQ
A
VBB uBE/V
输入出直流负载线方程:
iC/mA 输入回路图解
uCuEBE==VVCCBBiCiBRRCB
VCC/RC N
令iC=令0iB,=则0u,CE则=VuCBCE==5VVB,B,得得到到MA点点 令得令 得u到u到BCEBNE==点点00,,则则iiBC==VVBCBC/R/RBC==256muAA,,
三极管必须设置合适的静态工作点
( UBEQ、IBQ、uIoC=Q、uUceCEQ ),而且Uim
不能太大。
A
iB IBQ
O iC ICQ O uCE
UCEQ uOo
O
t ib
t ic
t
uce =-icRC t t
11
三极管的交流通路
交流电流的流 通路径
对交流信 号短路
C1
ii RB
+
ui
VBB–
ib
uBE
UCEAQ VCC uCE
8
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。
iC
iC/mA 60 A
RB iB
+1 k RC
5 4
VBB+– 3V
+ uBE
uCE

5V
+VCC

3 2
50 A 40 A 30 A
20 A 10 A
饱和失真的本质:
C1+ +
ui
RC
RB iB
iC
+C2
V
+VCC +
RL uo
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)
A
19
第 2 章 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。
5213(V )
A
7
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
iB
iC
VBB
R B iB Q 趋近截止区;
RB Q
Q
R B iB
VBB uBE
Q 趋近饱和区。
VCC uCE
2.
iB
改变
RC
,其他参数不变
iC
VCC
Q
RC ICQ
Q
RC Q 趋近饱和区。
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
A
1
第 2 章 半导体三极管
引言
一、分析三极管电路的基本思想和方法
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 加定理,分别分析电路中的交、直流成分。
三极 管电 路的 基本 分析 方法
Q
50
ib
40
ICQ
3 2
Q 30 Q 20
IBQ
30
Q
O
1
tO
Biblioteka Baidu
UCEQ
iB=10 A
6 uCE/V
O
tO
uBE/V
0.7 V
O t
uce uCE/V Ucem
O
ui uBE/V
t
iB 当= uIBi =Q 0+ Ibms当in uit= Uim sin t
iC
ui=BB=EIC=IQBUQ+BEIQcmsiiinbc ==IItcbmmssiinn
40
3 2
Q 30 Q 20
IBQ
30
Q
1
tO
UCEQ
iB=10 A
6 uCE/V O
uBE/V t O 0.7 V
O
t
uce uCE/V
Ucem
A
Π/4 O
Π/2
Π3/4 Π
t
ui uBE/V 14
第 2 章 半导体三极管
iC
ic
iC/mA
6 5 4
直流6负0 载线(交流i负B 载线) iB/A
集电极临界
饱和电流 NPN 管: 底部失真为饱和失真。
PNP 管:
V CC
顶部失真为饱和失真。
uuCCEE
IBSICSVC CU RC L E (S AT)
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: A
IBQ
+
I
bm
IBS
18
第 2 章 半导体三极管
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