三极管电路的小信号模型分析方法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/10,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/10,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/10,*,2.2.3三极管放大电路及其分析方法,一、图解分析法,（,1,）画直流通路，直流图解确定,Q,点,（,2,）交流图解求三极管的动态电流、电压,（,3,）叠加，求三极管总电流、电压,近似估算求,UBEQ,，直流图解确定,Q,点,作输出直流负载线,求,ICQ,UCEQ,输入特性求,iB,输出特性求,iC,uCE,（,4,）求,Au=uo/ui,图解法的优点:直观、形象，能观察放大的全过程，能求Au，能分析非线性失真，能求最大输出动态范围。,图解法的缺点:麻烦、误差大。,2021/10/10,1,小信号模型分析法思路：,当信号足够小时，三极管线性工作，因此可用一个具有,相同伏安特性的线性电路来等效，使,本来很复杂的非线,性电路的分析简化为线性电路的分析。,二、小信号模型分析法（,微变等效,电路分析法）,工程分析中，通常,先用估算法进行静态分析，,再用小信号模型分析法进行动态分析。,2021/10/10,2,简化,1.,三极管的小信号模型（又称,H,参数简化小信号模型）,称为三极管的共发射极输入电阻，,为动态电阻,称为三极管的共发射极输出电阻，,为动态电阻。很大。,2021/10/10,3,如何获取三极管小信号模型参数？,U,A,称为厄尔利电压,查手册中,h,fe,2021/10/10,4,讨论,1.,小信号模型能否用于分析,Q,点？,3.,该小信号模型能否用于分析,PNP,管电路？,2.,H,参数简化小信号模型能否用于分析高频电路或大信号电路？,4.,受控源电流源,i,b,的流向可否假定？,5.,电阻,r,be,、,r,ce,可否用万用表测得？,讨论小结：,对,小信号模型,应注意,（,1,）适用条件：放大区、低频、小信号,（,2,）参数与,Q,点有关；等效电阻是动态电阻。,2021/10/10,5,步骤,：,（,1,）画出放大电路的直流通路，求,Q,点。,（,2,）画出放大电路的交流通路，然后用三极管小信号,模型取代交流通路中的三极管，得三极管放大电,路的小信号等效电路。,（,3,）计算,r,be,和放大电路动态电流、电压、性能参数。,直流通路：,指静态电流的通路，用以确定静点工作点。,2.,放大电路的小信号模型分析法,交流通路：,指动态电流的通路，用以给信号提供传输路径，,利用之可方便分析电路性能。,画法：,将电路中的电容断开，将信号电压源短路但保留其内阻，其它元器件保留。,画法：,将电路中的耦合电容、旁路电容和直流电压源看成短路,（直流电流源看成开路），其它元器件保留。,2021/10/10,6,例,2.2.3,解：,图示硅三极管放大电路中，,R,S,为信号源内阻，,R,L,为外接负载电阻，,C,1,、,C,2,为隔直耦合电容，,=100,，,u,s,=10sin,t,（,mV,），试求,i,B,、,u,BE,、,i,C,、,u,CE,。,（,1,）画直流通路，估算,Q,点,U,BEQ,0.7,V,2021/10/10,7,例,2.2.3,解续：,交流通路,（,2,）画交流通路和小信号等效电路,交流电流流通路径,2021/10/10,8,例,2.2.3,解续：,小信号等效电路,交流通路,（,2,）画交流通路和小信号模型等效电路,（,3,）求,r,be,2021/10/10,9,例,2.2.3,解续：,（,4,）求动态量,u,be,、,i,b,、,i,c,、,u,ce,2021/10/10,10,（,5,）求总量,u,BE,、,i,B,、,i,C,、,u,CE,例,2.2.3,解续：,2021/10/10,11,1.,掌握三极管直流电路的工程近似分析法，了解三,极管电路的图解分析法。,2.,理解三极管放大电路的小信号模型分析法，了解,饱和失真和截止失真现象及其原因、措施。,3.,了解三极管开关电路及其分析。,主要要求：,直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路,的画法。,2.,三极管直流电路的工作点估算。,重点：,2.2,复习要点,2021/10/10,12,课间休息,2021/10/10,13,2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析,2.3.1 MOS,场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.2,结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.3,场效应管的主要参数,2.3.4,场效应管基本应用电路及其分析方法,场效应管概述,2021/10/10,14,场效应管概述,场效应管,FET,(,Field Effect Transistor,),优点：,(2),噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、,功耗小、宜大规模集成。,(1),输入阻抗高,(,10,7,10,15,，,IGFET,可高达,10,15,),类,型,金属氧化物半导体型（,MOSFET,型即,M,etal,O,xide,S,emiconductor type,F,ield,E,ffect,T,ransistor,）,结型（,JFET,型即,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,场效应管概述,2021/10/10,15,NMOS,PMOS,E,D,E,D,1.,种类与结构,(2)B,、,S,不连，,S,、,D,可互换；,若连，则不可。,（,1,）,G,绝缘,IGFET(MOSFET),(3),单独使用要连，,IC,中不连，且,U,SB,0,，才能工作。,（,4,）符号,B,2.3.1 MOS,场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2021/10/10,16,（,1,),u,GS,对输出电流,i,D,的控制作用,a.,u,GS,=0,时,，无导电沟道。,b.,给,u,GS,加正电压，当,u,GS,U,GS,(,th,),时，栅极表面层形成导电沟道,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为,开启电压（,U,GS,(,th,),）,2.工作原理,2021/10/10,17,（,1,),u,GS,对输出电流,i,D,的控制作用,a.,u,GS,=0,时,，无导电沟道。,b.,给,u,GS,加正电压，当,u,GS,U,GS,(,th,),时，栅极表面层形成导电沟道,c.,增大,u,GS,，则导电沟道加宽。,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为,开启电压（,U,GS,(,th,),）,改变,u,GS,可控制导电沟道的宽窄，从而控制,输出电流,i,D,的大小。,2021/10/10,18,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,2021/10/10,19,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,当,u,GD,=,U,GS,(,th),时，,漏极附近,反型层消失，称为预夹断。,2021/10/10,20,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,当,u,GD,=,U,GS,(,th),时，,漏极附近,反型层消失，称为预夹断。,继续增大,u,DS,时，,预夹断点,向源极移动。,2021/10/10,21,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,预夹断发生之前：,u,DS,i,D,因为预夹断发生之前沟道电阻近似为常数,2021/10/10,22,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,预夹断发生之前：,u,DS,i,D,因为预夹断发生之后：,u,AS,为常数，且,A,、,S,间的沟道电阻近似为常数,预夹断发生之后：,u,DS,i,D,不变,2021/10/10,23,(,1,),输出特性,u,DS,u,GS,U,GS,(,th,),已预夹断。,压控恒流特性、放大特性,3.,伏安特性,u,DS,u,GS,U,GS,(,th,),即未预夹断,压控电阻特性,可变电阻区（非饱和区）,放大区,(,饱和,区,),截止区,u,GS,U,GS,(,th,),沟道全夹断,i,D,=0,提示：,FET,和,BJT,的饱和区 含义、特性不同。,2.,全夹断与预夹断不同。,2021/10/10,24,特点：,i,D,0,条件：,u,GS,U,GS(th),;,u,DS,u,GS,-,U,GS(th),U,GS,K r,ds,压控电阻,u,DS,小,条件：,u,GS,U,GS(th);,u,DS,u,GS,-,U,GS(th),2021/10/10,25,（,2,),转移特性,当,EMOS,管工作于放大区时，电流方程为,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,饱和区时，,为一族重叠曲线,2021/10/10,26,二、,N,沟道耗尽型,MOSFET,二、,N,沟道耗尽型,MOSFET,二、,N,沟道耗尽型,MOSFET,1.,结构、符号与工作原理,制造时在,Sio,2,绝缘层中掺入正离子，故在,u,GS,=0,时已形成,沟道。,改变,u,GS,可控制导电沟道的宽窄，,当,u,GS,U,GS,(,off,),时，,沟道全夹断。,简称,NDMOS,管,2021/10/10,27,1.,结构、符号与工作原理,制造时在,Sio,2,绝缘层中掺入正离子，故在,u,GS,=0,时已形成,沟道。,改变,u,GS,可控制导电沟道的宽窄，,当,u,GS,U,GS,(,off,),时，,沟道全夹断。,栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场,效应管；无原始导电沟道，只有在,u,GS,绝对值大于开启电压,u,GS(th),绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管,耗尽型场效应管,导电沟道全夹断时对应的的栅源电压称为,夹断电压（,U,GS,(,off,),）。,二、,N,沟道耗尽型,MOSFET,2021/10/10,28,2.,伏安特性,夹断电压,饱和漏极电流,当,DMOS,管工作于放大区时，,u,GS,取正、负、零都可以，因此使用更方便。,夹断电压,饱和漏极电流,2021/10/10,29,P,沟道,增强型,P,沟道,耗尽型,S,G,D,B,S,G,D,B,三、,P,沟道,MOSFET,结构对偶,N,沟道,增强型,N,沟道,耗尽型,S,G,D,B,P,型衬底,N,+,N,+,S D,G,B,S,G,D,B,i,D,i,D,i,D,i,D,2021/10/10,30,