三极管电路的基本分析方法.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,.,*,2.3,半导体三极管的,基本分析方法,引 言,2.3.2,交流分析,2.3.1,直流分析,第,2,章,半导体,三极管,1,.,引言,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。,一、分析三极管电路的基本思想和方法,第,2,章,半导体,三极管,三极管电路的基本分析方法,直流分析（静态分析）,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,交流分析（动态分析）,确定电路交、直流工作情况,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,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,3,.,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。,第,2,章,半导体,三极管,4,.,二、电量的符号表示规则,A,A,A,大写,表示电量与时间无关,(,直流、平均值、有效值,),；,A,小写,表示电量随时间变化,(,瞬时值,),。,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,直流量,交流瞬时值,交流有效值,直流量往往在下标中加注,Q,A,主要符号；,A,下标符号。,t,u,O,u,BE,=,U,BE,+,u,be,第,2,章,半导体,三极管,5,.,2.3.1,直流分析,一、图解分析法,+,R,B,R,C,+,u,CE,+,u,BE,+,V,CC,V,BB,3 V,5 V,i,B,i,C,输入直流负载线方程：,u,CE,=V,CC,i,C,R,C,u,BE,=V,BB,i,B,R,B,输出直流负载线方程：,输入回路图解,Q,u,BE,/V,i,B,/,A,静态工作点,V,BB,V,BB,/,R,B,115 k,U,BEQ,I,BQ,0.7,20,输出回路图解,u,CE,/V,i,C,/,m,A,V,CC,V,CC,/,R,C,O,1 k,Q,2,3,U,CEQ,I,CQ,O,i,B,=20,A,第,2,章,半导体,三极管,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。,令,i,B,0,，则,u,BE,=V,BB,，得到,A,点,A,令,u,BE,0,，则,i,B,V,BB,/R,B,=26uA,得到,B,点,B,连接,A,、,B,为直线，与输入特性曲线的交点,Q,为静态工作点。由,Q,点横纵坐标确定,U,BEQ,0.7V,，,I,BQ,20uA,令,i,C,0,，则,u,CE,=V,CC,=5V,，得到,M,点,M,令,u,CE,0,，则,i,C,V,CC,/R,C,=5mA,得到,N,点,连接,M,、,N,为直线，与,i,B,20uA,的曲线交点,Q,为静态工作点。由,Q,点横纵坐标确定,U,CEQ,3V,，,I,CQ,2mA,N,6,.,二、工程近似分析法,+,R,B,R,C,+,u,CE,+,u,BE,+,V,CC,V,BB,3 V,5 V,i,B,i,C,115 k,1 k,=100,第,2,章,半导体,三极管,要么已知，要么由输出特性曲线求得。,7,.,三、电路参数对静态工作点的影响,1.,改变,R,B,，其他参数不变,u,BE,i,B,u,CE,i,C,V,CC,V,BB,V,BB,R,B,Q,Q,R,B,i,B,Q,趋近截止区；,R,B,i,B,Q,趋近饱和区。,2.,改变,R,C,，其他参数不变,R,C,Q,趋近饱和区。,i,C,u,BE,i,B,u,CE,V,CC,U,CEQ,Q,Q,I,CQ,V,CC,R,C,第,2,章,半导体,三极管,8,.,i,C,0,i,C,=V,CC,/,R,C,例,2.3.1,设,R,B,=,38,k,，,求,V,BB,=0,V,、,3,V,时的,i,C,、,u,CE,。,+,R,B,R,C,+,u,CE,+,u,BE,+,V,CC,V,BB,3V,5V,i,B,i,C,1,k,解,u,CE,/V,i,C,/,m,A,i,B,=0,10,A,20,A,30,A,40,A,50,A,60,A,4,1,O,2,3,5,当,V,BB,=0 V,：,i,B,0,，,i,C,0,，,5 V,u,CE,5 V,当,V,BB,=3 V,：,0.3,u,CE,0.3,V,0,，,i,C,5 mA,三极管的开关等效电路,截止,状态,S,B,C,E,V,CC,+,R,C,R,B,i,B,0,u,CE,5V,i,B,饱和,状态,u,CE,0,判断是否饱和,临界饱和电流,I,CS,和,I,BS,：,i,B,I,BS,，,则三极管,饱和。,第,2,章,半导体,三极管,9,.,例,2.3.2,耗尽型,N,沟道,MOS,管，,R,G,=,1,M,，,R,S,=,2,k,，,R,D,=,12,k,，,V,DD,=,20,V,。,I,DSS,=,4,mA,，,U,GS,(,off,),=,4,V,，求,i,D,和,u,O,。,i,G,=0,u,GS,=,i,D,R,S,i,D1,=4 mA,i,D2,=1 mA,u,GS,=8 V,I,bm,。,O,Q,i,b,O,t,t,O,u,BE,/V,i,B,u,BE,/V,i,B,u,i,u,CE,i,C,i,c,t,O,O,i,C,O,t,u,CE,Q,u,ce,交流负载线,非线性失真,第,2,章,半导体,三极管,17,.,2.,“,Q,”,过高引起饱和失真,I,CS,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,BS,基极临界饱和电流。,不接负载时，交、直流负载线重合，,V,CC,=,V,CC,不发生饱和失真的条件：,I,BQ,+,I,bm,I,BS,u,CE,i,C,t,O,O,i,C,O,t,u,CE,Q,V,CC,第,2,章,半导体,三极管,18,.,饱和失真的本质：,负载开路时：,接负载时：,受,R,C,的限制，,i,B,增大，,i,C,不可能超过,V,CC,/,R,C,。,受,R,L,的限制，,i,B,增大，,i,C,不可能超过,V,CC,/,R,L,。,C,1,+,R,C,R,B,+V,CC,C,2,R,L,+,u,o,+,+,i,B,i,C,V,u,i,(,R,L,=,R,C,/,R,L,),第,2,章,半导体,三极管,19,.,选择工作点的原则：,当,u,i,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,20,.,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,三极管电路,可当成双口,网络来分析,(,1,),晶体三极管,H,(,Hybrid,),参数小信号模型,从输入端口看进去，相当于电阻,r,be,r,be,H,ie,从输出端口看进去为一个,受,i,b,控制的电流源,i,c,=,i,b,，,H,fe,+,u,ce,+,u,be,i,b,i,c,C,B,E,r,be,E,i,b,i,c,i,b,+,u,be,+,u,ce,B,C,r,bb,三极管基区体电阻,第,2,章,半导体,三极管,当输入交流信号很小时，可将静态工作点,Q,附近一段曲线当作直线，因此，当,u,CE,为常数时，输入电压的变化量,u,BE,（即交流量,u,be,）与输入电流的变化量,i,B,（即交流量,i,b,）之比是一个常数，可用符号,r,be,表示。,r,be,称为三极管输出端交流短路时的输入电阻，常用,H,ie,表示。,三极管,CE,之间可用输出电流为,i,b,的电流源表示。,是三极管输出端交流短路时的电流放大系数，常用,H,fe,表示。,21,.,(,2,),晶体三极管电路交流分析,步骤：,分析直流电路，求出,“,Q,”,，计算,r,be,。,画电路的交流通路。,在交流通路上把三极管画成,H,参数模型。,分析计算叠加在,“,Q,”,点上的各极交流量。,微变等效电路的画法,第,2,章,半导体,三极管,22,.,例,2.3.4,=100,，,u,S,=10sin,t,(mV),，求,叠加在,“,Q,”,点上的各交流量。,+,u,o,+,i,B,i,C,R,B,V,CC,V,BB,R,C,R,L,C,1,C,2,u,S,+,+,R,S,+,u,CE,+,u,BE,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解,令,u,i,=0,(,即,u,S,为,0),，求静态电流,I,BQ,求,“,Q,”,，计算,r,be,I,CQ,=,I,BQ,=2.4 mA,U,CEQ,=,12,2.4,2.7=5.5(V),第,2,章,半导体,三极管,23,.,交流通路,+,u,o,+,i,B,i,C,R,B,V,CC,V,BB,R,C,R,L,C,1,C,2,u,S,+,+,R,S,+,u,CE,+,u,BE,u,be,u,ce,小信号等效,+,u,o,+,R,B,R,L,R,S,r,be,E,i,b,i,c,i,b,B,C,u,s,R,C,+,u,be,分析各极交流量,分析各极总电量,u,BE,=(0.7+,0.0072sin,t,)V,i,B,=(24+,5.5sin,t,),A,i,C,=(2.4+,0.55sin,t,),mA,u,CE,=(5.5,0.85sin,t,)V,第,2,章,半导体,三极管,24,.,2.,场效应管电路小信号等效电路分析法,小信号模型,r,gs,S,i,d,g,m,u,gs,+,u,gs,+,u,ds,G,D,从输入端口看入，相当于电阻,r,gs,(,),。,从输出端口看入为受,u,gs,控制的电流源,。,i,d,=,g,m,u,gs,第,2,章,半导体,三极管,25,.,例,2.3.4,g,m,=0.65 mA/V,，,u,i,=20sin,t,(mV),，求交流输出,u,o,。,+,R,D,G,D,S,R,G,R,S,i,D,+,u,O,+,V,DD,u,i,+,V,GG,10 k,4 k,交流通路,+,R,D,G,D,S,R,G,R,S,i,d,+,u,O,u,i,小信号等效电路,+,u,i,R,S,R,D,S,i,d,g,m,u,gs,+,u,gs,+,u,o,G,D,R,G,u,i,=,u,gs,+,g,m,u,gs,R,S,u,gs,=,u,i,/(1+,g,m,R,S,),u,o,=,i,D,R,D,g,m,u,gs,R,D,=,36sin,t,(mV),第,2,章,半导体,三极管,=,u,gs,(1+,g,m,R,S,),=,g,m,u,i,R,D,/(1+,g,m,R,S,),26,.,