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1、,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,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,画交流通路原则：,1. 固定不变的电
2、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,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,二、电量的符号表示规则,AA,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。,
3、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。,uBE = UBE + ube,第 2 章 半导体三极管,2.3.1 直流分析,一、图解分析法,输入直流负载线方程：,uCE = VCC iC RC,uBE = VBB iBRB,输出直流负载线方程：,输入回路图解,Q,静态工作点,VBB,VBB/RB,115 k,UBEQ,IBQ,0.7,20,输出回路图解,VCC,VCC/RC,O,1 k,2,3,UCEQ,ICQ,O,iB = 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iB
4、0，则uBE=VBB，得到A点,A,令uBE0，则iBVBB/RB=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UBEQ0.7V，IBQ20uA,令iC0，则uCE=VCC=5V，得到M点,M,令uCE0，则iCVCC/RC=5mA,得到N点,连接M、N为直线，与iB20uA的曲线交点Q为静态工作点。由Q点横纵坐标确定UCEQ3V，ICQ2mA,N,二、工程近似分析法, = 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。,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 ,Q 趋近截止区；,R
5、 B iB ,Q 趋近饱和区。,2. 改变 RC ，其他参数不变,RC Q 趋近饱和区。,第 2 章 半导体三极管,iC 0,iC = VCC /RC,例 2.3.1 设 RB = 38 k，求 VBB = 0 V、3 V 时的 iC、uCE。,解,当VBB= 0 V：,iB 0，,iC 0，,5 V,uCE 5 V,当VBB = 3 V：,0.3,uCE 0.3 V 0，,iC 5 mA,三极管的开关等效电路,截止 状态,iB 0,uCE 5V,iB,饱和 状态,uCE 0,判断是否饱和 临界饱和电流 ICS和IBS ：,iB IBS，则三极管饱和。,第 2 章 半导体三极管,例 2.3.2
6、 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 。,iG = 0, uGS = iDRS,iD1= 4 mA,iD2= 1 mA,uGS = 8 V, UGS(off),无效值,uGS = 2 V,uDS = VDD iD(RS + RD) = 20 14 = 6 (V),uO = VDD iD RD = 20 14 = 6 (V),在放大区,第 2 章 半导体三极管,有效值,IBQ,ICQ,2.3.2 交流分析,第 2 章 半导体三极管,一、动态工作波形及交
7、流通路,接通直流电源VCC和VBB后的工作情况,IBQ,ICQ,UCEQ,接通输入电压ui 后的工作情况,ui,C1,C2,uo,令uiUimsint，则,uCE,uBEUBEQ+uiUBEQ Uimsint,uBE,iBIBQibIBQIbmsint,iCiB ICQicICQIcmsint,iB,ib,iC,ic,uCEVCCiCRCVCC（ICQ +ic）RC =UCEQicRCUCEQuce,uce icRC,uouce,输入ui后，三极管各极电压、电流均随ui在直流值UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ的基础上变化。uo于ui的相位相反。 三极管必须设置合适的静态工作点（ UBEQ、I
8、BQ、ICQ、UCEQ ），而且Uim不能太大。,ui,C1,C2,uo,ui,三极管的交流通路,交流电流的流通路径,对交流信号短路,ii,ib,ic,对交流信号短路,内阻小，对交流信号短路,内阻小，对交流信号短路,ii,ib,ic,交流通路的习惯画法,二、动态图解分析法,线性,非线性,线性,输入回路,(A 左),(B 右),输出回路,(B 左),(A 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。,解,令 ui = 0，求静态电流 IBQ,0.7
9、V,30,Q,ui,IBQ,(交流负载线),6,直流负载线,6,ICQ,Ucem,第 2 章 半导体三极管,/4,/2,3/4,当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ,当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uce,iB = IBQ + Ibmsin t iC = ICQ + Icmsin t uCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t),第 2 章 半导体三极管,基本共发射极 电路的波形：,IB
10、Q,ICQ,UCEQ,基本放大电路的放大作用,第 2 章 半导体三极管,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,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 。,交流负载线,非线性失真,第 2 章 半导体三极管,2. “Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管： 底部失真为饱和失真。,PNP 管： 顶部失真为饱和失真。,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
11、条件： IBQ + I bm IBS,第 2 章 半导体三极管,饱和失真的本质：,负载开路时：,接负载时：,受 RC 的限制，iB 增大，iC 不可能超过 VCC/RC 。,受 RL 的限制，iB 增大，iC 不可能超过 V CC/RL 。,(RL= RC / RL),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。,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,三极管电路 可当成双口
12、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 rbe,rbe Hie,从输出端口看进去为一个受 ib 控制的电流源,ic = ib ，, Hfe,rbb 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uCE为常数时，输入电压的变化量uBE（即交流量ube）与输入电流的变化量iB（即交流量ib）之比是一个常数，可用符号rbe表示。 rbe称为三极管输出端交流短路时的输入电阻，常用Hie表示。 三极管CE之间可用输出电流为 ib 的电流源表示。 是三极管输出端交流短路时的电流放大系
13、数，常用Hfe表示。,(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 rbe。, 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,例 2.3.4 = 100，uS = 10sin t (mV)，求叠加在“Q” 点上的各交流量。,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解,令 ui = 0(即uS为0)，求静态电流 IBQ, 求“Q”，计算 rbe,ICQ = IBQ = 2.4 mA,UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V),
14、第 2 章 半导体三极管, 交流通路,ube,uce, 小信号等效, 分析各极交流量, 分析各极总电量,uBE = (0.7 + 0.0072sint )V,iB = (24 + 5.5sint) A,iC = ( 2.4 + 0.55sint ) mA,uCE = ( 5.5 0.85sint ) V,第 2 章 半导体三极管,2. 场效应管电路小信号等效电路分析法,小信号模型,从输入端口看入，相当于电阻 rgs()。,从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源。,id = gmugs,第 2 章 半导体三极管,例 2.3.4 gm= 0.65 mA/V，ui = 20sint (mV)，求交流输出 uo。,10 k,4 k,交流通路,小信号等效电路,ui = ugs+ gmugsRS,ugs= ui / (1 + gmRS),uo =iDRD gmugsRD,= 36sin t (mV),第 2 章 半导体三极管,= ugs(1+ gmRS),= gmui RD / (1 + gmRS),
