模拟电子技术 第2章半导体三极管 2.3半导体三极管电路的基本分析方法 一、分析三极管电路的基本思想和方法 基本思想： 根据叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分 直流通路(u:=0)称为静态 交流通路(u≠0，动态) 只考虑变化的电压和电流 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/jwC≈0。 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
2.3 半导体三极管电路的基本分析方法 基本思想： 根据叠加定理，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 直流通路(ui = 0)称为静态 交流通路(ui 0, 动态) 只考虑变化的电压和电流 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/ jωC 0 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
模拟电子技术 第2章半导体三极管 二、电量的符号表示规则 A A一主要符号A一下标符号 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 Wbe UBE =UBE +ube UBE 直流量 直流量往往在下标中加注Q Ube交流有效值
二、电量的符号表示规则 A A 大写表示电量与时间无关 A （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 uBE = UBE + ube 总瞬时值 直流量 交流瞬时值 Ube 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 uBE UBE ube Ube 第2章 半导体三极管
模拟电子技术 第2章半导体三极管 2.3.1直流分析 输入回路图解 一、 图解分析法 iglμA i VBE/RB RB IBQ20 Q静态工作点 115k WCE VBR3V ①Vcc VBB UBE/V 输入直流负载线方程： ic/mA 输出回路图解 UBE=VBB -iBRB VcclRc 输出直流负载线方程： uCE=Vcc -ic Rc iB=20uA Ico 二、工程近似分析法 VBB-UBE(On) UCE/V IBQ≈ 3UCEQ RB UCEQ =VCC-IcoRc
2.3.1 直流分析 一、图解分析法 + – RB + RC uCE – + uBE − + – V VCC BB 3V 5V iB iC 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 uBE/V iB/A 静态工作点 VBB VBB/RB 115k UBEQ IBQ 0.7 20 输出回路图解 uCE/V iC/mA VCC VCC/RC iB=20A 1k Q 2 3UCEQ ICQ 二、工程近似分析法 B BB BE(on) BQ R V U I − CQ CQ I = I UCEQ =VCC − I CQRC 第2章 半导体三极管
模拟电子技术 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R,其它参数不变 RB个iB↓ 2趋近截止区 VBB RB↓iB个 2趋近饱和区 VBB BE Vcc WCE 2.改变Rc,其它参数不变 R↑Q趋近饱和区 -1co UCEQ WCE
三、电路参数对静态工作点的影响 1. 改变RB，其它参数不变 uBE iB uCE iC VBB VCC VBB RB Q Q R B iB Q 趋近截止区 R B iB Q 趋近饱和区 2. 改变RC ，其它参数不变 RC Q 趋近饱和区 iC uBE iB uCE VCC UCEQ Q Q ICQ VCC RC 第2章 半导体三极管
模拟电子技术 第2章半导体三极管 例2.3.i设RB=38k2,求VBB=0V、3V时的ic、ucEo [解1 VBB=0V RB iB 中R 则g≈0c≈0ucE≈5V +lCE VBB=3 V uBE ① I8= VBB-U8EoR_3-0.Z=0.06mA R 38 ic/m 60uA ucE≈0.3V≈0 ic≈5mA 50uA 40uA 判断是否饱和 30μA 临界饱和电流： 20μA 10μA VCC-UCE(Sat) g=( Ics= 0.3 ucE/八W RC IBs=- B BR 若B>IBs,则三极管饱和
例2.3.1 设RB = 38 k, 求VBB = 0 V、3V时的 iC、uCE。 + – RB + RC uCE – + uBE − + – V VCC BB 3V 5V iB iC [解] uCE/V iC/m A iB=0 10A 20A 30A 40A 50A 60A 4 1 2 3 VBB= 0 V 则 iB 0 iC 0 uCE 5 V 5 VBB = 3 V 0.06 mA 38 3 0.7 B B B BE(on) B = − = − = R V U i 0.3 uCE 0.3 V 0 5 iC 5 mA 第2章 半导体三极管 B S C E VCC + − RC RB 截止状态的等效 iB 0 iC 0 uCE 5V 饱和状态的等效 B S C E VCC + − RC RB + − iB iC = VCC /RC uCE 0 判断是否饱和 临界饱和电流: , C CC C CC CE(sat) CS R V R V U I − = 若 iB > IBS，则三极管饱和 C CS CC B S R I V I =
模拟电子技术 第2章半导体三极管 例2.3.2耗尽型N沟道MOS管，Rc=1M2,Rs=2k2, Rp=12 k VDD=20 V.Ipss=4 mA,UGS (of)=-4V, 求in和uo。 i6=0∴.ucs=-inRs Yon ip=Ipss(1- UGs2 GS(off) i,2-5ip+4=0 n=41--x22 -4 ip1=4 mA UGS=-8 V<UGS(ot) 增根 ib2=1mA→ucs=-2V UDs=VDD-iD(Rs RD)=20-14=6(V) 在放大区 4o=VDD-iD RD=20-14=8(V)
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）= – 4V， 求 iD 和 uO 。 2 GS(off) GS D DSS(1 ) U u i = I − iG = 0 uGS = − iDRS D 2 D ) 4 2 4(1 − − = − i i 5 D 4 0 2 i D − i + = iD1= 4 mA iD2= 1 mA uGS = – 8 V< UGS(off) 增根 uGS = – 2V uDS = VDD – iD(RS + RD)= 20 – 14 = 6 (V) uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 8 (V) 在放大区 第2章 半导体三极管 RD G D S RG RS iD + uO – + VDD –
模拟电子技术 第2章半导体三极管 2.3.2交流分析 一、图解分析法 A ic Bic RB VBB④ 线性非线性线性 「B= VBB-UBE 输入回路 (A左) RB iB=f(UBE)UCE =C (A右) 输出回路 ic=f(uCE)IB =C (B左) uCE =Vcc-icRc (B右)
B BB BE B R V u i − = 2.3.2 交流分析 一、图解分析法 线性 非线性 线性 输入回路 (A左) i B = f (uBE)uCE =C (B右) 输出回路 i C = f (uCE)I B =C (B左) uCE =VCC − i C RC (A右) + – RB + RC uCE – + uBE − + – VCC VBB iB iC iB iC + uBE − + uCE – A B 第2章 半导体三极管
模拟电子技术 第2章半导体三极管 例2.3.3硅管，4=10 sin ot(mV),Rg=176k2,Rc=1k2 Vcc=BB=6V,图解分析各电压、 电流值。 十 [解]令4=0，求静态电流1Q _6-0.7=0.03(mA)=30uA s④_ ①VBB- 176 ic/mA 直流负载线（交流负载线） g/uA 50 1/ 50 R'1 4=- -30--- -30 --- iB=10 uA UBE/V 6 UCE/V 0.7 UCE/V UBEIV
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 0.03(mA) 30 A 176 6 0.7 B Q = = − I = uBE/V iB/A 0.7V 30 Q ui t uBE/V t iB IBQ （交流负载线） uCE/V iC/mA 4 1 2 3 iB=10 A 20 30 40 50 50 5 Q 6 直流负载线 Q' Q’’ 6 t iC ICQ UCEQ t uCE/V Ucem ib ic uce RL L ' 1 R − 第2章 半导体三极管 + – iB iC RB VBB VCC RC C 1 uS + – + – RS + uCE − + uBE –
模拟电子技术 第2章半导体三极管 ic/mA 直流负载线（交流负载线pμA 60 40-- 130--B -30 --- 0220----1 g=10μA HBE/V 6 UCE/V 7V Hee uce/V cem 1)当：=0，uBE=UBE0,g=IB0,ic=IcQ,uCE=UcEQ 2)ui=Uim sinat,ip Iom sin@t,ic=Iem sinot e=-Ucem Sin0tW。=he:lu。>4 3)ig Igo+ip=IBo+Iomsin@t ic-Ico+i=Ico+Iemsin@t UCE =UcEQ+uce -UcEo+Ucem sin(@t-180)
2) sin , i im u =U t sin , b bm i = I t i I sin t c = cm u U sin t ce = − cem o i uo = uce; u u 3) i I i I I sin t B = B Q + b = B Q + bm i I i I I sin t C = CQ + c = CQ + cm u U u U U ( t ) CE = CEQ + ce = CEQ + cem sin −180 uBE/V iB/A 0.7V 30 Q ui t uBE/V t iB IBQ （交流负载线） uCE/V iC/mA 4 1 2 3 iB=10 A 20 30 40 50 60 5 Q 6 直流负载线 Q' Q’’ 6 t iC ICQ UCEQ t uCE/V Ucem ib ic uce 第2章 半导体三极管 1)当ui = 0, uBE = UBEQ , iB = IBQ , iC = ICQ , uCE = UCEQ
模拟电子技术 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 B B c 交流负载线 UBE/V WCE ,LBE/ 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：IBo>Im
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 O Q ib O t t O uBE/V iB uBE/V iB ui uCE iC i c O t iC t uCE Q uce 交流负载线 第2章 半导体三极管