三极管基本应用及其分析方法.

2.2三极管基本应用及其分析方法2.2.1三极管直流电路的分析2.2.2三极管放大电路及其分析方法2.2.3三极管开关电路概述概述三极管基本应用根据放大特性构成放大电路根据饱和区、截止区所具有的开关特性构成开关电路。根据恒流特性构成电流源电路分析方法图解法模型分析法或工程近似分析法三极管直流电路主要作用：确定Q点或构成电流源电路。分析方法：主要采用工程近似分析法，也可用图解法。例2.2.1图示为某硅三极管的直流电路和输出特性曲线，试求该直流电路中的基极电流、集电极电流、发射结电压和集-射极电压（通常分别用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示）。2.2.1三极管直流电路的分析例2.2.1解：（1）用工程近似分析法求解UBEQ≈0.7V放大区内iB每增大10μA时，iC约增大1mA，故可得β=1mA/10μA=100设三极管处于放大状态，则可见三极管确实工作于放大状态，其基极电流、集电极电流、发射结电压和集-射极电压分别为IBQ=30μAICQ=3mAUBEQ0.7VUCEQ=3VAμ30mA03.0mA1787.06BBEQBBBQRUVIQQ1000.033CBIImAmA3mAmAQQ63130.3CECCCCUVIRVV（）V3V0.3V例题：P812.4(a)、(b)作业：P812.4（b）（c）（e）例2.2.1解续：（2）用图解分析法求解首先由UBEQ≈0.7V，估算得IBQ＝30μA由于VCC＝6V，RC＝1kΩ，令iC＝0，则uCE＝VCC＝6V，可得横轴截点Ｍ（6V，0）；令uCE=0，得iC=VCC/RC=6V/1kΩ=6mA,可得纵轴截点Ｎ（0，6mA）。连接点M、N，便得直流负载线MN。根据输出回路直流负载方程，作输出直流负载线MNCCCCCERiVu例2.2.1解续：（2）用图解分析法求解首先由UBEQ≈0.7V，估算得IBQ＝30μA直流负载线与IBQ=30μA对应的输出曲线相交于Q点，由Q点坐标可读得ICQ＝3mAUCEQ＝3V根据输出回路直流负载方程，作输出直流负载线MNCCCCCERiVu作业：P812.62.2.2三极管放大电路及其分析方法放大电路主要作用：不失真地放大小信号。分析方法：主要采用小信号模型分析法，也可用图解法为便于分析，通常对符号有约定，以发射结电压和基极电流为例：静态量为UBE、IB（或UBEQ、IBQ）动态量的瞬时量为ube、ib动态量的有效值为Ube、Ib动态量的幅值为Ubem、Ibm正弦波信号的相量为、总量（等于静态量加动态量）为uBE、iBbeUbI2.2.2单管共射放大电路的工作原理分析iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2++ui+–uo+–+––iCiE1.静态(ui=0)时的工作情况无输入信号(ui=0)时:ui=0；uBE=UBE；uCE=UCE；波形图UBEuBEtOIBiBtOICiCtOUCEuCEtO2.动态(vi≠0)时的工作情况UBEIB？∴uce=–iCRC或uo=uce=–iCRCuBE=UBE+uiICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOSinωiUumi又∵uCE=VCC－iCRC即VCC－iCRC=UCE+uce由于直流分量UCE及VCC被C2隔断uo与ui反相iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2++ui+–uo+–+––iCiEiB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uce一、图解分析法例2.2.2图（a）为三极管放大电路，ui=10sint（mV）。电容C1、C2对交流信号呈现的容抗近似为零。三极管输入、输出特性曲线如图（b）所示，试用图解法求三极管的输入电流iB、输入电压uBE、输出电流iC、输出电压uCE和放大电路的电压放大倍数Au=uo/ui。例2.2.2解：（1）画直流通路，直流图解确定Q点IBQ＝30μAICQ＝3mAUBEQ≈0.7VUCEQ＝3V例2.2.2解：（1）画直流通路，直流图解确定Q点IBQ＝30μAICQ＝3mAUBEQ≈0.7VUCEQ＝3V（2）交流图解求三极管的动态电流、电压（3）求三极管瞬时电流、电压uBE＝UBEQ＋ui＝UBEQ＋Uimsint＝(0.7＋0.01sint)ViB＝IBQ＋ib＝IBQ＋Ibmsint＝（30＋10sint）μAiC＝ICQ＋ic＝ICQ＋Icmsint＝（3＋sint）mAuCE＝UCEQ＋uce＝UCEQ-Ucemsint＝(3-sint)V（4）求Au=uo/uiuo＝uce＝(sint)V例2.2.2解：（1）画直流通路，直流图解确定Q点IBQ＝30μAICQ＝3mAUBEQ≈0.7VUCEQ＝3V（2）交流图解求三极管的动态电流、电压（3）求三极管瞬时电流、电压uBE＝UBEQ＋ui＝UBEQ＋Uimsint＝(0.7＋0.01sint)ViB＝IBQ＋ib＝IBQ＋Ibmsint＝（30＋10sint）μAiC＝ICQ＋ic＝ICQ＋Icmsint＝（3＋sint）mAuCE＝UCEQ＋uce＝UCEQUcemsint＝(sint)V（4）求Au=uo/ui可见该电路实现了交流电压放大作用负号表明输出电压与输入电压相位相反100)mV(sin10)V(siniottuuAuuo＝uce＝(sint)V讨论：CE放大电路工作波形有何特点？ib、ic与ube同相，uce与它们反相信号很小，管子能始终线性工作因此电流得到不失真放大电压得到不失真放大电流、电压的大小随信号的变化而变化，但其极性始终不变，极性由静态量决定。判定波形失真的类型截止区iC/mAuCE/VOtiC/mAOQQ2Q1饱和区ICVCEtOuCE/V饱和失真截止失真9.确定如何调整工作点，以减少输出电压和电流的失真程度Q点位于交流负载线的中点处非线性失真现象：Q点过低引起截止失真Q点过高引起饱和失真信号太大引起饱和、截止失真讨论：为实现不失真放大，应注意什么？应提高Q点应降低Q点应减小信号措施：可见：为实现不失真放大，应保证Q点合适，信号在动态范围内变化*例用示波器观测到图（a）所示电路的uo波形如图（b）所示，试问这是何种失真？如何调节RB的移动触点才能消除之？答：截止失真触点下移(RB减小，IB增大，Q点上升）作业：P822.9图解法的优缺点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。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。二、三极管的小信号模型（微变等效电路）分析法二、三极管的小信号模型（微变等效电路）分析法微变等效电路把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件晶体管在小信号（微变）情况下，在静态工作点附近小范围内，晶体管的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。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CEQCECEQCEbbeBBEbeUuUuiuiur称为三极管的共发射极输出电阻，为动态电阻。很大。BQBBQBcceCCEceIiIiiuiur如何获取三极管小信号模型参数？UA称为厄尔利电压查手册中hfe(mA)mV)(26)1(200)1(EQEQTbbEQTbbbeIIUrIUrrCQAceIUr讨论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。1.三极管输入回路的等效当输入信号较小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。VBEIBQ输入特性iBuBEO常数Ubbe常数UBBEbeCECEiuΔiΔur晶体管的输入电阻:三极管的B、E两端可等效为一个线性电阻rbe。)()(26)1(200bemAImVrrrEQebbb其中：rbb'为基区材料体电阻，取值一般为100~300Ω；rb'e为发射结电阻；在线性工作区，输出曲线是一簇等距平行直线。晶体管的电流放大系数常数iiΔiΔiβCEQCECEQCEUubcUuBC三极管C、E两端可用一受控电流源ic=ib等效代替。输出特性ICUCEQO一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。2.三极管输出回路的等效三极管及其微变等效电路+–Tuce–+ubeibebciCβibrbe+–bcuce–+ubeeiCib3.放大电路的微变等效电路(1)微变等效电路法的动态分析步骤计算Q点及交流参数rbe；②画放大电路的交流通路；③画微变等效电路；④根据微变等效电路求解Au、ri、ro；①画直流通路：ui=0；电容开路、电感短路。直流电压源、耦合电容短路。三极管的b、e间用交流电阻rbe代替；三极管的c、e间用受控电流源βib代替。)()(26)1(200bemAImVrrrEQebbb(2)单管共射放大电路中的两条通路分析1.直流通路分析(ui=0)交流输入信号ui=0；只有直流信号的作用；画直流通路的方法：电容开路；电感短路。（为什么？）TUCCRBRCC1C2++ui+–uo+–TUCCRBRC断开断开计算静态工作点TVCCRBRCUBEQ+–UCEQ+–IBQICQBBECCQBRUUIBCCBRVIQ当UBEQUCC时，由KVL:VCC=IBQRB+UBEQBCIIQ根据电流放大作用：由KVL:VCC=ICQRC+UCEQUCEQ=VCC–ICQRC工程中，常将RB设置成可调电阻，方便调试静态值。交流通路TRBui+–uo+–RCRL2.交流通路分析交流通路：交流信号通过的电路；画交流通路的方法：直流电压源、耦合电容视为短路；（为什么？）注意：输出端有负载！短路短路对地短路共射放大电路的交流通路bceRBui+–uo+–RCRLiiibicTRBui+–uo+–RCRL交流通路ibTVCCRBRCC1C2++vi+–uo+–ic(2)共射极放大电路的微变等效电路rbeβib微变等效电路例共射极单管放大电路如图所示。设UBEQ=0.7V，β=100,试用微变等效电路法估算：(1)静态的IBQ，ICQ和UCEQ；ibT1VCC+12VRB300KC1C2++vi+–uo+–icRC2KRL2K共射极放大电路T1RB300KRC2K直流通路VCC+12V解：(1)静态分析A37.7RUVIBBECCQBmAIIQ77.3BCUCEQ=VCC–ICQRC=4.46V890261200261200be)mA(I)mV()()mA(I)mV()(rrrCQEQebbb动态输入电阻rbe为：T1RB300KRC2K直流通路VCC+12V+–uo+–ibicRB300KRC2KRL2K微变等效电路iiui(2)动态分析T1vi+–uo+–交流通路ibicRB300KRC2KRL2Krbeβib例2.2.3解：图示硅三极管放大电路中，RS为信号源内阻，RL为外接负载电阻，C1、C2为隔直耦合电容，β=100，us=10sint（mV），试求iB、uBE、iC、uCE。（1）画直流通路，估算Q点UBEQ0.7VmA024.0mA4707.012BBEQBBQBRUVImA4.2mA024.0100BQCQIIV5.5V)7.24.212(CEQCCCEQRIVU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rbemA4.2CQCQBQEQIIII