极管基本应用及其分析方法.ppt

2.2 三极管基本应用及其分析方法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三极管放大电路及其分析方法2.2.3 三极管开关电路三极管开关电路概述概述概述概述三极管基本应用三极管基本应用根据放大特性构成放大根据放大特性构成放大电电路路根据根据饱饱和区、截止区所具有的和区、截止区所具有的开关特性构成开关开关特性构成开关电电路。路。根据恒流特性构成根据恒流特性构成电电流源流源电电路路分析方法分析方法图图解法解法模型分析法或工程近似分析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：确定三极管直流电路主要作用：确定Q点或构成电流源电路。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。分析方法：主要采用工程近似分析法，也可用图解法。例例2.2.1 图图示示为为某硅三极管的直流某硅三极管的直流电电路和路和输输出特性曲出特性曲线线，试试求求该该直流直流电电路中的路中的基极基极电电流、集流、集电电极极电电流、流、发发射射结电压结电压和集和集-射极射极电压电压（通常分（通常分别别用用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示）。表示）。2.2.1 三极管直流电路的分析三极管直流电路的分析例例2.2.1解：解：（1 1）用工程近似分析法求解）用工程近似分析法求解 UBEQ0.7V 放大区内放大区内iB每每增大增大10A时时，iC约约增大增大1mA，故可得，故可得 =1mA/10A=100 设设三极管三极管处处于放大状于放大状态态，则则 可可见见三极管确三极管确实实工作于放大状工作于放大状态态，其基极，其基极电电流、集流、集电电极极电电流、流、发发射射结电压结电压和集和集-射极射极电压电压分分别为别为 IBQ=30A ICQ=3mA UBEQ 0.7V UCEQ=3V 3V0.3V例例2.2.1解解 续：续：（2）用）用图图解分析法求解解分析法求解 首先由首先由UBEQ0.7V，估算得，估算得 IBQ30A由于由于VCC6V，RC1k，令，令iC0，则则uCEVCC6V，可得横，可得横轴轴截点截点（6V，0）；令）；令uCE=0，得，得 iC=VCC/RC=6V/1k=6mA,可得可得纵轴纵轴截截点（点（0，6mA）。）。连连接点接点M、N，便得直流，便得直流负载线负载线MN。根据根据输输出回路直流出回路直流负载负载方程方程，作，作输输出直流出直流负载线负载线MN例例2.2.1解解 续：续：（2）用）用图图解分析法求解解分析法求解 首先由首先由UBEQ0.7V，估算得，估算得 IBQ30A直流直流负载线负载线与与 IBQ=30A对应对应的的输输出曲出曲线线相交于相交于Q点，由点，由Q点坐点坐标标可可读读得得 ICQ3mA UCEQ3V根据根据输输出回路直流出回路直流负载负载方程方程，作，作输输出直流出直流负载线负载线MN2.2.2 三极管放大电路及其分析方法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。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，也可用图解法分析方法：主要采用小信号模型分析法，也可用图解法 为为便于分析，通常便于分析，通常对对符号有符号有约约定，以定，以发发射射结电压结电压和基极和基极电电流流为为例：例：静静态态量量为为 UBE、IB（或（或UBEQ、IBQ）动态动态量的瞬量的瞬时时量量为为 ube、ib 动态动态量的有效量的有效值为值为 Ube、Ib 动态动态量的幅量的幅值为值为 Ubem、Ibm 正弦波信号的相量正弦波信号的相量为为 、总总量（等于静量（等于静态态量加量加动态动态量）量）为为 uBE、iB 一、图解分析法一、图解分析法例例2.2.2 图（图（a）为三极管放大电路，）为三极管放大电路，u i=10 sin t（mV）。电。电容容C1、C2 对交流信号呈现的容抗近似为零。三极管输入、对交流信号呈现的容抗近似为零。三极管输入、输出特输出特性曲线如性曲线如图图（b）所示）所示，试用图解法求三极管的输入电流试用图解法求三极管的输入电流iB、输入、输入电压电压uBE、输出电流、输出电流iC、输出电压、输出电压uCE和放大电路的电压放大倍数和放大电路的电压放大倍数Au=uo/ui。例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流）画直流通路，直流图图解确定解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V 例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流）画直流通路，直流图图解确定解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V（2）交流）交流图图解求三极管的解求三极管的动态电动态电流、流、电压电压（3）求三极管瞬）求三极管瞬时电时电流、流、电压电压uBEUBEQu iUBEQU im sin t(0.70.01sin t)V iBIBQi bIBQI bm sin t（3010 sin t）A iCICQi cICQI cm sin t（3sin t）mA uCEUCEQuceUCEQ-U cem sin t(3-sin t)V（4）求求 Au=uo/ui uouce(sin t)V 例例2.2.2 解：解：（1 1）画直流通路，直流）画直流通路，直流图图解确定解确定Q Q点点IBQ30A ICQ3mA UBEQ0.7V UCEQ3V（2）交流）交流图图解求三极管的解求三极管的动态电动态电流、流、电压电压（3）求三极管瞬）求三极管瞬时电时电流、流、电压电压uBEUBEQu iUBEQU im sin t(0.70.01sin t)V iBIBQi bIBQI bm sin t（3010 sin t）A iCICQi cICQI cm sin t（3sin t）mA uCEUCEQuceUCEQ U cem sin t(sin t)V（4）求求 Au=uo/ui 可可见该电见该电路路实现实现了交流了交流电压电压放大作用放大作用 负负号表明号表明输输出出电压电压与与输输入入电压电压相位相反相位相反uouce(sin t)V 讨论：讨论：CE放大电路工作波形有何特点？放大电路工作波形有何特点？n ib、ic与与ube 同相，同相，uce与与它它们们反相反相n 信号很小，管子能始信号很小，管子能始终线终线性工作性工作 因此因此电电流得到不失真放大流得到不失真放大 电压电压得到不失真放大得到不失真放大n 电电流、流、电压电压的大小随信号的大小随信号的的变变 化而化而变变化，但其极性化，但其极性始始终终不不 变变，极性，极性由静由静态态量决定量决定。非线性非线性失真现象：失真现象：Q点过低点过低引起截止失真引起截止失真Q点过高点过高引起饱和失真引起饱和失真信号太大信号太大引起饱和、截止失真引起饱和、截止失真讨论：为实现不失真放大，应注意什么？讨论：为实现不失真放大，应注意什么？应提高应提高Q点点应降低应降低Q点点应减小信号应减小信号动态范围为动态范围为 2Uomm措施：措施：可见：为实现不失真放大，应保证可见：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点合适，信号在动态范围内变化*例例 用示波器观测用示波器观测到图（到图（a）所示电路的）所示电路的uo 波形如图（波形如图（b）所示，）所示，试问这是何种失真？如何调节试问这是何种失真？如何调节 RB 的移动触点才能消除之的移动触点才能消除之？答：截止失真答：截止失真 触点触点下移下移答：截止失真答：截止失真 图图解法解法的的优优缺点缺点 小信号模型分析法思路：小信号模型分析法思路：当信号足当信号足够够小小时时，三极管，三极管线线性工作，因此可用一个具有性工作，因此可用一个具有 相同伏安特性的相同伏安特性的线线性性电电路来等效，使路来等效，使本来很复本来很复杂杂的非的非线线 性性电电路的分析路的分析简简化化为线为线性性电电路的分析。路的分析。二、小信号模型分析法（二、小信号模型分析法（微变等效微变等效电路分析法）电路分析法）工程分析中，通常工程分析中，通常先用估算法先用估算法进进行静行静态态分析，分析，再用小信号模型分析法再用小信号模型分析法进进行行动态动态分析。分析。简简化化1.三极管的小信号模型（又称三极管的小信号模型（又称H 参数简化小信号模型）参数简化小信号模型）称称为为三极管的共三极管的共发发射极射极输输入入电电阻，阻，为动态电为动态电阻阻 称称为为三极管的共三极管的共发发射极射极输输出出电电阻，阻，为动态电为动态电阻。很大。阻。很大。如何获取三极管小信号模型参数？如何获取三极管小信号模型参数？UA称称为为厄厄尔尔利利电压电压 查查手册中手册中h fe讨论讨论1.小信号模型能否用于分析小信号模型能否用于分析Q点？点？3.该该小信号模型能否用于分析小信号模型能否用于分析PNP管管电电路？路？2.H 参数参数简简化小信号模型能否用于分析高化小信号模型能否用于分析高频电频电路或大信号路或大信号电电路？路？4.受控源受控源电电流源流源 ib 的流向可否假定？的流向可否假定？5.电电阻阻rbe、rce可否用万用表可否用万用表测测得？得？讨论讨论小小结结：对对小信号模型小信号模型应应注意注意 （1）适用条件：放大区、低）适用条件：放大区、低频频、小信号、小信号 （2）参数与）参数与Q点有关；点有关；等效等效电电阻是阻是动态电动态电阻。阻。步步骤骤：（1）画出放大）画出放大电电路的直流通路，求路的直流通路，求Q点。点。（2）画出放大）画出放大电电路的交流通路，然后用三极管小信号路的交流通路，然后用三极管小信号 模型取代交流通路中的三极管，得三极管放大模型取代交流通路中的三极管，得三极管放大电电 路的小信号等效路的小信号等效电电路。路。（3）计计算算rbe 和放大和放大电电路路动态电动态电流、流、电压电压、性能参数。、性能参数。直流通路：直流通路：指静指静态电态电流的通路，用以确定静点工作点。流的通路，用以确定静点工作点。画法：画法：将将电电路中的路中的电电容断开，将信号容断开，将信号电压电压源短路但保留其源短路但保留其 内阻，其它元器件保留。内阻，其它元器件保留。交流通路：交流通路：指指动态电动态电流的通路，用以流的通路，用以给给信号提供信号提供传输传输路径，路径，利用之可方便分析利用之可方便分析电电路性能。路性能。画法：画法：将将电电路中的耦合路中的耦合电电容、旁路容、旁路电电容和直流容和直流电压电压源看成源看成 短路（直流短路（直流电电流源看成开路），其它元器件保留。流源看成开路），其它元器件保留。2.放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法例例2.2.3解：解：图图示示硅硅三三极极管管放放大大电电路路中中，RS为为信信号号源源内内阻阻，RL为为外外接接负负载载电电阻阻，C1、C2为为隔隔直直耦耦合合电电容容，=100，us=10sin t（mV），），试试求求 iB、uBE、iC、uCE。（1）画直流通路，估算）画直流通路，估算Q点点UBEQ 0.7V例例2.2.3 解解续续：交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号等效）画交流通路和小信号等效电电路路交流交流电电流流通路径流流通路径例例2.2.3 解解续续：小信号等效小信号等效电电路路交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号模型等效）画交流通路和小信号模型等效电电路路（3）求）求 rbe例例2.2.3 解解续续：（4）求）求动态动态量量 ube、ib、ic、uce（5）求）求总总量量 uBE、iB、iC、uCE例例2.2.3 解解续续：作业：作业：饱和时饱和时C、E间等效为开关闭合，间等效为开关闭合，截止时截止时C、E间等效为开关断开间等效为开关断开 三极管开关三极管开关电电路中路中输输入信号的幅度入信号的幅度应应足足够够大，以大，以保证保证三极管可靠地工作于饱和或截止状态。三极管可靠地工作于饱和或截止状态。2.2.3 三极管开关电路三极管开关电路可靠关断条件：可靠关断条件：发发射射结结反偏或零偏反偏或零偏可靠可靠闭闭合条件：合条件：iB IBS或者：或者：对对NPN硅管硅管满满足足 UCE 0.3VICSICS 称集称集电电极极饱饱和和电电流流IBS 称基极称基极临临界界饱饱和和电电流流UCES称称饱饱和和压压降降UCES三极管的开、关条件是什么？三极管的开、关条件是什么？ICS由外由外电电路确定。路确定。例如：例如：例例2.2.4三极管开关三极管开关电电路分析路分析举举例例例例2.2.4 图图（a）所所示示硅硅三三极极管管电电路路中中，=50，输输入入电电压压为为一一方波，如方波，如图图(b)所示，所示，试试画出画出输输出出电压电压波形。波形。例例2.2.4 解：解：n uI=0 时时，三极管，三极管发发射射结结零偏截止，零偏截止，IC 0,故故uO 5V。n 当当uI=3.6V时时，设设三极管三极管饱饱和，和，则则 uO=UCES 0.3V 可可见见当当uI=3.6V时时，iBIBS，三三极极管管确确实实可可靠靠饱饱和，因此和，因此uO 0.3V。uO 波形如波形如图图（c）所示。）所示。而而实际基极电流实际基极电流 三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1图图示示电电路中三极管均路中三极管均为为硅管，硅管，试试求各求各电电路的路的 IC、UCE、UO*三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1解：解：图图（a）中，）中，发发射射结结正偏正偏导导通，故通，故UBE 0.7VIE=mA 1.77mA设三极管工作在放大状态，则设三极管工作在放大状态，则IC IE 1.77mA UO=UC=10V-1.775.1V=0.97VUCE=UC UE=0.97V (0.7V)=1.67V 由于由于UCE0.3V，故上述假，故上述假设设及及结论结论均正确均正确解：解：图图（b）中，）中，发发射射结结正偏正偏导导通，故通，故UEB 0.7VUE=2V+0.7V=2.7V设三极管工作在放大状态，则设三极管工作在放大状态，则IE=mA=1.43mAIC IE=1.43mAUO=UC=(31.43 6)V=1.71V UCE=UC UE=1.71V 2.7V=4.41V 由于由于该该PNP型硅管的型硅管的UCE 0.3V，故上，故上述假述假设设及及结论结论都是正确的都是正确的*三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习1 续续图图示示电电路中三极管均路中三极管均为为硅管，硅管，试试求各求各电电路的路的 IC、UCE、UO 三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习2*三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习2三三极极管管放放大大电电路路如如图图所所示示，VCC=12V，UBEQ=0.6V，=50，试试分分析析：（1）为为使使静静态态参参数数 ICQ=1.5 mA，UCEQ=6V，则则RC、RB 阻阻值值应应取取多多少少？（2）欲欲将将UCEQ 改改为为 3.3 V，RC值值不不变变，则则RB 阻阻值应值应改改为为多少？多少？解：解：（1）由由图图可得可得由于三极管工作在放大状由于三极管工作在放大状态态，故，故IBQ=ICQ/=1.5mA/50=0.03 m A*三极管电路分析综合练习三极管电路分析综合练习2 续续三三极极管管放放大大电电路路如如图图所所示示，VCC=12V，UBEQ=0.6V，=50，试试分分析析：（1）为为使使静静态态参参数数 ICQ=1.5 mA，UCEQ=6V，则则RC、RB 阻阻值值应应取取多多少少？（2）欲欲将将UCEQ 改改为为 3.3 V，RC值值不不变变，则则RB 阻阻值应值应改改为为多少？多少？解续：解续：（2）当）当UCEQ=3.3 V，RC=4k时时，得，得 IBQ=ICQ/=2.2/50=0.044 m A2.2复习复习要求要求1.掌握三极管直流电路的工程近似分析法，了解三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。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了解三极管开关电路及其分析。主要要求：主要要求：1.直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路2.的画法。的画法。2.三极管直流电路的工作点估算。三极管直流电路的工作点估算。重点：重点：2.2 复习要点复习要点作业：作业：建议自学附录：三极管使用常识建议自学附录：三极管使用常识