极管基本应用及其分析.ppt

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1、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根据放大特性构成放大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特性构成开关开关电电路路。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模型分析法或工程近似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

2、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

3、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例题：例题：P81 2.4(a)、(b)作业：作业：P81 2.4（b）（）（c）（）（e）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

4、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

5、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MN作业：作业：P81 2.6 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 u

6、be、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 2.2.2 单管共射放大电路的工作原理分析单管共射放大电路的工作原理分析iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2+ui+uo+iCiE1.1.静态静态静态静态(u ui i=0)=0)时的工作情况时的工作情况时的工作情况时的工作情况n n 无输入信号无输入信号无输入信号无输入信号(u ui i =0)=0)时时时时:u ui i =0=0；u uBEBE =U UBEBE；u

7、 uCECE =U UCECE；n n 波形图波形图波形图波形图UBEuBEtOIBiBtOICiCtOUCEuCEtO2.2.动态动态动态动态(v vi i 0)0)时的工作情况时的工作情况时的工作情况时的工作情况UBEIB？uce=iCRC C或或 uo=uce=iCRCuBE=UBE+ui ICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO 又又 uCE=VCC iC RC 即即 VCC iC RC =UCE+uce 由于直流分量由于直流分量UCE 及及VCC被被C2隔断隔断uo与与ui反相反相iBTuBE+uCEVCCRBRCC1C2+ui+uo+iCiEiB=IB+ibi

8、C=IC+icuCE=UCE+uce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

9、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

10、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 uCEUCEQ

11、uceUCEQ 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

12、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。判定波形失真的类型判定波形失真的类型判定波形失真的类型判定波形失真的类型截止区截止区iC C/mAuCE/VOtiC C/mAOQQ2Q1饱和区饱和区ICVCEtOuCE/V饱和失真饱和失真截止失真截止失真9.9.确定如何调整工作点，以减少输出电压和电流的确定如何调整工作点，以减少输出电压和电流的确定如何调整工作点，以减少输出电压和电流的确定如何调整工作点，以减少输出电压和电流的失真程度失真程度失真程度失真程度Q点位于交流负点位于交流负载线的中点处载线的中点处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

13、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

14、触点下移下移(RB减小，减小，IB增大，增大，Q点上升）点上升）作业：作业：P82 2.9 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。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。二、二、三极管的小信号

15、模型三极管的小信号模型 （微变等效电路）分析法（微变等效电路）分析法二、二、三极管的小信号模型三极管的小信号模型 （微变等效电路）分析法（微变等效电路）分析法n n 微变等效电路微变等效电路微变等效电路微变等效电路 把非线性的晶体管把非线性的晶体管把非线性的晶体管把非线性的晶体管线性化线性化线性化线性化，等效为一个线性元件。等效为一个线性元件。等效为一个线性元件。等效为一个线性元件。n n 线性化的条件线性化的条件线性化的条件线性化的条件 晶体管在晶体管在晶体管在晶体管在小信号小信号小信号小信号（微变）情况下，在静态工作点附近（微变）情况下，在静态工作点附近（微变）情况下，在静态工作点附近（微

16、变）情况下，在静态工作点附近小范围小范围小范围小范围内内内内，晶体管的特性曲线可用直线近似代替。，晶体管的特性曲线可用直线近似代替。，晶体管的特性曲线可用直线近似代替。，晶体管的特性曲线可用直线近似代替。n n 微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法微变等效电路法 利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析利用放大电路的微变等效电路分析计算计算计算计算放大电路放大电路放大电路放大电路电压放大倍电压放大倍电压放大倍电压放大倍数数数数A Au u、输入电阻、输入电阻、输入电阻、输入电阻r ri i、输出电阻、输出电阻、输出电阻、输出电阻r ro

17、o等。等。等。等。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

18、态电阻。阻。1.三极管输入回路的等效三极管输入回路的等效n 当当输入信号较小输入信号较小时，在静态工作点附近的输入特性在时，在静态工作点附近的输入特性在小范小范围内围内可近似线性化。可近似线性化。V VBEBE I IB BQ Q输入特性输入特性输入特性输入特性i iB Bu uBEBEOn 晶体管的输入电阻晶体管的输入电阻:n 三极管的三极管的B、E两端可等效为一个两端可等效为一个线性电阻线性电阻rbe。其中：其中：其中：其中：r rbbbb 为基区材料体电阻，取值一般为为基区材料体电阻，取值一般为为基区材料体电阻，取值一般为为基区材料体电阻，取值一般为100300100300；r rbeb

19、e为发为发为发为发射射射射结电结电结电结电阻；阻；阻；阻；n n 在线性工作区，输出曲线是一簇等距平行直线。在线性工作区，输出曲线是一簇等距平行直线。在线性工作区，输出曲线是一簇等距平行直线。在线性工作区，输出曲线是一簇等距平行直线。n n 晶体管的晶体管的晶体管的晶体管的电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数n n 三极管三极管三极管三极管C C、E E两端可用一受控电两端可用一受控电两端可用一受控电两端可用一受控电流源流源流源流源 i ic c=i ib b等效代替。等效代替。等效代替。等效代替。输出特性输出特性输出特性输出特性I IC CU UCECEQ QOn n 一般在一般

20、在一般在一般在2020200200之间，在手册之间，在手册之间，在手册之间，在手册中常用中常用中常用中常用h hfefe表示。表示。表示。表示。2.2.三极管输出回路的等效三极管输出回路的等效三极管输出回路的等效三极管输出回路的等效三极管及其微变等效电路三极管及其微变等效电路三极管及其微变等效电路三极管及其微变等效电路+Tuce+ubeibebciCib brbe+bcuce+ubeeiCib3.放大电路的微变等效电路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微变等效电路法的动态分析步骤计算计算计算计算Q Q点及交流参数点及交流参数点及交流参数点及交流参数r rbebe；画放大电

21、路的交流通路；画放大电路的交流通路；画放大电路的交流通路；画放大电路的交流通路；画微变等效电路；画微变等效电路；画微变等效电路；画微变等效电路；根据微变等效电路求解根据微变等效电路求解根据微变等效电路求解根据微变等效电路求解A Au u、r ri i、r ro o；画直流通路：画直流通路：画直流通路：画直流通路：u ui i=0=0=0=0；电容开路、电感短路。；电容开路、电感短路。；电容开路、电感短路。；电容开路、电感短路。直流电压源、耦合电容短路。直流电压源、耦合电容短路。直流电压源、耦合电容短路。直流电压源、耦合电容短路。n n 三极管的三极管的三极管的三极管的b b、e e间用间用间用

22、间用交流电阻交流电阻交流电阻交流电阻r rbebe代替；代替；代替；代替；n n 三极管的三极管的三极管的三极管的c c、e e间用间用间用间用受控电流源受控电流源受控电流源受控电流源i ib b代替。代替。代替。代替。(2)单管共射放大电路中的两条通路分析单管共射放大电路中的两条通路分析1.1.直流通路分析直流通路分析直流通路分析直流通路分析(u ui i=0)=0)n 交流输入信号交流输入信号 ui=0；只有直流信号的作用；只有直流信号的作用；n 画直流通路的方法：画直流通路的方法：电容开路；电感短路。电容开路；电感短路。（为什么？）（为什么？）TUCCRBRCC1C2+ui+uo+TUC

23、CRBRC断开断开断开断开计算静态工作点计算静态工作点计算静态工作点计算静态工作点T TV VCCCCR RB BR RC CU UBEQBEQ+U UCEQCEQ+I IBQBQI ICQCQ当当当当U UBEQBEQ 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

24、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

25、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 0.7V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

26、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，

27、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

28、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 A1.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：P82 2.10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