三极管电路的小信号模型分析方法

2.2.3三极管放大电路及其分析方法一、图解分析法（1）画直流通路，直流图解确定Q点（2）交流图解求三极管的动态电流、电压（3）叠加，求三极管总电流、电压近似估算求UBEQ,BBEQBBBQRUVI，直流图解确定Q点作输出直流负载线CCCCCERiVu求ICQ,UCEQ输入特性求∆iB,输出特性求∆iC,∆uCE,（4）求Au=uo/ui图解法的优点:直观、形象，能观察放大的全过程，能求Au，能分析非线性失真，能求最大输出动态范围。图解法的缺点:麻烦、误差大。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。二、小信号模型分析法（微变等效电路分析法）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。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hfemAmV26)1(200)1(EQBQTbbEQTbbbeIIUrIUrrCQAceIUr讨论1.小信号模型能否用于分析Q点？3.该小信号模型能否用于分析PNP管电路？2.H参数简化小信号模型能否用于分析高频电路或大信号电路？4.受控源电流源ib的流向可否假定？5.电阻rbe、rce可否用万用表测得？讨论小结：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。步骤：（1）画出放大电路的直流通路，求Q点。（2）画出放大电路的交流通路，然后用三极管小信号模型取代交流通路中的三极管，得三极管放大电路的小信号等效电路。（3）计算rbe和放大电路动态电流、电压、性能参数。直流通路：指静态电流的通路，用以确定静点工作点。2.放大电路的小信号模型分析法交流通路：指动态电流的通路，用以给信号提供传输路径，利用之可方便分析电路性能。画法：将电路中的电容断开，将信号电压源短路但保留其内阻，其它元器件保留。画法：将电路中的耦合电容、旁路电容和直流电压源看成短路（直流电流源看成开路），其它元器件保留。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kIUrr3.14.226)1001(200)1(EQTbb'be例2.2.3解续：（4）求动态量ube、ib、ic、ucemVsin2.7mV3.14703.147051.03.14703.1470sin10////sbeBSbeBbetturRRrRuAμsin5.5Aμ3.1sin2.7bebebttruimAsin0.55Aμsin5.5100bcttiiVsin85.0V6.37.26.37.2sin55.0)//(LCccettRRiu（5）求总量uBE、iB、iC、uCEV)sin102.70.7(3beBEQBEtuUuAμ)sin5.524(bBQBtiIimA)sin55.04.2(cCQCtiIiV)sin85.05.5(ceCEQCEtuUu例2.2.3解续：1.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。2.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。3.了解三极管开关电路及其分析。主要要求：1.直流通路、交流通路、放大电路小信号等效电路的画法。2.三极管直流电路的工作点估算。重点：2.2复习要点课间休息2.3单极型半导体三极管及其电路分析2.3.1MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性2.3.2结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性2.3.3场效应管的主要参数2.3.4场效应管基本应用电路及其分析方法场效应管概述场效应管概述场效应管FET(FieldEffectTransistor)优点：(2)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、功耗小、宜大规模集成。(1)输入阻抗高(1071015，IGFET可高达1015)类型金属－氧化物－半导体型（MOSFET型即Metal－Oxide－SemiconductortypeFieldEffectTransistor）结型（JFET型即JunctionFieldEffectTransistor)N沟道P沟道N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型场效应管概述NMOSPMOSEDED1.种类与结构(2)B、S不连，S、D可互换；若连，则不可。（1）G绝缘→IGFET(MOSFET)(3)单独使用要连，IC中不连，且USB0，才能工作。（4）符号B2.3.1MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性（1)uGS对输出电流iD的控制作用a.uGS=0时，无导电沟道。b.给uGS加正电压，当uGSUGS(th)时，栅极表面层形成导电沟道开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（UGS(th)）2.工作原理（1)uGS对输出电流iD的控制作用a.uGS=0时，无导电沟道。b.给uGS加正电压，当uGSUGS(th)时，栅极表面层形成导电沟道c.增大uGS，则导电沟道加宽。开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（UGS(th)）改变uGS可控制导电沟道的宽窄，从而控制输出电流iD的大小。（2）uDS对输出电流iD的控制作用DS间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。（2）uDS对输出电流iD的控制作用DS间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。当uGD=UGS(th)时，漏极附近反型层消失，称为预夹断。（2）uDS对输出电流iD的控制作用DS间的电位差使沟道呈锥形，靠近漏极端的沟道最窄。当uGD=UGS(th)时，漏极附近反型层消失，称为预夹断。继续增大uDS时，预夹断点向源极移动。（2）uDS对输出电流iD的控制作用预夹断发生之前：uDSiD因为预夹断发生之前沟道电阻近似为常数（2）uDS对输出电流iD的控制作用预夹断发生之前：uDSiD因为预夹断发生之后：uAS为常数，且A、S间的沟道电阻近似为常数预夹断发生之后：uDSiD不变(1)输出特性常数DSDGS)(uufiuDSuGSUGS(th),已预夹断。压控恒流特性、放大特性3.伏安特性uDSuGSUGS(th)即未预夹断压控电阻特性可变电阻区（非饱和区）放大区(饱和区)截止区uGSUGS(th)沟道全夹断iD=0提示：1.FET和BJT的饱和区含义、特性不同。2.全夹断与预夹断不同。特点：iD≈0条件：uGSUGS(th)特点：△iD≈gm△uGS条件：uGSUGS(th);uDSuGS-UGS(th)KuirGSUDSDds1特点：UGS↑→K↑→rds↓→压控电阻uDS小条件：uGSUGS(th);uDSuGS-UGS(th)若认为UGS(th)=UGS(off)，与NJFET的条件对应。三个工作区：uDSuGS-UGS(th)（2)转移特性常数DS)(GSDuufi当EMOS管工作于放大区时，电流方程为2GS(th)GSDOD)1(UuIiuGS=2UGS(th)时的iD值饱和区时，为一族重叠曲线二、N沟道耗尽型MOSFET二、N沟道耗尽型MOSFET二、N沟道耗尽型MOSFET1.结构、符号与工作原理制造时在Sio2绝缘层中掺入正离子，故在uGS=0时已形成沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGSUGS(off)时，沟道全夹断。简称NDMOS管1.结构、符号与工作原理制造时在Sio2绝缘层中掺入正离子，故在uGS=0时已形成沟道。改变uGS可控制导电沟道的宽窄，当uGSUGS(off)时，沟道全夹断。栅源电压为零时存在原始导电沟道的场效应管称为耗尽型场效应管；无原始导电沟道，只有在uGS绝对值大于开启电压uGS(th)绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管耗尽型场效应管导电沟道全夹断时对应的的栅源电压称为夹断电压（UGS(off)）。二、N沟道耗尽型MOSFET2.伏安特性夹断电压饱和漏极电流2(off))1(GSGSDSSDUuIi当DMOS管工作于放大区时，uGS取正、负、零都可以，因此使用更方便。夹断电压饱和漏极电流P沟道增强型P沟道耗尽型SGDBSGDB三、P沟道MOSFET结构对偶N沟道增强型N沟道耗尽型SGDBP型衬底N+N+SDGBSGDBiDiDiDiDMOSFET伏安特性的比较N沟道耗尽型MOSFETN沟道增强型MOSFET2uGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mAuGS=8V6V4V2VOuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=－–2OuGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mAuGS=2V0V-2V-4VUGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–4OuGS/ViD/mAO4UGS(off)IDSSOuDS/ViD/mA4V2V0V–2VuGS=－P沟道耗尽型MOSFETP沟道增强型MOSFET