三极管电路的小信号模型分析方法课件.ppt

1、 小信号模型分析法思路：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，使相同伏安特性的线性电路来等效，使本来很复杂的非线本来很复杂的非线 性电路的分析简化为线性电路的分析。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（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，通常先用估算法进行静态分析，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。再用小信号模型分析法进行动态分析。简简化化1. 三极管的小信号模型（又称三极管的小信号

2、模型（又称H 参数简化小信号模型）参数简化小信号模型）称为三极管的共发射极输入电阻，称为三极管的共发射极输入电阻，为动态电阻为动态电阻 CEQCECEQCEbbeBBEbeUuUuiuiur 称为三极管的共发射极输出电阻，称为三极管的共发射极输出电阻，为动态电阻。很大。为动态电阻。很大。BQBBQBcceCCEceIiIiiuiur 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称为厄尔利称为厄尔利电压电压 查手册中查手册中h femAmV26)1(200 )1(EQBQTbb EQTbb beIIUrIUrr CQAceIUr 讨论讨论1. 小信号模型能否用于分析小信号模型

3、能否用于分析Q点？点？3. 该小信号模型能否用于分析该小信号模型能否用于分析PNP管电路？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？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. 受控源电流源受控源电流源 ib 的流向可否假定？的流向可否假定？ 5. 电阻电阻rbe、rce可否用万用表测得？可否用万用表测得？ 讨论小结：讨论小结：对对小信号模型小信号模型应注意应注意 （1）适用条件：放大区、低频、小信号）适用条件：放大区、低频、小信号 （2）参数与）参数与Q点有关；点有关； 等效电阻是动态电阻。等效电阻是动态电阻。 步骤步骤：（1）画出放大电路的直流通路

4、，求）画出放大电路的直流通路，求Q点。点。 （2）画出放大电路的交流通路，然后用三极管小信号）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。路的小信号等效电路。 （3）计算）计算rbe 和放大电路动态电流、电压、性能参数。和放大电路动态电流、电压、性能参数。直流通路：直流通路：指静态电流的通路，用以确定静点工作点。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放大电路的小信号模型分析法交流通路：交流通路：指动态电流的通路，用以给信号提供传输路径，指动态电流的通路，用以

5、给信号提供传输路径，利用之可方便分析电路性能。利用之可方便分析电路性能。画法：画法：将电路中的电容断开，将信号电压源短路但保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。留其内阻，其它元器件保留。画法：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。（直流电流源看成开路），其它元器件保留。例例2.2.3解：解：图示硅三极管放大电路中，图示硅三极管放大电路中，RS为信号源内阻，为信号源内阻，RL为外为外接负载电阻，接负载电阻，C1、C2为隔直耦合电容，为隔直耦合电容，=100，us=

6、10sin t（mV），试求），试求 iB、uBE、iC、uCE 。 （1）画直流通路，估算）画直流通路，估算Q点点UBEQ 0.7VmA024. 0mA4707 . 012BBEQBBQB RUVImA4 .2mA024.0100BQCQ II V5 . 5V)7 . 24 . 212(CEQCCCEQ RIVU例例2.2.3 解续：解续：交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号等效电路）画交流通路和小信号等效电路交流电流流通路径交流电流流通路径例例2.2.3 解续：解续：小信号等效电路小信号等效电路交流通路交流通路（2）画交流通路和小信号模型等效电路）画交流通路和小信号模型等效电路（3）求

7、）求 rbemA4 . 2CQCQBQEQ IIII kIUrr3 . 14 . 226)1001(200)1(EQTbbbe 例例2.2.3 解续：解续：（4）求动态量）求动态量 ube、ib、ic、ucemV sin2 . 7mV3 . 14703 . 147051. 03 . 14703 . 1470 sin10/sbeBSbeBbetturRRrRu A sin5 . 5A3 . 1sin2 . 7bebebttrui mA sin0.55A sin5 . 5100 bcttii V sin85. 0V 6 . 37 . 26 . 37 . 2sin55. 0)/(LCccettRRi

8、u （5）求总量）求总量 uBE、iB、iC、uCEV ) sin102 . 70.7(3beBEQBEtuUu A )sin5 . 524(bBQBtiIi mA )sin55. 04 . 2(cCQCtiIi V ) sin85. 05 . 5(ceCEQCEtuUu 例例2.2.3 解续：解续：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、

9、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 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：课间休息课间休息2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性场效应管的结构、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基本应用电路及其分析方法场效应管概述场效

10、应管概述场效应管概述场效应管概述场效应管场效应管 FET ( (Field Effect Transistor) )优点：优点：(2) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、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。功耗小、宜大规模集成。(1) 输入阻抗高输入阻抗高 ( (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) )类类型型金属氧化物半导体型（金属氧化物半导体型（MOSFET型即型即 MetalOxideSemiconductor type Field Effect Transistor）结型结型 （JFET型即型即 Junction Fiel

11、d Effect Transistor)N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型场效应管概述场效应管概述NMOSPMOSEDED1.种类与结构种类与结构(2) B、S不连，不连，S、D可互换；可互换；若连，则不可。若连，则不可。（1）G绝缘绝缘IGFET(MOSFET)(3)单独使用要连，单独使用要连，IC中不中不连，且连，且USB0，才能工作。，才能工作。（4）符号）符号 B2.3.1 MOS场效应管的结构、工作原理及伏安特性场效应管的结构、工作原理及伏安特性（1) ) uGS 对输出电流对输出电流iD 的控制作用的控制作用a. uGS = 0

12、时时 ，无导电沟道。，无导电沟道。b. 给给uGS 加正电压，当加正电压，当uGS UGS( (th) ) 时，栅极表面层形成导电沟道时，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始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（开启电压（ UGS( (th) ) ）2. 工作原理工作原理（1) ) uGS 对输出电流对输出电流iD 的控制作用的控制作用a. uGS = 0时时 ，无导电沟道。，无导电沟道。b. 给给uGS 加正电压，当加正电压，当uGS UGS( (th) ) 时，栅极表面层形成导电沟道时，栅极表面层形成导电沟道 c. 增大增大uGS ，则导电沟道加宽。，则导电沟道

13、加宽。开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开始形成导电沟道所需的栅源电压称为开启电压（开启电压（ UGS( (th) ) ）改变改变uGS可控制导电沟道的宽窄，从而控制可控制导电沟道的宽窄，从而控制输出电流输出电流iD的大小。的大小。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。n 当当uGD = UGS( (th)

14、时，时，漏极附近漏极附近 反型层消失，称为预夹断。反型层消失，称为预夹断。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用n DS 间的电位差使沟道呈锥形，间的电位差使沟道呈锥形， 靠近漏极端的沟道最窄。靠近漏极端的沟道最窄。n 当当uGD = UGS( (th) 时，时，漏极附近漏极附近 反型层消失，称为预夹断。反型层消失，称为预夹断。n 继续增大继续增大uDS 时，时，预夹断点预夹断点 向源极移动。向源极移动。（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用预夹断发生之前：预夹断发生之前： uDS iD 因为预夹断发生之前因为预夹断发生之前沟道电阻近似为常数沟道电阻

15、近似为常数（2）uDS 对输出电流对输出电流 iD的控制作用的控制作用预夹断发生之前：预夹断发生之前： uDS iD 因为预夹断发生之后：因为预夹断发生之后：uAS为常数，且为常数，且A、S间间的沟道电阻近似为常数的沟道电阻近似为常数预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变不变( (1) ) 输出特性输出特性常数常数 DSDGS)( uufiuDS uGS UGS( (th) ) , , 已预夹断。已预夹断。压控恒流特性、放大特性压控恒流特性、放大特性3. 伏安特性伏安特性uDS uGS UGS( (th) )即未预夹断即未预夹断压控电阻特性压控电阻特性n 可变电阻区（非饱和区）可变

16、电阻区（非饱和区）n 放大区放大区( (饱和饱和区区) )n 截止区截止区uGS UGS( (th) ) 沟道全夹断沟道全夹断 iD = 0 提示：提示：1. FET和和BJT的饱和区的饱和区 含义、特性不同。含义、特性不同。2. 全夹断与预夹断不同。全夹断与预夹断不同。特点：特点：iD0条件：条件：uGSUGS(th); uDSuGS- UGS(th)KuirGSUDSDds1特点：UGSK rds压控电阻压控电阻uDS小小条件：条件：uGSUGS(th); uDSuGS- UGS(th)（2) ) 转移特性转移特性常常数数 DS)(GSDuufi当当EMOS管工作于放大区时，电流方程为管工

17、作于放大区时，电流方程为2GS(th)GSDOD)1( UuIiuGS = 2UGS( (th) ) 时的时的 iD 值值饱和区时，饱和区时，为一族重叠曲线为一族重叠曲线二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET1. 结构、符号与工作原理结构、符号与工作原理n 制造时在制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成时已形成 沟道。沟道。改变改变uGS可控制导电沟道的宽窄，可控制导电沟道的宽窄，当当uGS UGS( (off) ) 时，时， 沟道全夹断。沟

18、道全夹断。简称简称NDMOS管管1. 结构、符号与工作原理结构、符号与工作原理n 制造时在制造时在Sio2 绝缘层中掺入正离子，故在绝缘层中掺入正离子，故在 uGS = 0 时已形成时已形成 沟道。沟道。改变改变uGS可控制导电沟道的宽窄，可控制导电沟道的宽窄，当当uGS UGS( (off) ) 时，时， 沟道全夹断。沟道全夹断。n 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，只有在效应管；无原始导电沟道，只有在u uGSGS绝对值大于开启电压绝对值大于开启电压 u uGS(th)GS(th)绝对值后才能形

19、成导电沟道的，称为增强型场效应管绝对值后才能形成导电沟道的，称为增强型场效应管n 耗尽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导电沟道全夹断时对应的的栅源电压称为 夹断电压（夹断电压（ UGS( (off) ) ）。）。二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET2. 伏安特性伏安特性夹断电压夹断电压饱和漏极电流饱和漏极电流2(off)1(GSGSDSSDUuIi 当当DMOS管工作于放大区时，管工作于放大区时，uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便。取正、负、零都可以，因此使用更方便。夹断电压夹断电压饱和漏极电流饱和漏极电流P 沟道沟道增强型增强型P 沟道沟道耗尽型

20、耗尽型SGDBSGDB三、三、P 沟道沟道 MOSFET结构对偶结构对偶N 沟道沟道增强型增强型N 沟道沟道耗尽型耗尽型SGDBP型衬底型衬底N+N+S DGBSGDBiDiDiDiD精品课件精品课件！精品课件精品课件！MOSFET 伏安特性的比较伏安特性的比较N N 沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETN 沟道增强型沟道增强型MOSFET2uGS /ViD /mAUGS(th)O uDS /ViD /mAuGS = 8 V6 V4 V2 VO uDS /ViD /mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS = 2 OuGS /ViD /mAUGS(th)O uDS /ViD /mAuGS = 2 V0 V-2 V-4 VUGS(off)IDSSuGS /ViD /mA 4 OuGS /ViD /mAO4UGS(off)IDSSO uDS /ViD /mA 4 V 2 V 0 V 2 VuGS = P 沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETP 沟道增强型沟道增强型MOSFET