低频电子电路3章(20120314).ppt

低频电子电路 何丰,-人民邮电出版社,21世纪高等院校信息与通信工程规划教材,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,第三章 半导体受控器件的分析,因半导体PN结的复杂性，导致非线性导电具有区域特性，区域特性是分析的关键点。 -具体包含： 区域条件 区域模型与表达方式,低频电子电路,总论：,3.4 应用目标、非线性元器件的区域特性和分析方法的选取,3.2 非线性受控器件的求解分析与应用,3.1 非线性半导体元器件的分析概述,第三章 半导体受控器件的分析,回顾第一章分析,具体方法,大范围锁定工作点,3.3 直流工作点分析,低频电子电路,1. 明确非线性元器件工作区域,2. 明确非线性元器件是否需要工作点平台,第三章 半导体受控器件的分析,3.1 非线性半导体元器件的分析概述,3.1 非线性半导体元器件的分析概述,回顾第一章例题,1.3.2 或门电路,（二极管上电压在大范围的内确定),第三章 半导体受控器件的分析,回顾第一章例题,1.4.3 全波整流电路,（二极管上电压在大范围内变化),第三章 半导体受控器件的分析,回顾第一章例题,1.3.2 电位平移电路,（二极管上电压在导通区内的较小范围变化),工作点,第三章 半导体受控器件的分析,.,要点：输出应属高低电位情况，即是在非线性大范围内求点。,具体步骤：分别以两种输入电平出发来分析。,3.2 非线性受控电流器件的求解分析,3.2.1 晶体管非门基础电路,第三章 半导体受控器件的分析,已知：输入只有5V和0V两种情况。,要点：发射结反偏，集电结反偏。-管子截止，输出高电位5V。,要点：管子导通（放大、饱和或击穿）-电阻参数合理情况下，管子可以处于饱和，输出低电位(约等于0V)。,3.2.1 晶体管非门基础电路,第三章 半导体受控器件的分析,要点：管子导通（放大、饱和）。,第三章 半导体受控器件的分析,在电阻 或 较大情况下，管子均可以处于饱和状态，输出低电位约等于0V。,管子处于放大区，在信号作用下的小范围变化时的近似线性等效电路。,3.2.2 晶体管微变等效电路分析法及条件,第三章 半导体受控器件的分析,说明如下：,第三章 半导体受控器件的分析,放大情况-小信号基础电路模型,（1）输入与二极管相似,（2）输出 受 的控制,按结构精细化模型,发射极E,基极B,集电极C,发射结,集电结,第三章 半导体受控器件的分析,参数的数学表达,第三章 半导体受控器件的分析,（1）,其中，（1）参数 的为放大情况下的发射结交流小信号等效电阻；（2）低频晶体管 为200 300，高频晶体管约几十欧姆。,第三章 半导体受控器件的分析,（2）,参数的数学表达,放大倍数与跨导的关系,第三章 半导体受控器件的分析,（3）,参数的数学表达,即：,条件：管子处于饱和区，在信号作用下的小范围变化时的近似线性等效电路。,3.2.3 场效应管微变等效电路,第三章 半导体受控器件的分析,电路模型,第三章 半导体受控器件的分析,注：各种场效应管的小信号特性相同。,饱和时，输入电阻极大,场效应管衬底（或背栅）跨导,第三章 半导体受控器件的分析,参数的数 学 表 达,（2）,（3）,（4）,（1）,按结构精细化小信号模型说明,第三章 半导体受控器件的分析,要点：直流电源作用下的计算问题。,具体步骤：（1）直流通路,3.3 直流工作点分析,3.3.1 工作点的建立及近似计算,（2）近似计算法或作图法的选择,第三章 半导体受控器件的分析,具体步骤：（1）画出直流通路（c） ,其中 E0,3.3.1 工作点的建立及近似计算,（2）近似计算法或作图法的选择,双电源供电方案,第三章 半导体受控器件的分析,结论分析：计算结果显然与放大区假设矛盾，计算结果不可信。,采用近似计算方法,（2）晶体管特性描述,第三章 半导体受控器件的分析,VBE(on) 、 ICBO 0,（3）设其它元器件参数已知,（1）假设晶体管处于放大区,晶体管PN结必然均处于反偏状态。即,采用近似计算方法,第三章 半导体受控器件的分析,在 E0条件下，晶体管发射极反偏，基极电流不可能小于0。结合上述计算,判断计算结论与之前“放大区”假设是否矛盾，若不矛盾，则计算结果可信。,采用近似计算方法的要点,第三章 半导体受控器件的分析,首先，假设晶体管处于放大区，并按放大区计算。,若矛盾，则应结合计算结果，正确判断晶体管所处区域，再根据该区域的情况另行计算。,作图法与采用作图法对前述计算的说明,则晶体管特性可描述为如下图所示的实线直线。,第三章 半导体受控器件的分析,（1）假设晶体管在任何情况下均处于处于放大区，,晶体管B、E之外的线性电路特性,第三章 半导体受控器件的分析,（2）输入回路,-输入直流负载线,将输入直流负载线与晶体管特性画在同一图上，所得交点，即为所求工作点。,第三章 半导体受控器件的分析,显然，Q点是在假设晶体管始终处于放大区条件下得到的结果，即与计算法结论对应，即,而Q点才是依据真实晶体管获得的结果，即,这与计算法的最终结果一致。,晶体管C、E之外的线性电路特性,第三章 半导体受控器件的分析,（3）输出回路,-输出直流负载线,将输入直流负载线与晶体管特性画在同一图上，所得交点，即为所求工作点。,第三章 半导体受控器件的分析,显然，Q点是在假设晶体管始终处于放大区条件下得到的结果，即与计算法结论对应，即,而Q点才是依据真实晶体管获得的结果，即,这与计算法的最终结果一致。,注：作图法有利于解题思路的建立,（2）选择近似解析计算法,（1）基于场效应管的电压控制原理，以及该电路可能会处于饱和区，假定就处于饱和区。,第三章 半导体受控器件的分析,单电源供电方案,（4）代入数值，计算得,依据与晶体管类似，可判断该该场效应管处于非饱和区工作，于是根据非饱和区 近似为零的情况，可得,第三章 半导体受控器件的分析,和,（1）温度变化前,3.3.2 工作点的稳定性,（2）温度升高30 后,实际问题提出,，,，,。,结论：管子靠近饱和区。,第三章 半导体受控器件的分析,保持集电极电流稳定，就可以保证CE之间电压稳定，即达到稳定放大区工作点的目的。,实际典型改进电路,，,，,。,第三章 半导体受控器件的分析,保持集电极电流稳定，就可以保证CE之间电压稳定，即达到稳定放大区工作点的目的。,实际典型改进电路,，,，,。,第三章 半导体受控器件的分析,实际典型工作点稳定电路原理,，,，,。,结论：发射极电阻是稳定集 电极电流的关键。,第三章 半导体受控器件的分析,注：,关键:,即:,工作点稳定电路条件,，,，,。,为了提高效果，希望基极电位稳定，也就是 ，即,即满足,第三章 半导体受控器件的分析,工程条件：,（1）,时，等式（1）成立。,要点：电路数学目标、电路构成、分析手段、 分析结论与改进。,具体实例（1）电路数学要求,3.4 运用目标、非线性元器件的区域特性和分析方法的选取,（2）小信号分析计算,第三章 半导体受控器件的分析,第三章 半导体受控器件的分析,交流通过电容，引起基极电流变化，经完成交流比例变换，最后再经电容将变换后的交流引出。,通过直流通路，将晶体管工作点推向放大区；,电路构造,第三章 半导体受控器件的分析,工作点处于放