晶体管的基本应用

1、第第 2 章章 三极管三极管晶体管的基本应晶体管的基本应用用引引 言言2.2.2 晶体管开关电路晶体管开关电路2.2.1 晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析2.2.3 晶体管基本放大电路晶体管基本放大电路引引 言言基本思想基本思想 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路直流通路( (ui = 0) )为为静态。静态。 交流通路交流通路( (ui 0) )为为动态，动态，只考虑变化的电压和电

2、流只考虑变化的电压和电流画交流通路原则：画交流通路原则：1. 固定不变的电压源都视为短路；固定不变的电压源都视为短路；2. 固定不变的电流源都视为开路；固定不变的电流源都视为开路；3. 视电容对交流信号短路。视电容对交流信号短路。0j/1 C 第第 2 章章 基本方法基本方法图解法：图解法： 在输入、输出特性图上画交、直流负载线，在输入、输出特性图上画交、直流负载线， 求静态工作点求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。，分析动态波形及失真等。解析法：解析法：根据发射结导通压降估算根据发射结导通压降估算“Q”。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。第

3、第 2 章章 二、电量的符号表示规则二、电量的符号表示规则A AA大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) )；A小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化( (瞬时值瞬时值) )。大写大写表示直流量或总电量表示直流量或总电量( (总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值) )；小写小写表示交流分量。表示交流分量。总瞬时值总瞬时值直流量直流量交流瞬时值交流瞬时值beU交流有效值交流有效值直流量往往在下标中加注直流量往往在下标中加注QA 主要符号；主要符号； A 下标符号。下标符号。tuoBEuBEUbeubeU第第 2 章章 uBE = UBE

4、 + ube2.2.1 晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析第第 2 章章 【例【例2.2.1】某硅晶体管的直流电路和输出特性曲线如图某硅晶体管的直流电路和输出特性曲线如图所示，设所示，设 RB = 178 k ，求求 IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB6V6ViBiC1 k uCE/ViC/mA41023iB=10 A2030405060566UCEQ3QICQ 解解 (1)工程近似分析法工程近似分析法V7 . 0BEQ UBBEQBBBQRUVI mA03. 0mA1787 . 06 由特性曲线可估算出由特性曲线可估算出100100BQCQ I

5、I mA3 CCQCCCEQRIVU V3136 V7 . 0 故晶体管工故晶体管工作在放大区作在放大区2.2.1 晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析第第 2 章章 【例【例2.2.1】某硅晶体管的直流电路和输出特性曲线如图某硅晶体管的直流电路和输出特性曲线如图所示，设所示，设 RB = 178 k ，求求 IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB6V6ViBiC1 k uCE/ViC/mA41023iB=10 A2030405060566UCEQ3QICQ 解解 (2)图解分析法图解分析法V7 . 0BEQ UBBEQBBBQRUVI mA03. 0

6、mA1787 . 06 由特性曲线向坐标轴投影后可判断出由特性曲线向坐标轴投影后可判断出mA3CQ IV3CEQ U第第 2 章章 例例2.2.2上例中设饱和压降上例中设饱和压降UCE(sat)0.3V，RB=51k ，求求 IBQ、ICQ、UCEQ。+RBRC+uCE+ uBE +VCCVBB6V6ViBiC1 k 解解 BBEQBBBQRUVI A104mA51706 .上例已求得上例已求得100100，BQCQ II CCQCCCEQRIVU V0k1mA4106 .假设晶体管工作于放大状态。假设晶体管工作于放大状态。10.4mAA104100 故假设错误，晶体管工作于饱和状态。故假设错

7、误，晶体管工作于饱和状态。V30CE(sat)CEQ.UU CCE(sat)CCCQRUVI mA75. 第第 2 章章 2.2.2 晶体管开关电路及工作状态的判断晶体管开关电路及工作状态的判断 当输入当输入uI为低电平，使为低电平，使uBE0.5V时，三极管截止。时，三极管截止。 iB0，iC0，C、E间间相当于开关断开。相当于开关断开。 三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路ICSQAuCEUCE(sat)OiCMNIBSTS负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区uBE0.5V时，时，三极管开始导通，三极管开始导通，iB 0，三极管工作于放大导

8、通三极管工作于放大导通状态。状态。uBE UBE (on) 0.7V ICSQAuCEUCE(sat)OiCMNIBSTS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区uI增大增大使使iB增大，从增大，从而工作点上移，而工作点上移，iC增增大，大，uCE减小减小截止区截止区uBE0.5VBEC三极管三极管截止状态截止状态等效电路等效电路uBE+ +- -第第 2 章章 2.2.2 晶体管开关电路及工作状态的判断晶体管开关电路及工作状态的判断ICSQAuCEUCE(sat)OiCMNIBSTS临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区uBE IBS时，三极管饱和。时，三极管饱和。

9、 uBE+ +- -uBE+ +- -uI=UIH S为放大和饱和的交界点，这为放大和饱和的交界点，这时的时的iB称临界饱和基极电流，用称临界饱和基极电流，用IBS表示；相应地，表示；相应地，ICS为临界饱和集为临界饱和集电极电流；电极电流； UCE(sat)为饱和集电极为饱和集电极电压，电压，UCE(sat)0.3V。在临界饱和。在临界饱和点三极管仍然具有放大作用。点三极管仍然具有放大作用。第第 2 章章 2.2.2 晶体管开关电路及工作状态的判断晶体管开关电路及工作状态的判断 iB愈大于愈大于IBS则饱和愈深则饱和愈深 由于由于UCE(sat) 0，因此饱和后，因此饱和后iC基本上为恒值基

10、本上为恒值CSCIi CCCCSBSRVII 开关工作的条件开关工作的条件 截止条件截止条件 饱和条件饱和条件 uBE0.5ViBIBS 可靠截止条件为可靠截止条件为uBE0 VCCIuSOuVCCIuSOuCCCCCE(sat)CCRVRUV 0VUIH第第 2 章章 例例2.2.3硅晶体管电路中，硅晶体管电路中，=50， 输入电压如图所示，输入电压如图所示，试画出输出电压波形。试画出输出电压波形。+VCC+5V1 k RCRBT+ +- -+ +- -uIuO20k =50iBiCtuI/V03.6 解解 V0 )1(I u晶体管晶体管T 截止截止V5CCO VuV63 )2(I.u 晶体

11、管晶体管T T导通导通mA 1450mA207063B.i mA 0940mA5074 CSBS.II BSBIi V30CE(sat)O.Uu 因为因为所以所以T 饱和饱和CCE(sat)CCCSRUVI mA 74mA1305. uO/Vt050.3 BBEBBBRuVi 2.2.3 晶体管基本放大电路及其分析方法晶体管基本放大电路及其分析方法一、图解分析法一、图解分析法线性线性非线性非线性线性线性输入回路输入回路( (A 左左) ) )( CEBEBCuufi ( (B 右右) )输出回路输出回路 )( BCECCiufi ( (B 左左) ) CCCCCERiVu ( (A 右右) )

12、+RBRC+uCE+uBE +VCCVBBiBiCiBiC+uBE +uCEAB第第 2 章章 例例 2.3.3 硅管，硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k ， RC = 1 k ，VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值。，图解分析各电压、电流值。 解解 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQA)( 30mA)(03. 01767 . 06BQ IuBE/ViB/ AO0.7 V30QuiO Ot tuBE/VO tiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA41023iB=10 A20304050605Q6直流负载线直

13、流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQO Ot tuCE/VUcemibicuceRLL1R 第第 2 章章 + iBiCRBVCCVBBRCC1ui+ + +uCE +uBE 第第 2 章章 当当 ui = 0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uceiB = IBQ + Ibmsin tiC = ICQ + Icmsin tuCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (18

14、0 t)uBE/ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流负载线交流负载线) )uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceO OO OO OO O0 00 0iouu 共发射极放大共发射极放大电路的波形：电路的波形： + iBiCRBVCCVBBRCC1ui+ + +uCE +uBE IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ基本放大电路的放大作用基本放大电路的放大作用二、放大电路的非线性失真问题二、放大电路的非线性失真问

15、题 因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件不发生截止失真的条件: IBQ Ibm 。交流负载线交流负载线第第 2 章章 1. “Q” 过低引起截止失真过低引起截止失真OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce2. “Q” 过高引起饱和失真过高引起饱和

16、失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管：管： 底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管： 顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。L(SAT)CECCCSBSRUVII IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，不接负载时，交、直流负载线重合，V CC= VCC不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC饱和失真的本质：饱和失真的本质：负载开路时：负载开路时：接负载时：接负载时：受受 RC 的限制，的限制，iB 增大增大，iC 不可能超过不可能超过 VCC

17、/RC 。受受 R L 的限制，的限制，iB 增大增大，iC 不可能超过不可能超过 V CC/R L 。C1+ RCRB+VCCC2RL+uo +iBiCVui( (R L= RC / RL， V CC =UCEQ + ICQR L) )选择工作点的原则：选择工作点的原则：当当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设得低一些；可设得低一些；为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；可以设得高一些；为获得最大输出，为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。第第 2 章章 * 当输入电压为正弦波时，如果当输入电压为正弦波时，如果NPN管共发射极电路管共发射极电路发生饱和失真，则集电极电流发生饱和失真，则集电极电流iC将发生（将发生（ ）失真，）失真，输出电压输出电压uo将发生（将发生（ ）失真。）失真。 A 正半波削波，正半波削波正半波削波，正半波削波 B 负半波削波，负半波削波负半波削波，负半波削波 C 负半波削波，正半波削波负半波削波，正半波削波 D 正半波削波，负半波削波正半波削波，负半波削波* 放大电路中，为了使晶体管不工作在饱和区，其静放大电路中，为了使晶体管不工作在饱和区，其静态管压降态管压降UCE应选择为（应选择