2.3 半导体三极管的基本分析方法引 言
2.3.2 交流分析
2.3.1 直流分析第 2 章 半导体 三极管引 言基本思想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。
一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路 (ui = 0)分析 静态。
交流通路 (ui? 0)分析 动态,只考虑变化的电压和电流。
画交流通路原则：
1,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；
3,视电容对交流信号短路 0j/1?C?
第 2 章 半导体 三极管基本方法图解法：
在输入,输出特性图上画交,直流负载线,
求静态工作点,Q”,分析动态波形及失真等 。
解析法：
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。
第 2 章 半导体 三极管二、电量的符号表示规则
A
AA 大写 表示电量与时间无关 (直流、平均值、有效值 )；
A
小写 表示电量随时间变化 (瞬时值 )。
大写 表示直流量或总电量 (总最大值，总瞬时值 )；
小写 表示交流分量。
总瞬时值直流量交流瞬时值
beU
交流有效值直流量往往在下标中加注 Q
A— 主要符号； A — 下标符号。
t
u
O
BEu
BEU
beu
beU
uBE = UBE + ube
第 2 章 半导体 三极管
2.3.1 直流分析一、图解分析法
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–VCCVBB 3 V 5 V
iB
iC
输入直流负载线方程：
uCE = VCC? iC RC
uBE = VBB? iBRB
输出直流负载线方程：
输入回路图解
Q
uBE/V
iB/?A
静态工作点
VBB
VBB/RB
115 k?
UBEQ
IBQ
0.7
20
输出回路图解
uCE/V
iC/mA
VCC
VCC/RC
O
1 k?
Q2
3UCEQ
ICQ
O
iB = 20?A
第 2 章 半导体 三极管二、工程近似分析法
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–VCCVBB 3 V 5 V
iB
iC
115 k?
1 k?
= 100
B
B E ( o n )BB
BQ R
UVI
BQCQ II
CCQCCC E Q RIVU
)mA(02.0115 7.03
)mA(202.0100
)V(3125
第 2 章 半导体 三极管三、电路参数对静态工作点的影响
1,改变 RB，其他参数不变
uBE
iB
uCE
iC
VCCVBB
VBB
RB Q Q
R B iB?
Q 趋近截止区；
R B iB?
Q 趋近饱和区。
2,改变 RC,其他参数不变
RC? Q 趋近饱和区。
iC
uBE
iB
uCEV
CCUCEQ
Q QI
CQ
VCC
RC
第 2 章 半导体 三极管
iC? 0iC = VCC /RC
例 2.3.1 设 RB= 38k?,求 VBB = 0V,3V 时的 iC,uCE。
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–
VCCV
BB 3V 5V
iB
iC
1 k?
[解 ] u
CE/V
iC/mA
iB= 0
10?A
20?A
30?A
40?A
50?A
60?A
4
1
O
2
3
5
当 VBB= 0 V,iB? 0，
iC?0，
5 V
uCE? 5 V
当 VBB = 3 V：
B
B E ( o n )BB
B R
UVi mA 0,0 6?
0.3
uCE?0.3 V? 0,iC? 5 mA 三极管的开关等效电路截止状态
SB
C
E
VCC
+
RC
RB
iB? 0
uCE? 5V
iB
饱和状态
uCE? 0
判断是否饱和临界饱和电流 ICS和 IBS,
C
CC
C
C E ( s a t )CC
CS R
V
R
UVI
C
CCCS
BS R
VII
iB > IBS,则三极管 饱和。
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.2 耗尽型 N沟道 MOS 管,RG = 1 M?,RS = 2 k?，
RD= 12 k?,VDD = 20 V。 IDSS = 4 mA,UGS(off) = – 4 V,求
iD和 uO 。
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
uIi
i
G = 0? uGS =? iDRS
2D
D )4
21(4
ii
045 D2D ii
iD1= 4 mA
iD2= 1 mA
uGS = – 8 V < UGS(off) 增根
uGS = – 2 V
uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V)
uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 8 (V)
在放大区
RD
G
D
S
RG R
S
iD
+
uO
–
+
VDD
–
第 2 章 半导体 三极管
B
BEBB
B R
uVi
2.3.2 交流分析一、图解分析法线性 非线性 线性输入回路 (A 左 )
)( CEBEB Cuufi
(B 右 )输出回路
)( BCEC Ciufi (B 左 )
CCCCCE RiVu
(A 右 )
+
–
RB RC+uCE
–
+
uBE
+
–VCCVBB
iB
iC
iB
iC
+
uBE
+
uCE
–
A B
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.3 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。
[解 ]令 ui = 0，求静态电流 IBQ
A)( 30m A )(03.01 7 6 7.06BQI
uBE/V
iB/?A
O 0.7 V
30 Q
ui
O
t
uBE/V
O t
iB
IBQ
(交流负载线 )
uCE/V
iC/mA
4
1
O
23
iB=10?A20
3040
50
50
5
Q
6
直流负载线
Q?
Q?
6
O t
iC
ICQ
UCEQ
O
t
uCE/V
Ucem
ibic
uce
RL
L
1R
+
–
iB
iC
R
B VCCVBB
RCC1
ui +
–
+
–
+
uCE
+u
BE
–
第 2 章 半导体 三极管当 ui = 0
uBE = UBEQ
iB = IBQ
iC = ICQ
uCE = UCEQ
当 ui = Uim sin?t
ib = Ibmsin?t
ic = Icmsin?t
uce = –Ucem sin?t
uo = uce
iB = IBQ + Ibmsin?t
iC = ICQ + Icmsin?t
uCE = UCEQ –Ucem sin?t
= UCEQ +Ucem sin (180° –?t)
uBE/V
iB/?A
0.7 V
30 Q
ui
t
uBE/V
t
iB
IBQ
(交流负载线 )
uCE/V
iC/mA
4
1
23
iB=10?A20
3040
50
60
5
Q
6
直流负载线
Q?
Q?
6
t
iC
ICQ
UCEQ
t
uCE/V
Ucem
ibic
uceO
O O
O
O O
io uu?
第 2 章 半导体 三极管基本共发射极电路的波形：
+
–
iB
iC
RB
VCCVBB
RCC1
ui +
–
+
–
+
uCE
+u
BE
–
IBQ
ui
O t
iB
O t
uCE
O tu
o
O t
iC
O t
ICQ
UCEQ
基本放大电路的放大作用第 2 章 半导体 三极管放大电路的非线性失真问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出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。
1.,Q” 过低引起截止失真
NPN 管,顶部 失真为截止失真。
PNP 管,底部 失真为截止失真。
不发生截止失真的条件,IBQ > Ibm 。
O
Q
ib
O
t
tO uBE/V
iB
uBE/V
iB
ui
uCE
iC
ic
t OO
iC
O
t
uCE
Q
uce
交流负载线非线性失真第 2 章 半导体 三极管
2.,Q” 过高引起饱和失真
ICS
集电极临界饱和电流 NPN 管：
底部 失真为饱和失真。
PNP 管：
顶部 失真为饱和失真。
L
( S A T )CECCCS
BS R
UVII
IBS — 基极临界饱和电流。
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,IBQ + I bm? IBS
uCE
iC
t OO
iC
O
t
uCE
Q
V?CC
第 2 章 半导体 三极管饱和失真的本质：
负载开路时：
接负载时：
受 RC 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 VCC/RC 。
受 R?L 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 V?CC/R?L 。
C1
+
RC
RB
+VCC
C2
RL
+
uo
+
+
iB iC
V
ui
(R?L= RC // RL)
第 2 章 半导体 三极管选择工作点的原则：
当 ui 较小时,为减少功耗和噪声,,Q” 可设得低一些；
为提高电压放大倍数,,Q” 可以设得高一些；
为获得最大输出,,Q” 可设在交流负载线中点 。
第 2 章 半导体 三极管二、小信号等效分析法 (微变等效 )
1,晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路可当成双口网络来分析
(1) 晶体三极管 H (Hybrid)参数小信号模型
C CE
b
be
be
ui
u
r
从输入端口看进去，相当于电阻 rbe
rbe — Hie
mA
mV26)1(200
EQBQ
bb II
Ur T
从输出端口看进去为一个 受 ib 控制的电流源
ic =? ib,? — Hfe
+
uce
–
+u
be
–
ib
ic C
B
E
rbe
E
ib ic
ic+u
be
+
uce
B C
rbb? — 三极管基区体电阻第 2 章 半导体 三极管
(2) 晶体三极管交流分析步骤：
① 分析直流电路，求出,Q”,计算 rbe。
② 画电路的交流通路 。
③ 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。
④ 分析计算叠加在,Q” 点上的各极交流量。
微变等效电路的画法第 2 章 半导体 三极管例 2.3.4? = 100,uS = 10sin?t (mV)，求 叠加在,Q”
点上的各交流量。
+
uo
+
–
iB
iC
RB
VCCV
BB
RC
RL
C1
C2
uS
+
–
+
–
RS
+
uCE
+u
BE
– 12 V
12 V
510
470 k? 2.7 k?
3.6 k?
[解 ] 令 ui = 0，求静态电流 IBQ
① 求,Q”,计算 rbe
m A)( 024.0470 7.012BQI
EQ
be
26)1(200
Ir
ICQ =? IBQ = 2.4 mA UCEQ = 12? 2.4? 2.7 = 5.5 (V)
)( 2831024.0 26200
第 2 章 半导体 三极管
② 交流通路
+
uo
+
–
iB
iC
RB
VCCV
BB
RC
RL
C1
C2
uS
+
–
+
–
RS
+
uCE
+u
BE
–
ube
uce
③ 小信号等效
+
uo
+
–
R
B
RL
RS r
be
E
ib ic
ic
B C
us RC
+
ube
④ 分析各极交流量
be BS
be BS
be //
)//(
rRR
rRuu
)A( s i n5.5
be
be
b tr
ui?
)mA( s i n55.0 b c tii
oce uu? ( V ) s i n85.0)//( LCc tRRi
⑤ 分析各极总电量
uBE = (0.7 + 0.0072sin?t )V
iB = (24 + 5.5sin?t)?A
iC = ( 2.4 + 0.55sin?t ) mA
uCE = ( 5.5 – 0.85sin?t ) V
)mV( s i n2.7 t
第 2 章 半导体 三极管
2,场效应管电路小信号等效电路分析法小信号模型
rgs
S
id
gmugs
+
ugs
+
uds
G D
从输入端口看入，相当于电阻 rgs(?)。
从输出端口看入为受 ugs控制的电流源 。
id = gmugs
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.4
gm= 0.65 mA/V,ui = 20sin?t (mV)，求交流输出 uo。
+
RD
G
D
SRG R
S
iD
+
uO
–
+
VDD
–u
i +?
VGG
10 k?
4 k?
交流通路
+
RDG
D
SRG
RS id
+
uO
–
ui
小信号等效电路
+u
i? R
S
RDS
id
gmugs
+
ugs
+
uo
G D
RG
ui = ugs+ gmugsRS
ugs= ui / (1 + gmRS)
uo = – gmui RD / (1 + gmRS)
= – 36sin?t (mV)
第 2 章 半导体 三极管
2.3.2 交流分析
2.3.1 直流分析第 2 章 半导体 三极管引 言基本思想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。
一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路 (ui = 0)分析 静态。
交流通路 (ui? 0)分析 动态,只考虑变化的电压和电流。
画交流通路原则：
1,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；
3,视电容对交流信号短路 0j/1?C?
第 2 章 半导体 三极管基本方法图解法：
在输入,输出特性图上画交,直流负载线,
求静态工作点,Q”,分析动态波形及失真等 。
解析法：
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。
第 2 章 半导体 三极管二、电量的符号表示规则
A
AA 大写 表示电量与时间无关 (直流、平均值、有效值 )；
A
小写 表示电量随时间变化 (瞬时值 )。
大写 表示直流量或总电量 (总最大值，总瞬时值 )；
小写 表示交流分量。
总瞬时值直流量交流瞬时值
beU
交流有效值直流量往往在下标中加注 Q
A— 主要符号； A — 下标符号。
t
u
O
BEu
BEU
beu
beU
uBE = UBE + ube
第 2 章 半导体 三极管
2.3.1 直流分析一、图解分析法
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–VCCVBB 3 V 5 V
iB
iC
输入直流负载线方程：
uCE = VCC? iC RC
uBE = VBB? iBRB
输出直流负载线方程：
输入回路图解
Q
uBE/V
iB/?A
静态工作点
VBB
VBB/RB
115 k?
UBEQ
IBQ
0.7
20
输出回路图解
uCE/V
iC/mA
VCC
VCC/RC
O
1 k?
Q2
3UCEQ
ICQ
O
iB = 20?A
第 2 章 半导体 三极管二、工程近似分析法
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–VCCVBB 3 V 5 V
iB
iC
115 k?
1 k?
= 100
B
B E ( o n )BB
BQ R
UVI
BQCQ II
CCQCCC E Q RIVU
)mA(02.0115 7.03
)mA(202.0100
)V(3125
第 2 章 半导体 三极管三、电路参数对静态工作点的影响
1,改变 RB，其他参数不变
uBE
iB
uCE
iC
VCCVBB
VBB
RB Q Q
R B iB?
Q 趋近截止区；
R B iB?
Q 趋近饱和区。
2,改变 RC,其他参数不变
RC? Q 趋近饱和区。
iC
uBE
iB
uCEV
CCUCEQ
Q QI
CQ
VCC
RC
第 2 章 半导体 三极管
iC? 0iC = VCC /RC
例 2.3.1 设 RB= 38k?,求 VBB = 0V,3V 时的 iC,uCE。
+
–
RB R
C+u
CE
–
+u
BE
+
–
VCCV
BB 3V 5V
iB
iC
1 k?
[解 ] u
CE/V
iC/mA
iB= 0
10?A
20?A
30?A
40?A
50?A
60?A
4
1
O
2
3
5
当 VBB= 0 V,iB? 0，
iC?0，
5 V
uCE? 5 V
当 VBB = 3 V：
B
B E ( o n )BB
B R
UVi mA 0,0 6?
0.3
uCE?0.3 V? 0,iC? 5 mA 三极管的开关等效电路截止状态
SB
C
E
VCC
+
RC
RB
iB? 0
uCE? 5V
iB
饱和状态
uCE? 0
判断是否饱和临界饱和电流 ICS和 IBS,
C
CC
C
C E ( s a t )CC
CS R
V
R
UVI
C
CCCS
BS R
VII
iB > IBS,则三极管 饱和。
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.2 耗尽型 N沟道 MOS 管,RG = 1 M?,RS = 2 k?，
RD= 12 k?,VDD = 20 V。 IDSS = 4 mA,UGS(off) = – 4 V,求
iD和 uO 。
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
uIi
i
G = 0? uGS =? iDRS
2D
D )4
21(4
ii
045 D2D ii
iD1= 4 mA
iD2= 1 mA
uGS = – 8 V < UGS(off) 增根
uGS = – 2 V
uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V)
uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 8 (V)
在放大区
RD
G
D
S
RG R
S
iD
+
uO
–
+
VDD
–
第 2 章 半导体 三极管
B
BEBB
B R
uVi
2.3.2 交流分析一、图解分析法线性 非线性 线性输入回路 (A 左 )
)( CEBEB Cuufi
(B 右 )输出回路
)( BCEC Ciufi (B 左 )
CCCCCE RiVu
(A 右 )
+
–
RB RC+uCE
–
+
uBE
+
–VCCVBB
iB
iC
iB
iC
+
uBE
+
uCE
–
A B
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.3 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。
[解 ]令 ui = 0，求静态电流 IBQ
A)( 30m A )(03.01 7 6 7.06BQI
uBE/V
iB/?A
O 0.7 V
30 Q
ui
O
t
uBE/V
O t
iB
IBQ
(交流负载线 )
uCE/V
iC/mA
4
1
O
23
iB=10?A20
3040
50
50
5
Q
6
直流负载线
Q?
Q?
6
O t
iC
ICQ
UCEQ
O
t
uCE/V
Ucem
ibic
uce
RL
L
1R
+
–
iB
iC
R
B VCCVBB
RCC1
ui +
–
+
–
+
uCE
+u
BE
–
第 2 章 半导体 三极管当 ui = 0
uBE = UBEQ
iB = IBQ
iC = ICQ
uCE = UCEQ
当 ui = Uim sin?t
ib = Ibmsin?t
ic = Icmsin?t
uce = –Ucem sin?t
uo = uce
iB = IBQ + Ibmsin?t
iC = ICQ + Icmsin?t
uCE = UCEQ –Ucem sin?t
= UCEQ +Ucem sin (180° –?t)
uBE/V
iB/?A
0.7 V
30 Q
ui
t
uBE/V
t
iB
IBQ
(交流负载线 )
uCE/V
iC/mA
4
1
23
iB=10?A20
3040
50
60
5
Q
6
直流负载线
Q?
Q?
6
t
iC
ICQ
UCEQ
t
uCE/V
Ucem
ibic
uceO
O O
O
O O
io uu?
第 2 章 半导体 三极管基本共发射极电路的波形：
+
–
iB
iC
RB
VCCVBB
RCC1
ui +
–
+
–
+
uCE
+u
BE
–
IBQ
ui
O t
iB
O t
uCE
O tu
o
O t
iC
O t
ICQ
UCEQ
基本放大电路的放大作用第 2 章 半导体 三极管放大电路的非线性失真问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出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。
1.,Q” 过低引起截止失真
NPN 管,顶部 失真为截止失真。
PNP 管,底部 失真为截止失真。
不发生截止失真的条件,IBQ > Ibm 。
O
Q
ib
O
t
tO uBE/V
iB
uBE/V
iB
ui
uCE
iC
ic
t OO
iC
O
t
uCE
Q
uce
交流负载线非线性失真第 2 章 半导体 三极管
2.,Q” 过高引起饱和失真
ICS
集电极临界饱和电流 NPN 管：
底部 失真为饱和失真。
PNP 管：
顶部 失真为饱和失真。
L
( S A T )CECCCS
BS R
UVII
IBS — 基极临界饱和电流。
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,IBQ + I bm? IBS
uCE
iC
t OO
iC
O
t
uCE
Q
V?CC
第 2 章 半导体 三极管饱和失真的本质：
负载开路时：
接负载时：
受 RC 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 VCC/RC 。
受 R?L 的限制,iB 增大,iC 不可能超过 V?CC/R?L 。
C1
+
RC
RB
+VCC
C2
RL
+
uo
+
+
iB iC
V
ui
(R?L= RC // RL)
第 2 章 半导体 三极管选择工作点的原则：
当 ui 较小时,为减少功耗和噪声,,Q” 可设得低一些；
为提高电压放大倍数,,Q” 可以设得高一些；
为获得最大输出,,Q” 可设在交流负载线中点 。
第 2 章 半导体 三极管二、小信号等效分析法 (微变等效 )
1,晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路可当成双口网络来分析
(1) 晶体三极管 H (Hybrid)参数小信号模型
C CE
b
be
be
ui
u
r
从输入端口看进去，相当于电阻 rbe
rbe — Hie
mA
mV26)1(200
EQBQ
bb II
Ur T
从输出端口看进去为一个 受 ib 控制的电流源
ic =? ib,? — Hfe
+
uce
–
+u
be
–
ib
ic C
B
E
rbe
E
ib ic
ic+u
be
+
uce
B C
rbb? — 三极管基区体电阻第 2 章 半导体 三极管
(2) 晶体三极管交流分析步骤：
① 分析直流电路，求出,Q”,计算 rbe。
② 画电路的交流通路 。
③ 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。
④ 分析计算叠加在,Q” 点上的各极交流量。
微变等效电路的画法第 2 章 半导体 三极管例 2.3.4? = 100,uS = 10sin?t (mV)，求 叠加在,Q”
点上的各交流量。
+
uo
+
–
iB
iC
RB
VCCV
BB
RC
RL
C1
C2
uS
+
–
+
–
RS
+
uCE
+u
BE
– 12 V
12 V
510
470 k? 2.7 k?
3.6 k?
[解 ] 令 ui = 0，求静态电流 IBQ
① 求,Q”,计算 rbe
m A)( 024.0470 7.012BQI
EQ
be
26)1(200
Ir
ICQ =? IBQ = 2.4 mA UCEQ = 12? 2.4? 2.7 = 5.5 (V)
)( 2831024.0 26200
第 2 章 半导体 三极管
② 交流通路
+
uo
+
–
iB
iC
RB
VCCV
BB
RC
RL
C1
C2
uS
+
–
+
–
RS
+
uCE
+u
BE
–
ube
uce
③ 小信号等效
+
uo
+
–
R
B
RL
RS r
be
E
ib ic
ic
B C
us RC
+
ube
④ 分析各极交流量
be BS
be BS
be //
)//(
rRR
rRuu
)A( s i n5.5
be
be
b tr
ui?
)mA( s i n55.0 b c tii
oce uu? ( V ) s i n85.0)//( LCc tRRi
⑤ 分析各极总电量
uBE = (0.7 + 0.0072sin?t )V
iB = (24 + 5.5sin?t)?A
iC = ( 2.4 + 0.55sin?t ) mA
uCE = ( 5.5 – 0.85sin?t ) V
)mV( s i n2.7 t
第 2 章 半导体 三极管
2,场效应管电路小信号等效电路分析法小信号模型
rgs
S
id
gmugs
+
ugs
+
uds
G D
从输入端口看入，相当于电阻 rgs(?)。
从输出端口看入为受 ugs控制的电流源 。
id = gmugs
第 2 章 半导体 三极管例 2.3.4
gm= 0.65 mA/V,ui = 20sin?t (mV)，求交流输出 uo。
+
RD
G
D
SRG R
S
iD
+
uO
–
+
VDD
–u
i +?
VGG
10 k?
4 k?
交流通路
+
RDG
D
SRG
RS id
+
uO
–
ui
小信号等效电路
+u
i? R
S
RDS
id
gmugs
+
ugs
+
uo
G D
RG
ui = ugs+ gmugsRS
ugs= ui / (1 + gmRS)
uo = – gmui RD / (1 + gmRS)
= – 36sin?t (mV)
第 2 章 半导体 三极管
