三极管电路的小信号模型分析方法

（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) ） c. 增大uGS ，则导电沟道加宽。
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。
4 uGS /V
iD /mA uGS = – 8 V
–6V –4V –2V
iD /mA
UGS(th)
–2O
O
－ uDS /V
uGS /V
O
－
0V I 2 V DSS 4V u /V O
DS
例2.2.3 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 解：
UBEQ 0.7V
I CQ I BQ
饱和区时， 为一族重叠曲线
uGS 2 i I ( 1 ) 当EMOS管工作于放大区时，电流方程为 D DO U GS (th)
uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值
二、N 沟道耗尽型 MOSFET
二、N 沟道耗尽型 MOSFET 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。
uBE U BEQ ube (0.7 7.2 103 sint ) V
i B I BQ ib (24 5.5 sint ) μ A iC I CQ ic (2.4 0.55 sint ) mA
uCE U CEQ uce (5.5 0.85 sint ) V
功耗小、宜大规模集成。 结型 （JFET型即 Junction Field Effect Transistor)
类 型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 增强型
金属－氧化物－半导体型（MOSFET 型即 Metal－Oxide－Semiconductor type Field Effect Transistor）
（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
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。
2. 放大电路的小信号模型分析法
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。
简 化
uBE rbe i B
uCE U CEQ
ube ib
uCE U CEQ
称为三极管的共发射极输入电阻， 为动态电阻
uCE rce i C
iB I BQ
uce ic
iB I BQ
称为三极管的共发射极输出电阻， 为动态电阻。很大。
如何获取三极管小信号模型参数？
rbe r bb
直流通路：指静态电流的通路，用以确定静点工作点。 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。 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。
压控恒流特性、放大特性
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。
三个工作区：
特点：△iD≈ gm △uGS 条件：uGS>UGS(th); uDS>uGS- UGS(th)
1 iD 特点： rds u DS
例2.2.3 解续：
（4）求动态量 ube、ib、ic、uce
10 sin t 470 1.3 470 1.3 mV 7.2 sin t mV 470 1.3 0.51 470 1.3
ube
RB // rbe us RS RB // rbe
ube 7.2 sint ib μ A 5.5 sint μ A rbe 1.3
i c i b 100 5.5 sint μ A 0.55sint mA
2.7 3.6 uce ic ( RC // RL ) 0.55 sint V 0.85 sint V 2.7 3.6
例2.2.3 解续：
（5）求总量 uBE、iB、iC、uCE
预夹断发生之前： uDS iD
预夹断发生之后：uDS iD 不变
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
3. 伏安特性
(1) 输出特性
i D f ( uDS ) u
GS 常数
可变电阻区（非饱和区） uDS < uGS UGS(th)即未预夹断
压控电阻特性 放大区(饱和区) uDS uGS UGS(th) , 已预夹断。
2.2 复习要点
主要要求：
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。
重点：
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。
uGS 取正、负、零都可以，因此使用更方便。
三、P 沟道 MOSFET
P 沟道增强型 iD G D B S 结构对偶 N 沟道耗尽型 iD G S P 沟道耗尽型
iD
G
D
B
S
N 沟道增强型 S G D N+ N+
D
B
iD G
D
B S
P型衬底 B
MOSFET 伏安特性的比较
N 沟道增强型MOSFET iD /mA iD /mA uGS = 8 V 6V U GS(th)
K
U GS
UGS↑→K↑→ rds↓ →压控电阻 uDS小 条件：uGS>UGS(th); uDS<uGS- UGS(th) 若认为UGS(th)=UGS(off)，与 NJFET的条件对应。 特点：iD≈0
条件：uGS<UGS(th) uDS>uGS- UGS(th)
（2) 转移特性 i D f ( uGS ) uDS 常数
交流电流流通路径
例2.2.3 解续：
（2）画交流通路和小信号模型等效电路
交流通路
小信号等效电路
（3）求 rbe
IEQ IBQ ICQ ICQ 2.4mA
rbe rbb' UT 26 (1 ) 200 (1 100) 1.3k I EQ 2.4
4V 2V O
N 沟道耗尽型MOSFET iD /mA uGS = 2 V
0V -2 V -4 V
O
iD /mA
UGS(off) IDSS
– 4 O u /V GS
uDS /V
2 uGS /V
uDS /V
PiD /mA uGS = – 2 V iD /mA UGS(off)
UT UT 26mV (1 ) r bb 200 (1 ) I EQ I BQ I EQ mA
rce
UA I CQ
UA称为厄尔利电压
查手册中h fe
讨论
1. 小信号模型能否用于分析Q点？ 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？ 3. 该小信号模型能否用于分析PNP管电路？
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
课间休息
2.3 单极型半导体三极管 及其电路分析
场效应管概述 2.3.1 MOS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 (Field Effect Transistor)优点： (1) 输入阻抗高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ) (2) 噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、
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) ）。
2. 伏安特性
饱和漏极电流
夹断电压
饱和漏极电流
夹断电压
uGS 2 ) 当DMOS管工作于放大区时， i D I DSS (1 U GS(of f )