微变等效电路分析方法

第2章基本放大电路建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路当放大电路输入交流小信号时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，即把BJT这个非线性元件线性化，用它的线性交流小信号模型来代替，这个模型也称为微变等效电路。从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。最终可以方便的利用电路理论来分析电路的交流性能。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。2.4微变等效电路分析法（小信号模型分析方法）第2章基本放大电路1.h共射参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduIU用小信号交流分量表示CECECBBCBEBCEduuidiiiduIUuBEuCEiBcebiCBJT双口网络从输入特性看：uBE是iB和uCE的函数uBE=f1(iB,uCE)从输出特性看：iC是iB和uCE的函数iC=f2(iB,uCE)i（input）—输入r（reverse）—反向传输f（forward）—正向传输o（output）—输出e—共射接法ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu第2章基本放大电路（1）uCE=常数，iB=常数的意义uCE=常数→duCE=0即输出端只有直流输出，没有交流输出。相当于输出端交流短路。iB=常数→diB=0即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。相当于输入端交流开路。因为此时只有直流电流和电压，所以是在静态工作点附近的情况。uBEuCEiBcebiCBJT双口网络2、参数的意义和求法第2章基本放大电路（2）输入电阻物理意义：反映了输入电压对输入电流iB的控制能力。几何意义：表示输入特性的Q点处的切线的斜率的倒数单位：Ω，102~103Ω在小信号的情况下是常数。CEBBEieuiuhiBuBEuBEiB对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻hie——rbe。2、参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络第2章基本放大电路（3）电压反馈系数物理意义：反映了输出回路uCE对输入回路uBE影响的程度几何意义：在输入特性上表示Q点附近输入特性曲线横向的疏密。它是一个无量纲的量（10-4）。BiCEBEreuuhuBEiBuBEuCE2、参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络第2章基本放大电路（4）电流放大系数物理意义：晶体管对电流的放大能力，即β几何意义：在输出特性上表示Q点附近输出特性曲线的纵向疏密。它是一个无量纲的量。（10～102）CEuBCfeiihiCiCuCEiB2、参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络第2章基本放大电路（5）输出电导物理意义：反映了输出电压uCE对输出电流iC的控制能力几何意义：保持iB不变，有ΔuCE，则引起ΔiC，反映了输出特性曲线的倾斜程度。单位：西门子（S）（10～102μS）常用它的倒数表示BiCECoeuihiCiCuCEuCEc1eoerh2、参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络第2章基本放大电路ibicubeuce（1）uCE=常数，iB=常数的意义BiCECoeuih（5）输出电导（2）输入电阻CEBBEieuiuh（3）电压反馈系数BiCEBEreuuh（4）电流放大系数CEuBCfeiih说明：由于四个参数的量纲各不相同，这种参数系统是不同量纲的混合，称为混合参数。h即英语中的“混合”（hybrid）。在小信号的情况下，四个参数都可以看作是常数。ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu2、参数的意义和求法第2章基本放大电路ubeibuceicubeuceic很小，一般忽略。cbeceoebfeccerebiebeuhihiuhihuibibrcecrce很大，一般忽略。rbeibibbceicerbebhreuce+-h参数微变等效电路简化模型3.等效电路的引出第2章基本放大电路rbeibibbce（1）电压源和电流源的性质☆它们是虚构的☆它们是受控源☆它们的极性不能随意假定（2）h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。所以只适合对交流信号的分析。（3）h参数是在Q点附近求出的，因此它们与Q点的位置有关，Q点不同、等效电路的参数也不同。在放大区基本不变（4）对于低频模型可以不考虑结电容的影响。ubeuceicibibrcecerbebhreuce+-4.注意的问题ic第2章基本放大电路--电流放大系数。一般用测试仪测出；表示三极管的电流放大作用。ib——基极电流变化引起的集电极电流变化量，反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。rbe–三极管的交流输入电阻，与Q点有关，可用图示仪测出。一般用公式估算rbeubeuceicrbeibibbceibibrcecerbebhreuce+-5.h参数的确定第2章基本放大电路在讨论这个问题时，可借助于晶体管的物理结构示意图，晶体管内部有发射区、集电区和基区，以及两个PN结，b'相当基区内的一个点，b才是基极。晶体管发射结伏安特性曲线方程式如下：通过发射结伏安特性方程式求解rbeTEB'TEB'/ES/ESEe1)e(UuUuIIi其交流电导为TE/ESTEB'EeTEB'e1dd1UiuIUuirUEQTeIUrQ常温下UT≈26mV，所以reQ≈UT/IEQ=26mV/IEQcbeb'cb'Ceb'Cbb'rcb'rer物理结构示意图rbe——三极管的交流输入电阻第2章基本放大电路mA)(mV)(26)(1)(1EQbb'EQTbb'beIrIUrrQ在共射组态下，从基极b看进去的等效电阻为rbe，其中的电流是ib。所以rbe是两部分电阻之和，一个是rbb，另一个是re归算到基极回路的电阻值，所以有对于小功率晶体管，rbb′≈200～300。大功率晶体管的rbb′约十几欧姆至几十欧姆。(T=300K))mA()mV(26)1(rEQbbbe'Ir)mA()mV(26rCQbbbe'Ir或第2章基本放大电路1.BJT小信号模型是在什么条件下建立的？受控源是何种类型的？2.若用万用表的“欧姆”档测量b、e两极之间的电阻，是否为rbe?第2章基本放大电路用h参数小信号模型分析分压偏置共射极基本放大电路1.利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。分压偏置共射放大电路++LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeCiUoUVTeRcRb2Rb1RCCVVT++LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeCiUoUVTeb'QBECC'BQR)1(RUVIb2b1b2b1bb2b1b2CCCC','RRRRRRRRVVQQBCII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU第2章基本放大电路放大电路h参数微变等效电路是在晶体管h参数模型的基础上，增加放大电路交流通路的相关元件而构成的。应首先画出放大电路的h参数微变等效电路。具体画法如下：1.先将晶体管的h参数低频小信号模型画出；2.再将放大电路晶体管以外的交流通路的元件画出；3.在中频段，画的过程中将大容量的耦合电容、旁路电容器短路，将直流电源短路；现以能够稳定工作点的分压偏置共射放大电路为例进行讨论。2.利用h参数模型求交流（动态）参数第2章基本放大电路分压偏置共射放大电路ebUbeIb+_rbecIcUce+_βIb++LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CCiUoUVTeb1RcRLRoU共射放大电路交流微变等效电路因放大电路的输入信号处于中频段,所以可以将大容量的耦合电容和旁路电容器短路；将直流电源交流短路。将晶体管的低频模型画出。再将共射放大电路交流通路的其他元件一一画出。b2RiU第2章基本放大电路1求放大电路中频电压放大倍数在画出了放大电路的微变等效电路后，求解电压放大倍数就是一个解电路的问题。ebUbeIb+_rbecIcUce+_βIbb1Rb2RiUcRLRoU输出电压为)//(LcboRRIU输入电压为bebirIU电压放大倍数为beLbeLcbebLcbiou)//()//(rRrRRrIRRIUUA共射放大电路交流微变等效电路第2章基本放大电路2求放大电路的输入电阻根据输入电阻的定义和微变等效电路有ebUbeIb+_rbecIcUce+_βIbb1Rb2RiUcRLRoUiIbeb2b1iii////rRRIUR若满足Rb1Rb2rbe，则Ri≈rbe。第2章基本放大电路3求放大电路的输出电阻0,oooSL=URIURsURsRLIobI00UecbiberRb1RcRb2bIoUoUcooo=RIUR根据输出电阻的定义，需要将信号源换成源电压信号源，并将短路，但保留内阻；将负载电阻开路，同时在输出端加一个测试用信号源。oUsULRsUsR第2章基本放大电路++eRCCV2C1CVTb1Rb2RiUcRLRoUecbberRb1RcRLRb2bIiUoURebIcI例：试计算图示放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。晶体管的=99、UBEQ=0.7V、VCC=15V，Rb1=20k、Rb2=5.1k、Rc=3.3k、Re=2k、RL=10k。解:先进行静态计算，求出晶体管静态工作点的参数值。然后画出放大电路的中频微变等效电路，即可进行放大电路动态技术指标的计算。第2章基本放大电路静态计算：工作点参数的计算：μA5.11210006.47.005.3)(1k06.41.5201.520V05.31.5201.515ebBEQCCBQb2b1b2b1bb2b1b2CCCCRRUVIRRRRRRRRVVV96.83.514.115)(mA14.15.1199ecCQCCCEQBQCQRRIVUII第2章基本放大电路动态计算：晶体管输入电阻rbe的计算：)//(LcboRRIUebbebi)1(RIrIU2580mA)(14.1mV)(26100300)(1EQTbb'beIUrrQ放大电路电压放大倍数的计算：ecbberRb1RcRLRb2bIiUoURebIcI2.1210058.2)10//3.3(99)1()//()1()//(ebeLcebbebLcbiouRrRRRIrIRRIUUA旁路电容的断开，使电压放大倍数下降，其物理意义将在后面解释。电压放大倍数可近似等于是两电阻之比，因而电压放大倍数的稳定性提高。eLcu)//(RRRA第2章基本放大电路小结•图解法常用于建立基本概念及大信号分析。采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。定量分析误差较大，一般用在分析输出幅值比较大而工作频率不太高的情况。•在小信号（变化范围小），将BJT的特性线性化，内部电压、电流量的微变关系用数学形式表示，以便用已学的电路理论分析放大电路的性能指标。模型参数与静态工作点有关，不能用小信号模型分析、计算静态工作点。