微变等效电路分析方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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）,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,用小信号交流分量表示,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,从输入特性看：,u,BE,是i,B,和u,CE,的函数 u,BE,=f,1,(i,B,u,CE,),从输出特性看：,i,C,是i,B,和u,CE,的函数 i,C,=f,2,(i,B,u,CE,),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,（1）,u,CE,=常数，i,B,=常数的意义,u,CE,=常数du,CE,=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,。,i,B,=常数di,B,=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。,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,2、参数的意义和求法,（2）输入电阻,物理意义,：反映了输入电压对输入电流i,B,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：，10,2,10,3,在小信号的情况下是常数。,i,B,u,BE,u,BE,i,B,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻h,ie,r,be,。,2、参数的意义和求法,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,（3）电压反馈系数,物理意义,：反映了输出回路u,CE,对输入回路u,BE,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,）。,u,BE,i,B,u,BE,u,CE,2、参数的意义和求法,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,（4）电流放大系数,物理意义,：晶体管对电流的放大能力，即,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。（1010,2,）,i,C,i,C,u,CE,i,B,2、参数的意义和求法,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,（5）输出电导,物理意义,：反映了输出电压u,CE,对输出电流i,C,的控制能力,几何意义,：保持i,B,不变，有u,CE,，则引起i,C,，反映了输出特性曲线的倾斜程度。,单位：西门子（S）（1010,2,S）,常用它的倒数表示,i,C,i,C,u,CE,u,CE,2、参数的意义和求法,u,BE,u,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,i,b,i,c,u,be,u,ce,（1）,u,CE,=常数，i,B,=常数的意义,（5）输出电导,（2）输入电阻,（3）电压反馈系数,（4）电流放大系数,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。,2、参数的意义和求法,u,be,i,b,u,ce,i,c,u,be,u,ce,i,c,很小，一般忽略。,c,b,e,i,b,i,b,r,ce,c,r,ce,很大，一般忽略。,r,be,i,b,i,b,b,c,e,i,c,e,r,be,b,h,re,u,ce,+,-,h,参数微变等效电路简化模型,等效,3.等效电路的引出,r,be,i,b,i,b,b,c,e,（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。,u,be,u,ce,i,c,i,b,i,b,r,ce,c,e,r,be,b,h,re,u,ce,+,-,4.注意的问题,i,c,-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。,i,b,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。,r,be,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,r,be,u,be,u,ce,i,c,r,be,i,b,i,b,b,c,e,i,b,i,b,r,ce,c,e,r,be,b,h,re,u,ce,+-,5.h,参数的确定,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,r,be,其交流电导为,常温下,U,T,26mV,，所以,r,e,Q,U,T,/I,EQ,=26 mV/,I,EQ,物理结构示意图,r,be,三极管的交流输入电阻,在共射组态下，从基极b看进去的等效电阻为,r,be,，其中的电流是,i,b,。所以,r,be,是两部分电阻之和，一个是,r,bb,，另一个是,r,e,归算到基极回路的电阻值，所以有,对于小功率晶体管，,r,bb,200,300。大功率晶体管的,r,bb,约,十几欧姆至几十欧姆。,(,T,=300K),或,思 考 题,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,r,be,?,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,V,BE,=0.7V，锗管,V,BE,=0.2V，,已知,。,分压偏置共射放大电路,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,分压偏置共射放大电路,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。,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。,输出电压为,输入电压为,电压放大倍数为,共射放大电路交流微变等效电路,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,若满足,R,b1,R,b2,r,be,，则,R,i,r,be,。,3 求放大电路的输出电阻,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 。,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、,U,BEQ,=0.7V、,V,CC,=15V，,R,b1,=20k、,R,b2,=5.1k、,R,c,=3.3k、,R,e,=2k、,R,L,=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。,静态计算：,工作点参数的计算：,动态计算：,晶体管输入电阻,r,be,的计算：,放大电路电压放大倍数的计算：,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。,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。,