体管的h参数等效电路及动态参数的估算.ppt

E4a0224 等效电路法 E4a02242 晶体管的h参数等效电路 及动态参数的估算,1. 晶体管的h参数等效电路,晶体管h参数等效电路的推导有两种方法，一是从晶体管的特性曲线出发，模拟出晶体管输入回路和输出回路的等效电路模型；二是在低频线性条件下将晶体管看成一个线性双口网络，然后用输入和输出特性曲线方程式，通过求全微分来定义h参数，并建立等效电路模型。,1.1 通过特性曲线建立等效电路,晶体管的输入回路可以用输入特性曲线上工作点Q 附近的动态输入电阻 rbe 来模拟。,图02.02.15 晶体管输入回路的模拟,晶体管的输出特性曲线近似一个电流源，这个电流源受基极电流控制，属于电流控制电流源(CCCS)，所以，晶体管的输出回路可以用近似的电流源 来模拟。,将输入和输出回路的模型合在一起，即构成了晶体管的简化模型。,图02.02.15 晶体管输出回路的模拟,图02.02.16 晶体管的简化模拟,低频线性条件下将晶体管看成一个线性双口网络，然后用输入和输出特性曲线方程式，通过求偏导数来定义h参数，并建立等效电路模型。,1.2 通过特性曲线方程式建立等效电路,晶体管在输入和输出特性曲线方程式如下：,在小信号条件下，为研究各变量间的关系，可对上列iC和uBE的函数求全微分：,式中出现的四个系数，分别为,，称为输入电阻，符号h11也表示为h11e或hi e， 即 rbe。,，称为电压反馈系数，符号h12也表示为h12e 或hr e。,，称为电流放大系数，符号h21也表示为h21e 或hf e，即。,，称为输出电导，符号h22也表示为h22e或ho e， 即1 / rce。,上述方程式如仅考虑正弦量，可用复数量表示，写成,由此可画出晶体管低频交流小信号模型：,图02.02.15 晶体管h 参数低频交流等效电路,请注意，h参数是一种小信号参数，也称微变参数或交流参数。h参数的大小与工作点有关，在放大区基本不变，所以 h 参数只适合对交流小信号的分析。其次h参数的求解都有一 定的条件，四个h参数也有一定的物理意义，将在下面介绍 。,晶体管低频小信号模型中的h12的数值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/ h22则很大，一般在105以上，放大电路外围的电阻值一般在几千欧，所以也可以忽略。于是可以得到h参数简化模型，如图02.02.16所示。,图02.02.16 晶体管低频小信号简化模型,2. h参数的求解,2.1 晶体管交流输入电阻rbe的求解,2.1.1 通过晶体管输入特性曲线求解rbe,晶体管的交流输入电阻rbe ，输入特性曲线上的求解过程如下：,Q,Q,在讨论这个问题时，可借助于晶体管的物理结构示意图，见图02.02.17 (图中受控源未画) ，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：,2.1.2 通过发射结伏安特性方程式求解rbe,其交流电导为,常温下UT26mV，所以reQUT /IEQ=26 mV/ IEQ,图02.02.11 物理结构示意图,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，rbb200300。大功率晶体管的rbb约十几欧姆至几十欧姆。,2.2 晶体管电流放大系数 的求解,输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：,三极管放大作用,变化的 通过 转 变为变化的输出电压,2. 放大原理,2. 动态参数的估算,3. 放大电路中的电压波形,在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流信号之上的。静态时的直流信号用UBE、 UCE表示；交流信号用ube、 uce表示；交流直流叠加在一起用uBE、 uCE表示。,1 放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，一般来说输出信号的能量得到了加强。,3.1 放大电路的基本概念,3.1.1 放大的概念,基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。,2 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。,3.1.2 基本放大电路的组成及工作原理 3.1.2.1 共射组态基本放大电路的组成,以共射组态基本放大电路为例加以说明。电路如下所示。,构成放大电路必须保证三极管处于放大状态，即发射结正偏，集电结反偏；保证输入信号可以加到三极管的输入回路，同时经三极管放大的信号，可以输送到负载上去。,基本放大电路的组成包括：1。三极管 2。偏置电阻 3。负载电阻 4。耦合电容 5。直流电源,三极管VT：放大信号，起的能量控制的作用；,偏置电路Rb1、 Rb2、Re ：使三极管发射结正偏，集电结反偏，保证三极管具有放大能力；,负载电阻：包括三极管的集电极负载电阻Rc，放大电路的负载电阻RL；,耦合电容C1、 C2：耦合电容对放大的交流信号可视为短路， C1、 Ce可保证信号加到发射结， Ce 称旁路电容。 C2可保证信号加到负载电阻RL上；,直流电源VCC：向基本放大电路提供工作电流，以及在三极管的控制之下向负载输送转换成的信号能量。,3.1.2.2 静态和动态,静态 时，放大电路的工作状态， 也称直流工作状态。,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。,动态 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,直流通道 交流通道 直流电源和耦合电容对交流相当于短路,即能通过直流的通道。从C、B、E向外 看，有直流负载电阻， Rc 、 Re 、 Rb1、 Rb1 。,能通过交流的电路通道。如从C、 B、E向外看，有等效的交流负载电阻， Rc/RL和偏置电阻Rb1、 Rb2 。,若直流电源内阻为零，交流电流流过直 流电源时，没有压降。设C1、 C2 足够大，对 信号而言，其上的交流压降近似为零。在交 流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。,3.1.2.3 直流通道和交流通道,动画3-5,请注意，h 参数是一种小信号参数，也称微变参数或交流参数。h 参数的大小与工作点有关，在放大区基本不变，所以 h 参数只适合对交流小信号的分析。其次 h 参数的求解都有一定的条件，四个 h 参数也有一定的物理意义，将在下面介绍 。,晶体管低频小信号模型中的h12的数值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/ h22则很大，一般在105以上，放大电路外围的电阻值一般在几千欧，所以也可以忽略。于是可以得到h参数简化模型，如图02.02.16所示。,