微变等效电路分析方法

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1、第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路输入当放大电路输入交流小信号交流小信号时，就可以把三极管小范时，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，即把围内的特性曲线近似地用直线来代替，即把BJTBJT这个非线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，这个模型也称为模型也称为微变等效电路微变等效电路。从而可以把三极管这个非线性。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。最终可以方便的器件所组成的电路当作线性电路来处

2、理。最终可以方便的利用电路理论来分析电路的交流性能。利用电路理论来分析电路的交流性能。由于三极管是由于三极管是非线性非线性器件，这样就使得放大电路的器件，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。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微变等效电路分析法 （小信号模型分析方法）（小信号模型分析方法）第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 1.h共射共射参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得CECEBEB

3、BBEBEBCEduuudiiuduIU用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示CECECBBCBEBCEduuidiiiduIUuBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络从输入特性看：从输入特性看：uBE是是iB和和uCE的函数的函数 uBE=f1(iB,uCE)从输出特性看：从输出特性看：iC是是iB和和uCE 的函数的函数 iC=f2(iB,uCE)i（input）输入输入r（reverse）反向传输反向传输f（forward）正向传输正向传输o（output）输出输出e 共射接法共射接法ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu第第2章章 基本基本 放大电路放大电路（

4、1）uCE=常数，常数，iB=常数的意义常数的意义uCE=常数常数duCE=0即输出端只有直流输出，没有交流输出。即输出端只有直流输出，没有交流输出。相当于相当于输出端交流短路输出端交流短路。iB=常数常数diB=0即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。相当于相当于输入端交流开路输入端交流开路。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。近的情况。uBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络2、参数的意义和求法参数的意义和求法第第2章章 基本基本 放大电路放大电路（2）输入电阻）输入电阻

5、 物理意义物理意义：反映了输入电压：反映了输入电压对输入电流对输入电流iB的控制能力。的控制能力。几何意义几何意义：表示输入特性的：表示输入特性的Q点处的切线的斜率的倒数点处的切线的斜率的倒数单位：单位：，102103 在小信号的情况下是常数。在小信号的情况下是常数。CEBBEieuiuhiBuBE uBE iB对输入的小交流信号而言，三对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻极管相当于电阻hierbe。2、参数的意义和求法参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络第第2章章 基本基本 放大电路放大电路（3）电压反馈系数电压反馈系数物理意义物理意义：反映了输出回：反映了输

6、出回路路uCE对输入回路对输入回路uBE影响影响的程度的程度几何意义几何意义：在输入特性上：在输入特性上表示表示Q点附近输入特性曲点附近输入特性曲线横向的疏密。线横向的疏密。它是一个无量纲的量它是一个无量纲的量（10-4）。）。BiCEBEreuuh uBEiBuBE uCE2、参数的意义和求法参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络第第2章章 基本基本 放大电路放大电路（4）电流放大系数电流放大系数物理意义物理意义：晶体管对电流的：晶体管对电流的放大能力，即放大能力，即几何意义几何意义：在输出特性上表：在输出特性上表示示Q点附近输出特性曲线的点附近输出特性曲线的纵向疏

7、密。纵向疏密。它是一个无量纲的量。它是一个无量纲的量。（10102）CEuBCfeiih iCiCuCE iB2、参数的意义和求法参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络第第2章章 基本基本 放大电路放大电路（5）输出电导输出电导物理意义物理意义：反映了输出电压：反映了输出电压uCE对输对输出电流出电流iC的控制能力的控制能力几何意义几何意义：保持：保持iB不变，有不变，有uCE，则，则引起引起iC，反映了输出特性曲线的倾，反映了输出特性曲线的倾斜程度。斜程度。单位：西门子（单位：西门子（S）（）（10102S）常用它的倒数表示常用它的倒数表示BiCECoeuih iC

8、iCuCE uCEc1eo erh2、参数的意义和求法参数的意义和求法uBEuCEiBcebiCBJT双口网络双口网络第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 ibicubeuce（1）uCE=常数，常数，iB=常数的意义常数的意义BiCECoeuih（5）输出电导）输出电导（2）输入电阻）输入电阻 CEBBEieuiuh（3）电压反馈系数）电压反馈系数BiCEBEreuuh（4）电流放大系数）电流放大系数CEuBCfeiih说明：说明：由于四个参数由于四个参数的量纲各不相同，这的量纲各不相同，这种参数系统是不同量种参数系统是不同量纲的混合，称为混合纲的混合，称为混合参数。参数。h即英语中的即英

9、语中的“混合混合”（hybrid）。）。在小信号的情况下，在小信号的情况下，四个参数都可以看作四个参数都可以看作是常数。是常数。ceoebfeccerebiebeuhihiuhihu2、参数的意义和求法参数的意义和求法第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 ubeibuceicubeuceic很小，一般忽略。很小，一般忽略。cbeceoebfeccerebiebeuhihiuhihuib ib rcecrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。rbe ibibbceicerbebhreuce+-h参数微变等效电参数微变等效电路简化模型路简化模型等等效效3.等效电路的引出等效电路的引出第第2章章 基

10、本基本 放大电路放大电路 rbe ibibbce（1）电压源和电流源的性质电压源和电流源的性质 它们是虚构的它们是虚构的 它们是受控源它们是受控源 它们的极性不能随意假定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数或交流参数。所以只适合对交流信号的分析。的分析。（3）h参数是在参数是在Q点附近求出的，因此点附近求出的，因此它们与它们与Q点的位置有关，点的位置有关，Q点不同、等效点不同、等效电路的参数也不同。在放大区基本不变电路的参数也不同。在放大区基本不变（4）对于低频模型可以不考虑结电容的）对于低频模型可以不考虑结

11、电容的影响。影响。ubeuceicib ib rcecerbebhreuce+-4.注意的问题注意的问题ic第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 -电流放大系数。一般用测电流放大系数。一般用测试仪测出；试仪测出；表示三极管的电流表示三极管的电流放大作用。放大作用。ib基极电流变基极电流变化引起的集电极电流变化量，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反映了三极管具有电流控制电流源流源CCCS的特性。的特性。rbe 三极管的交流输入电阻，三极管的交流输入电阻，与与Q点有关，可用图示仪测点有关，可用图示仪测出。出。一般用公式估算一般用公式估算 rbe ubeuceicrbe ibi

12、bbceib ib rcecerbebhreuce+-5.h参数的确定参数的确定第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 在讨论这个问题时，可借助于晶体管的物理结构示意图，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，以及两个晶体管内部有发射区、集电区和基区，以及两个PN结，结，b相相当基区当基区内的一个点内的一个点，b才是基极。晶体管发射结伏安特性曲线才是基极。晶体管发射结伏安特性曲线方程式如下：方程式如下：通过发射结伏安特性方程式求解通过发射结伏安特性方程式求解rbeTE BTE B/ES/ESEe1)e(UuUuIIi其交流电导为其交流电导为 TE/E

13、STE BE eTE Be1dd1UiuIUuirUEQTeIUrQ常温下常温下UT26mV，所以，所以reQUT/IEQ=26 mV/IEQcbebcbCebCbbrcbrer 物理结构示意图物理结构示意图 r rbebe三极管的交流输入电阻三极管的交流输入电阻第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 mA)(mV)(26)(1)(1EQbbEQTbbbeIrIUrrQ 在共射组态下，从基极在共射组态下，从基极b看进去的等效电阻为看进去的等效电阻为rbe，其，其中的电流是中的电流是ib。所以。所以rbe是两部分电阻之和，一个是是两部分电阻之和，一个是rbb ，另，另一个是一个是re归算到基极回

14、路的电阻值，所以有归算到基极回路的电阻值，所以有 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，rbb200200 300300。大功率晶体。大功率晶体管的管的rbb约约十几欧姆至几十欧姆。十几欧姆至几十欧姆。(T=300K)mA()mV(26)1(rEQbbbeIr)mA()mV(26rCQbbbeIr或或 第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 1.BJT小信号模型是在什么条件下建立的？受控源小信号模型是在什么条件下建立的？受控源是何种类型的？是何种类型的？2.若用万用表的若用万用表的“欧姆欧姆”档测量档测量b、e两极之间的电两极之间的电阻，是否为阻，是否为rbe?第第2章章 基本基本 放大电路放大

15、电路 用用h参数小信号模型分析分压偏参数小信号模型分析分压偏 置共射极基本放大电路置共射极基本放大电路1.利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE，锗管，锗管VBE，已知已知。分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路+LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeCiUoUVTeRcRb 2Rb 1RC CVV T+LReRcRb 2Rb 1R+C CV2C1CeCiUoUV TebQBECCBQR)1(RUVIb2b1b2b1bb2b1b2CCCC,RRRRRRRRVVQQBCII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 放

16、大电路放大电路h参数微变等效电路是在晶体管参数微变等效电路是在晶体管h参数参数模型的基础上，增加放大电路交流通路的相关元件模型的基础上，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而构成的。应首先画出放大电路的h h参数微变等效电参数微变等效电路。路。具体画法如下：具体画法如下：1.先将晶体管的先将晶体管的 h 参数低频小信号模型画出；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再将放大电路晶体管以外的交流通路的元件画出；画出；3.在中频段，画的过程中将大容量的耦合电容、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，将直流电源短路旁路电容器短路，

17、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。为例进行讨论。2.利用利用h参数模型求交流（动态）参数参数模型求交流（动态）参数第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 分压偏置共射放大电路分压偏置共射放大电路ebUbeIb+_rbecIcUce+_ Ib+LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CCiUoUVTeb1RcRLRoU 共射放大电路交流微变等效电路共射放大电路交流微变等效电路 因放大电路的输因放大电路的输入信号处于中频段入信号处于中频段,所所以可以将大容量的耦以可以将大容量的耦合电容和旁路电容器合电容和旁路电容器短路；将直

18、流电源交短路；将直流电源交流短路。流短路。将晶体管的低频将晶体管的低频模型画出。模型画出。再将共射放大电再将共射放大电路交流通路的其他元路交流通路的其他元件一一画出。件一一画出。b2RiU第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 1 1 求放大电路中频电压放大倍数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。电压放大倍数就是一个解电路的问题。ebUbeIb+_rbecIcUce+_ Ibb1Rb2RiUcRLRoU输出电压为输出电压为)/(LcboRRIU输入电压为输入电压为bebirIU电压放大倍数为电

19、压放大倍数为beLbeLcbebLcbiou)/()/(rRrRRrIRRIUUA 共射放大电路交流微变等效电路共射放大电路交流微变等效电路第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 2 2 求放大电路的输入电阻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根据输入电阻的定义和微变等效电路有ebUbeIb+_rbecIcUce+_ Ibb1Rb2RiUcRLRoUiIbeb2b1iii/rRRIUR若满足若满足Rb1 Rb2 rbe，则，则Ri rbe。第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 3 3 求放大电路的输出电阻求放大电路的输出电阻0,oooSL=URIURsURsRLIobI00

20、UecbiberRb1RcRb2bIoUoUcooo=RIUR 根据输出电阻的定义，需要将信号源换成源电压根据输出电阻的定义，需要将信号源换成源电压信号源信号源 ，并将，并将 短路，但保留内阻短路，但保留内阻 ；将负载电；将负载电阻阻 开路，同时在输出端加一个测试用信号源开路，同时在输出端加一个测试用信号源 。oUsULRsUsR第第2章章 基本基本 放大电路放大电路+eRCCV2C1CVTb1Rb2RiUcRLRoUecbberRb1RcRLRb2bIiUoURebIcI例：例：试计算图示放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输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。晶体管的出电阻

21、。晶体管的=99、UBEQ、VCC=15V，Rb1=20k、Rb2=5.1k、Rc=3.3k、Re=2k、RL=10k。解解:先进行静态计算，求出晶体管静态工作点的参数先进行静态计算，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。行放大电路动态技术指标的计算。第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 静态计算：静态计算：工作点参数的计算：工作点参数的计算：A5.11210006.47.005.3)(1k06.41.5201.520V05.31.5201.515ebBEQCCBQb2b1b2b1b

22、b2b1b2CCCCRRUVIRRRRRRRRVVV96.83.514.115)(mA14.15.1199ecCQCCCEQBQCQRRIVUII第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 动态计算：动态计算：晶体管输入电阻晶体管输入电阻rbe的计算：的计算：)/(LcboRRIUebbebi)1(RIrIU2580mA)(14.1mV)(26100300)(1EQTbbbeIUrrQ放大电路电压放大倍数的计算：放大电路电压放大倍数的计算：ecbberRb1RcRLRb2bIiUoURebIcI2.1210058.2)10/3.3(99)1()/()1()/(ebeLcebbebLcbiouRrR

23、RRIrIRRIUUA 旁路电容的断开，使电压旁路电容的断开，使电压放大倍数下降，其物理意义将放大倍数下降，其物理意义将在后面解释。在后面解释。电压放大倍数可近似等于电压放大倍数可近似等于是两电阻之比，因而电压放大是两电阻之比，因而电压放大倍数的稳定性提高。倍数的稳定性提高。eLcu)/(RRRA第第2章章 基本基本 放大电路放大电路 小结小结 图解法图解法常用于建立基本概念及常用于建立基本概念及大信号大信号分析。采用该方分析。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法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。曲线。定量分析误差较大定量分析误差较大，一般用在分析输出幅值比，一般用在分析输出幅值比较大而工作频率不太高的情况。较大而工作频率不太高的情况。在在小信号小信号（变化范围小），（变化范围小），将将BJT的特性的特性线性化线性化，内，内部电压、电流量的微变关系用数学形式表示，以便用部电压、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已学的电路理论分析放 大电路的性能指标。模型参数大电路的性能指标。模型参数与静态工作点有关，与静态工作点有关，不能用小信号模型分析、计算静不能用小信号模型分析、计算静态工作点。态工作点。