小信號模型分析法

1、思路：將非線性的思路：將非線性的BJT等效成一個線性電路等效成一個線性電路 即四端即四端(雙端口雙端口)暗盒模型。暗盒模型。條件：交流小信號條件：交流小信號一、BJT的小信號建模1 . 三極管三極管H參數(shù)的引出參數(shù)的引出利用網(wǎng)絡(luò)的H(Hybrid)參數(shù)來表示輸入、輸出的電壓與電流的相互關(guān)系，就可得到對應(yīng)的等效電路，稱共射H參數(shù)等效模型。 （1）BJT H參數(shù)的引出 對于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，已知輸入輸出特性曲線如下： BE1BCE( ,)uf i uC2BCE( ,)if i u在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示ube= hieib+ hreuceic= hfeib+ hoeuc

2、e （1）BJT H參數(shù)的引出CEQBQBEBEBEBCEBCEdddUIuuuiuiuCEQBQCCCBCEBCEdddUIiiiiuiuCEBBEie Vih v輸出端交流短路時的輸入電阻,常用rbe表示；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比（無量綱）；其中：四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBCfe Viih BCEBEre Ihvv BCECoe Iihv 輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)，即 ；輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)，也可用 表示。1/cer （1）BJT H參數(shù)的引出（2）BJT的

3、H參數(shù)微變等效電路1BJT的H參數(shù)及微變等效電路（3）微變等效電路的簡化 hre和hoe都很小，常忽略它們的影響。 BJT在共射連接時，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為 S101010101052433oefereieehhhhhiBuBE uBE iBbbeBBEbeiuiur對輸入的小交流信號對輸入的小交流信號而言，三極管而言，三極管BE間等間等效于電阻效于電阻rbe。rbeibbeubebecubeib首先考察輸入回路首先考察輸入回路當(dāng)信號很小時，將輸入特性在當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。小范圍內(nèi)近似線性。rbe的計(jì)算：的計(jì)算：mAmV26)1 (200EebbbbeIrrr基區(qū)體電

4、阻，約基區(qū)體電阻，約200。溫度的電溫度的電壓當(dāng)量壓當(dāng)量考察輸出回路考察輸出回路CECEUbcBCUiiII輸出端相當(dāng)于一個輸出端相當(dāng)于一個受受 i ib b控制的電流源。控制的電流源。且且電流源電流源兩端還要兩端還要并聯(lián)一個大電阻并聯(lián)一個大電阻r rcece。cceceiur uce icubeibuceicuberbe ibib rceuceicrce很大，一般忽略。很大，一般忽略。畫出三極管的畫出三極管的h參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路等效等效ebcebcrbeic = ib請注意如下問題請注意如下問題： 電流源為一受控源，而不是獨(dú)立的電源。電流源為一受控源，而不是獨(dú)立的電源。 電流源的流向不

5、能隨意假定，而是由電流源的流向不能隨意假定，而是由i ib b決定。決定。 該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。該模型僅適用于交流小信號，不能用于靜態(tài)分析和大信號。2.2.三極管的簡化微變等效電路三極管的簡化微變等效電路簡化的簡化的等效等效模型的幾點(diǎn)說明：模型的幾點(diǎn)說明： 簡化的簡化的等效等效模型用于研究放大電路的模型用于研究放大電路的動態(tài)參數(shù)，是在動態(tài)參數(shù)，是在Q點(diǎn)處求偏導(dǎo)得到的；點(diǎn)處求偏導(dǎo)得到的； 只適用于小信號工作情況；只適用于小信號工作情況； 模型沒有考慮結(jié)電容的影響，只適用模型沒有考慮結(jié)電容的影響，只適用于低頻情況，稱低頻小信號模型；于低頻情況，稱低頻小信號模型； 使

6、用時要注意模型中各電壓、電流的使用時要注意模型中各電壓、電流的參考方向，參考方向的規(guī)定對參考方向，參考方向的規(guī)定對NPN、PNP均適用；均適用； 利用模型分析放大電路動態(tài)參數(shù)的方利用模型分析放大電路動態(tài)參數(shù)的方法又稱為法又稱為微變等效電路分析法微變等效電路分析法。 根據(jù)放大電路的求直流通路，求靜態(tài)工作點(diǎn)根據(jù)放大電路的求直流通路，求靜態(tài)工作點(diǎn)Q及及rbe的值；的值； Q（IBQ，ICQ，VCEQ） rbe=rbb(1)26mV/IE 求放大電路的交流通路，根據(jù)交流通路畫微變等效電路；求放大電路的交流通路，根據(jù)交流通路畫微變等效電路； 根據(jù)微變等效電路求放大電路的動態(tài)參數(shù)根據(jù)微變等效電路求放大電路

7、的動態(tài)參數(shù) 放大倍數(shù)：放大倍數(shù)：u（us） 輸入電阻：輸入電阻：Ri 輸出電阻：輸出電阻：Ro 交流通路畫法：交流通路畫法：（1）電容短路）電容短路（2）電源等效接地）電源等效接地交流通路交流通路+-+-vivoVCCRCRbCb1Cb2TRL+-+-vivoRCRbTRL二 小信號模型分析電路微變微變等效等效電路電路畫法畫法bebirIULboRIUbeLurRALCLRRR/負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI iiIURibeb/rR電路的輸入電阻越大，信號源內(nèi)阻電路的輸入電阻越大，信號源內(nèi)阻的壓降越小，因此一般總是

8、希望得到較的壓降越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。大的的輸入電阻。根據(jù)輸入電阻的定義：根據(jù)輸入電阻的定義：rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI 當(dāng)信號源有內(nèi)阻時：當(dāng)信號源有內(nèi)阻時：根據(jù)輸出電阻的定義：根據(jù)輸出電阻的定義：oU oI coooRIUR所以：所以：用加壓求用加壓求流法求輸流法求輸出電阻：出電阻：000SLU,R.o.ooIU=RRLrbeRbRCbIc cb bI I 放大電路如圖所示。已知BJT的 =50， 其他元件參數(shù)如圖所示,試求該電路的Ri，Ro，Au，若RL開路，Au如何變化。解：CCBEQBQb120.740A300VUIRCQBQ=2mAII

9、EQBQCQCQ=+=2mAIIIIbebbEQ26 mV26mV(1)2001 50=863mA2mArrI（）（）（）bcLoLuib bebe()86.6iRRuRAui rr ibbe0.863kRRroc3RRk若RL開路cube50 3173.80.863RArAu增大了3. 小信號模型分析法的適用范圍 放大電路的輸入信號幅度較小，BJT工作在其UI特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內(nèi)。H參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點(diǎn)上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關(guān)。優(yōu)點(diǎn)： 分析放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)(Au 、Ri和Ro等)非常方便，且適用于頻率較高時的分析。缺點(diǎn)：

10、在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數(shù)均是針對變化量(交流量)而言的，不能用來分析計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。求：求：1. 靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)。 2.電壓增益電壓增益AU、輸入電阻輸入電阻Ri、 輸出電阻輸出電阻R0 。 3. 若輸出電壓的波形出現(xiàn)如若輸出電壓的波形出現(xiàn)如 右圖的失真右圖的失真 ，是截止還是飽和，是截止還是飽和 失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？失真？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件？如何調(diào)節(jié)？已知：圖中已知：圖中VCC=12V， RC =RL=4k ，Rb=300k ， =37.5。 UBE 0.7V+-+-vivoVCCRCRbCb1Cb2TRLSPICE求解！思路：小信號模型思路：小信號模型AU、Ri 、R0VCCRCRbTIBICVCE解：解：1. Q點(diǎn)的求解：點(diǎn)的求解：AmA.RVRVVIbbCCBECCB40040300