放大电路的分析方法.ppt

4 双极结型三极管及放大电路基础,本章内容,4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应,4 双极结型三极管及放大电路基础,本章要求,1. 了解双极结型三极管 (BJT) 的结构、工作原理、温度对参数及特性的影响，掌握其符号、电流关系、特性曲 线、参数、使用和应用，三种工作状态 ( 区 ) 的条件、特点 和判断。,2. 掌握基本共射极放大电路的组成、工作原理、静态 分析和动态分析。 3. 熟悉放大电路的图解分析法、静态工作点对波形失真的影响，掌握基本共射极放大电路的动态分析、性能特 点和用途。,4. 了解温度对静态工作点的影响，熟悉稳定静态工作 点的措施，掌握基极分压式射极偏置放大电路的组成、工,4 双极结型三极管及放大电路基础,5. 掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。 6. 熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的特 点和判断。,7. 了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、 频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、 下限频率、通频带。,作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,4 双极结型三极管及放大电路基础,重点难点,重点：双极结型三极管 (BJT) 的符号、电流关系、特 性曲线、参数、使用和应用；三种基本放大电路 ( 共射、 共集和共基 ) 的组成、工作原理、静态分析 ( 估算法 )、动态分析 ( 小信号模型分析法 ) 、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线, 放大电路的工作原理、静态分析 ( 图解分析法、估算法 ) 和 动态分析 ( 图解分析法、小信号模型分析法 )，放大电路的 频率响应。,4.3 放大电路的分析方法,本节内容,4.3.1 图解分析法 1. 静态工作点的图解分析 2. 动态工作情况的图解分析 3. 静态工作点对波形失真的影响 4. 图解分析法的适用范围,4.3.2 小信号模型分析法 1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 3. 共射放大电路特点 4. 共射放大电路用途 5. 小信号模型分析法的适用范围,4.3 放大电路的分析方法,本节要求,1. 熟悉静态工作点、动态工作情况的图解分析，静态工作点对波形失真的影响；了解图解分析法的适用范围。,2. 掌握BJT的H参数及小信号模型、用H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路，基本共射极放大电路的性 能特点和用途；了解小信号模型分析法的适用范围。,4.3 放大电路的分析方法,重点难点,重点：静态工作点对波形失真的影响，BJT的H参数及小信号模型、用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路，基本共射极放大电路的性能特点和用途。,难点：动态工作情况的图解分析，静态工作点对波形失真的影响；BJT的H参数及小信号模型、用H参数小信 号模型分析基本共射极放大电路。,4.3 放大电路的分析方法,怎样分析放大电路？,A. 分析步骤 B. 分析方法,4.3 放大电路的分析方法,A. 分析步骤,(1) 把原电路分解为直流通路 和交流通路。,(2) 用直流通路求直流参数 ( 估算法、图解法：求静态 工作点Q：VBEQ、IBQ、ICQ、VCEQ )。,(3) 用交流通路求交流参数 ( 图解法：求电压放大倍数 Av、最大不失真输出电压Vom 等 )。,动静分开，先静后动,放大电路直流电、交流电并存，直流通路与交流参数 无关，交流通路与直流参数有关，分析时通常分开处理。,(4) 用 H 参数小信号模型代替三极管可求得更多交流参数 ( 模型法：求电压放大倍数 Av、输入电阻 Ri、输出电阻 Ro 等 )。,4.3 放大电路的分析方法,B. 分析方法,1) 静态分析,求静态工作点Q：VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ。,2) 动态分析,求Av、Ri、Ro、Vom。,(1) 图解法：已知特性曲线，画交流通路，通过作图求Av 和Vom(4.3.1),(2) 小信号模型法：由等效电路求Av、Ri和Ro(4.3.2),(1) 估算法：已知 VBEQ ( 硅管、锗管 )，由直流通路求IBQ、ICQ和VCEQ(4.2.2),(2) 图解法：已知特性曲线，画直流通路，通过作图求VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ(4.3.1),4.3.1 图解分析法,怎样用图解法分析放大电路？,1. 静态工作点的图解分析 2. 动态工作情况的图解分析 3. 静态工作点对波形失真的影响 4. 图解分析法的适用范围,4.3.1 图解分析法,1. 静态工作点的图解分析,图解分析法：已知晶体管的特性曲线和管外电路的特 性，用作图的方法求取有关参数。,作图求静态工作点：VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ。,4.3.1 图解分析法,2. 动态工作情况的图解分析,作图求电压放大倍数 Av 和最大不失真输出电压幅值Vom或有效值Vo。,4.3.1 图解分析法,3. 静态工作点对波形失真的影响,失真：输出与输入波形不一样，有畸变，失去原样。,放大电路要求输出信号与输入信号之间是线性比例关 系，不失真地放大是对放大电路的基本要求，失真使放大 失去意义。当然放大区并非绝对线性，只是失真较小。,由于晶体管存在非线性，使输出信号与输出信号不成 比例，输出信号不能反映输入信号的情况，产生了新的频率成分，称为非线性失真，包括截止失真和饱和失真。,用非线性失真系数衡量失真轻重：在正弦输入信号下，输出波形谐波总有效值与基波有效值之比。,4.3.1 图解分析法,1) 没有失真,静态工作点合适，输入信号变化范围工作在线性区。,iB=IBQ,4.3.1 图解分析法,不失真条件,为了避免进入截止区而引起非线性失真，应满足：,为了避免进入饱和区而引起非线性失真，应满足：,ICQ Icm + ICEO,VCEQ Vcem + VCES,其中：Icm为集电极交流电流的幅值,ICEO为集电极发射极间的反向饱和电流(穿透电流),ICEO 几A (硅管)、几十A (锗管),其中：Vcem为集电极发射极间交流电压的幅值,VCES为饱和压降,临界饱和压降VCES = 0.7V(硅管)、0.3V(锗管),深度饱和压降VCES = 0.3V(硅管)、0.1V(锗管),在 vbe 负半周部分 时间工作点到达截止区 而引起的失真。,VBEQ,4.3.1 图解分析法,2) 截止失真 (1) 产生原因,死区(截止),iB = 0，iB 被削底,截止区特点：iB = 0，iC = ICEO0，没放大作用。,静态工作 点偏低,IBQ,静态工作 点偏低,4.3.1 图解分析法,iB 被削底后 iC也被削底， vCE被削顶。 (vce 与 vi、 ib、ic反相),注意：PNP管 由于是负电源 供电，失真波 形的表现形式 与NPN管相反,VCEQ,ICQ,ICEQ,IBQ,Q点 调高,4.3.1 图解分析法,(2) 消除截止失真,减小Rb、加大VBB 增大IBQ,静态工作点偏低，即IBQ偏小,Q点 偏低,在 vbe 整个周期 都工作在输入特性线 性区，iB没有失真。,静态工作 点偏高,4.3.1 图解分析法,3) 饱和失真 (1) 产生原因,4.3.1 图解分析法,在vbe 正半周 部分时间到达饱和 区而引起的失真。,饱和区特点：iC不随iB增加，没放大，vCE=VCES,iB 没失真，iC被削顶，vCE被削底。,PNP管由负电源供 电，失真波形表现 形式与NPN管相反,深度饱和,临界饱和,4.3.1 图解分析法,(2) 消除饱和失真,增大Rb、减小VBB减小IBQ减小ICQ(= IBQ),增大VCC负载线右移增大VCEQ(=VCC-ICQRc),减小Rc负载线变倾斜增大VCEQ(=VCC-ICQRc),减小 减小ICQ (= IBQ) (换管),VCC,IBQ,4) 双重失真,4.3.1 图解分析法,即使Q合适，如果输入信 号幅值过大，则在输入信号正 半周会进入饱和区，在输入信 号负半周会进入截止区，同时 产生饱和失真和截止失真。,减小输入信号幅值可消除 失真。,5) 非线性失真,4.3.1 图解分析法,截止失真是由于静态工作点偏低或输入信号幅值过大, 饱和失真是由于静态工作点偏高或输入信号幅值过大，使 三极管工作在特性曲线的非线性区 ( 截止区或饱和区 )，输,出信号与输入信号不成正比，输出波形与输入波形不一样, 产生了新的频率成分，统称为非线性失真。要避免。,用非线性失真系数衡量失真轻重程度：在正弦输入信 号下，输出波形中的谐波总有效值与基波有效值之比。,4.3.1 图解分析法,6) 非线性失真系数,简称失真度，也称总谐波 失真、总谐波畸变率(THD， Total Harmonics Distortion)。,例如：输出波形中的基波 有效值VO1=1V，二次谐波有效值VO2=10mV，则,输入正半周不到饱和区，输出 vCE变化范围为VCEQ VCES。,4.3.1 图解分析法,7) 最大不失真输出电压幅值Vom (1) 电路参数已确定,最大不饱和输出电压幅值,VomR =VCEQ -VCES,输入负半周不到截止区，输出 vCE变化范围为VCEQVCC-ICEORc。,4.3.1 图解分析法,最大不截止输出电压幅值,VomF =VCC -ICEORc -VCEQ VCC -VCEQ = ICQRc,Vom = minVomR，VomF,木桶理论,iB = 0,4.3.1 图解分析法,(2) 电路参数未确定,IBQ,为了得到最大的不失真输出电 压，静态工作点应设在负载线位于 放大区部分的中间，即对应于vCE =VCES 和 iB = 0两点间的中点。,iB =0,VCEQ = (VCC -ICEORc -VCES)/2,4.3.1 图解分析法,最大不失真输出电压幅值是不产生饱和失真和截止失 真时放大电路能输出的最大电压幅值，它是放大电路的一 个主要技术指标。,只要Vi Vim 输出就不会产生失真。,求得最大不失真输出电压幅值后，就可得到最大允许 输入电压幅值Vim。,(3) 输出动态范围VPP,最大不失真输出电压的峰-峰值，工程上常使用。,VPP = 2Vom,Vim =Vom/Av,在保证不产生截止失真和所需的 Vom 的前提下，为 了减小损耗和噪声可把Q设低些。,4.3.1 图解分析法,8) 电路参数对Q的影响,Rb 、VBB IBQ ICQ (= IBQ) VCEQ ,VCC 负载线右移VCEQ (=VCC -ICQRc) ,Rc 负载线变倾斜VCEQ (=VCC -ICQRc) , ICQ (= IBQ) VCEQ (换管),VCC,左图因电路参数改变使Q产生如右图所示变化。,4.3.1 图解分析法,例1,(1) 静态工作点从Q1移到Q2、Q2移到Q3、Q3移到Q4 分别是因为哪些参数变化造成的？参数是如何变化的？,Q1Q2：Rc 减少；,Q2Q3：Rb 减少或VBB 增大;,Q3Q4：VCC 增大。,4.3.1 图解分析法,(2) 静态工作点分别是 Q1 Q4 时，哪个最易产生截止 /饱和失真？哪个最大不失真输出电压Vo最大？约多大？,Q1、Q2最易截止失真；Q3最易饱和失真；Q4最大不 失真电压Vo最大。,Vom = VCEQ VCES = 6 - 0.7 = 5.3V,4.3.1 图解分析法,(3) Q4时集电极电源VCC多少？集电极电阻Rc多大？,由图可得 (vCE =VCC =12V，iC = 0)，(vCE = 0，iC = VCC/Rc =12V/Rc = 4mA)。,Rc =VCC/iC =12V/4mA = 3k,4.3.1 图解分析法,9) 判断能否不失真放大,根据放大电路组成原则和不失真放大的条件来判断。,(1) 从直流通路来判断：,电源的极性、大小和连接是否使晶体管工作在线性区：如三极管工作在放大区，场效应管工作在恒流区。,静态工作点是否合适，使整个波形处于放大区。已 给定参数，则计算Q；未给定参数，则假定参数正确。,(2) 从交流通路来判断：,输入信号能否传输到放大电路中。如有没有开路、 短路，是否加到三极管的b-e、场效应管的g-s之间。,输出信号能否有效输出。如有没有开路、短路， 是否从三极管的c或e、场效应管的d或s取出。,4.3.1 图解分析法,例2,下列电路哪些具有放大作用？,(a),4.3.1 图解分析法,4.3.1 图解分析法,RC,4.3.1 图解分析法,(h),(g),4.3.1 图解分析法,例4.3.1,已知硅管， = 37.5，输出特性曲线。,(1) 从电路组成说明与右图的主要区别,左图是从右图演变来的。,常见电路 掌握分析,图 A 信号源、负载直接接到放大电路，称为直接耦 合，会改变设置好的静态工作点。图 B 电容 C1、C2 隔离 它们与放大电路的直流联系，又使交流信号顺利输入、输 出(隔直通交)，称为阻容耦合，耦合电容一般为几十F。,4.3.1 图解分析法,图A输入信号没接地，易受干扰造成工作不稳定。,极性,4.3.1 图解分析法,图B采用两个直流电源供电，使用不方便。直流电 源数量应尽量少，使电路简单。图 C 将 VCC、VBB 两个直 流电源合并，采用一个直流电源供电，将 Rb 接 VBB 的一 端改接到VCC，由VCC 兼负VBB 的任务。,4.3.1 图解分析法,为了简化电路画法，习惯上只标出电源对地大小和极 性，如+10V、-10V，不画电源符号。,简化画法,+12V,4.3.1 图解分析法,元件作用,三极管T 电流放大作用，用基极 电流 iB微弱的变化控制集电 极电流 iC 产生 倍的变化， iC = iB，是核心元件。 发射结正偏，集电结反偏， 工作在放大区。,电源VCC 能量源泉，配合Rb提供适当的静态电压VBEQ 和电流 IBQ，使发射结正偏；产生静态电流 ICQ，配合 Rc 提供适 当的静态电压VCEQ，使集电结反偏，工作在放大区。,4.3.1 图解分析法,基极电阻Rb,配合VCC 提供合适的偏 置电压VBEQ和偏置电流IBQ。,集电极电阻Rc 与VCC配合提供适当的 VCEQ，将 集电 极电 流 变化 转为电压变化得到电压放大， vs vBE iB iC vRc =iCRc vo。,耦合电容 C1、C2 分别隔离信号源、负载与放大电路的直流联系，又使交流信号顺利输入、输出，隔直通交。,4.3.1 图解分析法,直流通路,(2) 画出直流通路和交流通路,输入为0，电容断开，其它照画，标出直流。,直流符号,正偏,反偏,交流符号,4.3.1 图解分析法,交流通路,直流电源短路 ( 内阻很小 )，大电容短路 ( 容抗很小 ), 其它元件照画，标出交流电量。,交流符号,4.3.1 图解分析法,图中元件连接关系不够清晰，改画一下。,Rb与三极管的be结并联，在输入回路；Rc、RL并联再并接在三极管的c、e极，在输出回路。,4.3.1 图解分析法,(3) 估算法求 IBQ、ICQ、VCEQ,由直流通路基极-发射极回路求IBQ (VBEQ已知)。,VCC = IBQ Rb + VBEQ,求 IBQ,注意电压、电流、电阻单位。,与式4.2.1不同,4.3.1 图解分析法,求 ICQ,根据三极管电流关系求 ICQ。,ICQ = IBQ = 37.540 =1500A=1.5mA,求VCEQ,由集电极-发射极回路 求VCEQ。,VCC = ICQ Rc + VCEQ,VCEQ = VCC - ICQ Rc = 12V-1.5mA4k = 6V,4.3.1 图解分析法, 采用总电量符号是为了与特性曲线一致。,由于静态时交流量 = 0， 所以总电量=直流量。,(4) 图解法求 ICQ、VCEQ,由直流通路集电极 - 发射极回路列出输出直流负 载线方程,VCC = ICQ Rc + VCEQ,iC = ICQ，vCE =VCEQ,VCC = iC Rc + vCE,vCE = VCC - iC Rc = 12 - 4 iC,输出直流负载线方程,4.3.1 图解分析法,在输出特性曲线 上作输出直流负载线,vCE =VCC - iC Rc =12 - 4 iC,取两点：M(vCE =VCC =12V，iC = 0)，,N(vCE=0，iC=VCC/ Rc=12V/4k=3mA),直流负载线与 iB =IBQ = 40A的那条输出特性曲线的 交点为静态工作点Q。求得VCEQ = 6V，ICQ = 1.5mA。,M,N,IBQ,连接M、N两点即得输出直流负载线。,求静态工作点ICQ、VCEQ,4.3.1 图解分析法,(5) 写出电压vBE的表达式及输出交流负载线方程,电压vBE的表达式,由直流通路得基极-发射极间直流电压 VBE =VBEQ,由交流通路得基极-发射极间交流电压 vbe = vi,总电压 vBE =VBE + vbe =VBEQ + vi,4.3.1 图解分析法,输出交流负载线方程,由直流通路得集电极-发射极间直流电压VCE =VCEQ,由交流通路得集电极-发射极间交流电压 vce = -ic (Rc/RL) = -(iC-ICQ)RL = ICQRL - iCRL,总电压 vCE =VCE + vce =VCEQ + ICQRL - iCRL,当vi = 0时iC = ICQ， 代入输出交流负载线方 程，得vCE=VCEQ。即 输出交流负载线经过静 态工作点Q。,4.3.1 图解分析法,输出交流负载线方程 vCE =VCEQ + ICQRL - iCRL,在输出特性曲线 上作输出交流负载线,再取一点M (vCE =VCEQ + ICQRL = 6 + 1.5(4/4) = 9V，iC = 0)。,连接M、Q并延长到纵轴N即得输出交流负载线。,输出交流负载线是经过Q、斜率为-1/RL的直线。,M,N,交流,直流,4.3.1 图解分析法,(6) 求最大不失真输出电压Vo,在输出特性曲线上 用输出交流负载线求。,最大不饱和输出电 压幅值,VomR=VCEQ -VCES = 6 - 0.7 = 5.3V,最大不截止输出电 压幅值,VomF =VCEM VCEQ =VCEQ + ICQRL VCEQ =ICQRL =1.5mA(4/4)k = 3V,Vom = minVomR，VomF = min5.3V，3V = 3V,交流,直流,4.3.1 图解分析法,10) 输出交直流负载线比较,输出直流负载线方程:,交流,vCE =VCC - iCRC,vCE =VCEQ + ICQRL - iCRL,输出交流负载线方程：,经过Q、斜率为-1/RL，反映了动态工作情况。,经过Q、斜率为-1/Rc，,反映了静态工作情况。,(1) 输出直流负载线,(2) 输出交流负载线,输出交流负载线比输出直流负载线倾斜，RL = 时 两者重合。,直流,vCE =VCEQ + ICQRC iCRC =VCC - iCRC,4. 图解分析法的适用范围,4.3.1 图解分析法,缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态；不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻、通频带等动态性能指标；必须实测晶体管的特性曲线，耗时麻烦；小信号时不易准确作图，电路复杂时作图很困难。,下面介绍另一种分析方法小信号模型分析法。,适用于幅度较大而工作频率较低时求静态工作点，分 析静态工作点是否合理、是否产生失真、是何种失真，指 导调整电路参数；求放大倍数和最大不失真输出电压等。,优点：直观形象，物理概念清晰，帮助理解交、直流 共存，静态、动态等重要概念和合理选择电路参数、设置 静态工作点的重要性。能全面分析静态和动态工作情况。,4.3.2 小信号模型分析法,小信号模型分析法是什么？,A. 小信号模型分析法 B. 原因 (为什么要建立小信号模型？) C. 思路 (怎样建立小信号模型？),4.3.2 小信号模型分析法,A. 小信号模型分析法,小信号模型(微变等效电路)：当输入电压信号很小(微 变 ) 时，将非线性元件晶体管的特性曲线线性化，等效成 线性元件组成的模型。,小信号模型分析法：当输入电压信号很小时把非线性 元件晶体管用小信号模型来代替，从而得到整个放大电路 的小信号线性等效电路，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，然后运用线性电路定理、定 律来简化分析计算和设计。,晶体管小信号模型有多种，如 Z 参数、Y 参数、H 参数、G 参数模型，适用于不同的场合和不同的问题。,本书介绍 H 参数模型。,4.3.2 小信号模型分析法,B. 原因,图解法不能用来分析计算放大电路的一些重要技术指标如输入电阻、输出电阻、通频带等；必须实测晶体管的特性曲线，需要一些仪器设备 (如晶体管图示仪)，耗时麻烦；容易产生作图误差，不易准确求解；分析复杂电路困难；不适用于分析工作频率较高时的电路工作状态。,由于三极管是非线性器件，如果直接利用其伏安关系 运用电路定理列方程，得到的是非线性方程组，求解非常复杂，就会使得放大电路的分析非常困难。,因此需要寻求一种更简便的分析方法。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 的分析计算和设计。,(为什么要建立小信号模型？),4.3.2 小信号模型分析法,C. 思路,在放大电路中，当输入交流电压信号很小 ( 微变 ) 时, 可以把晶体管的输入特性曲线和输出特性曲线在静态工作 点附近小范围内近似看作线性，用直线段近似地代替晶体 管的非线性特性曲线。,(怎样建立小信号模型？),将晶体管的非线性特性曲线线性化后，就可以用线性 元件来表示输入电压、输入电流、输出电压、输出电流的 相互关系，即用线性元件构成的线性等效电路 (线性模型) 代替实际的非线性器件晶体管，从而得到放大电路的小信 号线性等效电路 (微变等效电路)，把非线性器件晶体管所 组成的电路当作线性电路来处理。,利用线性等效电路可以进行放大电路的动态分析。,4.3.2 小信号模型分析法,怎样用模型法分析放大电路？,1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 3. 共射放大电路特点 4. 共射放大电路用途 5. 小信号模型分析法的适用范围,4.3.2 小信号模型分析法,1. BJT的H参数及小信号模型,放大电路在交流小信号作用下, 三极管的输入、输出 特性曲线在静态工作点附近近似为线性，所以可以用网络 的H (Hybrid，混合) 参数来表示输入、输出的电压与电流 的相互关系，得到三极管的H参数小信号模型。,vi = f1(i1、vo) = hi i1 + hr vo,i2 = f2(i1、vo) = hf i1 + ho vo,对一个双口网络，有H、Y、 Z、G四种参数描述输入和输出 的电压与电流的相互关系。其中， H参数的描述公式为：,(0) H参数概念,小信号时，取全微分得,BJT双口网络输入输出特性,改写 成：,4.3.2 小信号模型分析法,(1) BJT的H参数的引出,vBE = f1 (iB，vCE),iC = f2 (iB，vCE),用小信号交 流分量表示,vbe = hie ib + hre vce,ic = hfe ib + hoe vce,iB = f (vBE)vCE=const,iC = f (vCE)iB=const,4.3.2 小信号模型分析法,i input，输入 r reverse，反向传输 f forward，正向传输 o output，输出 e emitter，共射接法,H Hybrid，混合,VCEQ：vCE = VCEQ = 常数，vCE = 0，输出端只有直流电压输出，没有交流电压输出，输出端交流短路。,IBQ：iB = IBQ = 常数，iB = 0，输入端只有直流电流输入，没有交流电流输出，输入端交流开路。,因为此时只有直流电流和电压，所以是描述在静态工作点附近 ( 小信号，变化范围小 ) 的工作情况。,4.3.2 小信号模型分析法,(2) BJT的H参数的意义 输入电阻 hie,物理意义：反映输入电压 vbe 对输入电流 ib 的控制能力。,vbe = hie ib + hre vce,几何意义：输入特性Q点 处的切线的斜率的倒数。,电路意义：输出端交流短 路时的输入电阻，b e 间等效 电路中的一个元件电阻，单 位：欧姆()。,4.3.2 小信号模型分析法,反向电压传输比 hre,物理意义：反映输出电压 vce 对输入电压 vbe 的影响。,vbe = hie ib + hre vce,几何意义：输入特性Q点 附近曲线横向的疏密。,电路意义：输入端交流开 路时的反向电压传输比，b e 间等效电路中的一个元件受 控电压源的控制系数，无量纲。,4.3.2 小信号模型分析法,正向电流传输比 hfe,ic = hfe ib + hoe vce,物理意义：反映晶体管对 输入电流 ib 的放大能力，即。,几何意义：输出特性Q点 附近曲线的纵向疏密。,电路意义：输出端交流短 路时的正向电流传输比，c e 间等效电路中的一个元件受 控电流源的控制系数，无量纲。,电路意义：输入端交流开 路时的输出电导，c e 间等效 电路中的一个元件电导，单 位：西门子(S)。,4.3.2 小信号模型分析法,输出电导 hoe,ic = hfe ib + hoe vce,物理意义：反映输出电压 vce 对输出电流 ic 的影响。,几何意义：输出特性Q点 处切线的斜率，反映倾斜程度。,电压 hie ib 反映了基极 电流ib流过be结时产生的电 压降，hie是电阻；,4.3.2 小信号模型分析法,(3) BJT的H参数小信号模型 be间等效电路,vbe = hie ib + hre vce,电压 hre vce，反映了 输出电压vce 对输入回路的 影响，是受控电压源，且为 电压控制电压源(VCVS)。,电压相加是串联。,可知vbe由两部分组成：,4.3.2 小信号模型分析法,ce间等效电路,ic = hfe ib + hoe vce,可知ic由两部分组成：,电流 hfe ib 反映了基极 电流 ib 对输出电流 ic 的控制 作用，是受控电流源，且为 电流控制电流源(CCCS)；,电流 hoe vce，反映了 输出电压vce 在输出回路产 生的电流，hoe是电导。,电流相加是并联。,混合(H)：参数量纲不相同。,反馈电压小,等效为 电流源,等效为 电阻,4.3.2 小信号模型分析法,(4) 小信号模型的简化,H参数的数量级约为,hre 和 hoe 很小，常 忽略它们的影响。,记住,电阻分流小,hre = 0，电压源 hre vce 短路，b e 间等效为 电阻 hie = rbe。,hoe = 0，电阻 1/hoe = rce 开路，c e 间等效为受控电流源 hfe ib = ib。,4.3.2 小信号模型分析法,注意,H 参数是小信号参 数 ( 微变、交流、动态 )， 适用于动态，静态不能用。,输入端的受控电压 源 hre vce 的大小和方向 都受输出电压vce的控制。,输出端的受控电流 源 hfe ib ( ib)的大小和方 向都受输入电流ib 的控制。,电压源、电流源只 是电路模型，管内并没有。,参考方向有关联,记住,4.3.2 小信号模型分析法,(5)输入电阻 rbe (hie)的计算,基区体电阻rbb = 几十几百,发射区体电阻re = 几，忽略,发射结电阻re =VT/IEQ (3.4.2),等效、折算,=几百几千,rbe = rbb + re + re,?,4.3.2 小信号模型分析法,B. (1+ )( re + re)是发射极折 算到基极的等效电阻。,C. 上式适用范围为 0.1mA IEQ 5mA，超出范围误差大。,A. 基区体电阻 rbb = 几十 几 百 。不同的三极管其 rbe 实际上 是不同的，取 100、200、300 的都有。有给定时按 给定 值计算， 没给定时本书取 200。,(1+)ib,等效、折算,反映输入电压vbe 对输入 电流 ib 的控制能力。,4.3.2 小信号模型分析法,D. rbe 是be间的等效交流 ( 动态 ) 电阻。,只适用于分析动态，不能 用于分析静态。,是输入特性静态工作点Q 处的切线的斜率的倒数，与静 态工作点Q有关。,4.3.2 小信号模型分析法,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,动态分析主要是求电压增益、输入电阻、输出电阻等 交流指标，可用小信号模型来分析 (假设已求得Q点)。,(0) 画出交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(1) 画小信号等效电路,三极管用小信号模型代替：b、e之间等效为电阻rbe, c、e之间等效为受控电流源 ic = ib。,标出有关交流电流电压及其参考方向。,其它元件按原连接关系画出，必要时整理(改画)。,4.3.2 小信号模型分析法,思路：交流通路 (电源短路， 电容短路，其它照画) be之间 为电阻rbe、ce之间为受控电流 源 ib 标出交流。,ic 别标错位置。,画出小信号等效电路。,4.3.2 小信号模型分析法,例3,(1) 画出交流通路,思路：电源短路、电容 短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(2) 画出小信号等效电路,思路：交流通路 be 间为电阻rbe、ce间为受控 电流源 ib 标出交流。,ib、ic 别标错位置。,若Re并联Ce，则交流通路、 小信号等效电路又是怎样的？,4.3.2 小信号模型分析法,(1) 画出交流通路,思路：电源短路、电容 短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(2) 画出小信号等效电路,思路：交流通路 be 间为电阻rbe、ce间为受控 电流源 ib 标出交流。,ib、ic 别标错位置。,4.3.2 小信号模型分析法,例4,画出小信号等效电路。,4.3.2 小信号模型分析法,(2) 估算 rbe,=几百几千,要注意单位。,例5：设 =60，IBQ =30A，求rbe。,解：IEQ = (1+ ) IBQ = 6130 A = 1830 A = 1.83 mA,vi、vo通过哪个变量 联系起来？,4.3.2 小信号模型分析法,(3) 求电压增益 Av,vi = fi( ib ),vo = fo( ib ),vi = fi( ib ) = ib(Rb+rbe),vo = fo( ib ) = -ic(Rc/RL) = - ib RL,负载开路 Av变大还是变小(绝对值)?,vo 与 vi 反相,思路：,注意Rb是放大器本身的电 阻，要计算 在内。但 如 果信号 源有内阻RS，则不要计算在内。,vi = ii (Rb + rbe) = ib (Rb + rbe),4.3.2 小信号模型分析法,(4) 求输入电阻 Ri,vi = f( ii ),思路：,4.3.2 小信号模型分析法,(5) 求输出电阻 Ro,放大电路模型方框图：,放大电路输出端对负载是信号源，由理想电压源和电阻串联而成，该电阻就是放大电路的输出电阻。,负载电阻不属于放大器，输出电阻不包括负载电阻。,4.3.2 小信号模型分析法,加压求流法,B. 在输出端加测试电压 vt，求测试电流 it = f (vt),A. 令信号源置零(保留其内阻和受控源)，负载开路,C. 求输出电阻,测试电压 vt为外加，输出电压vo由信号源vs产生。,(见1.5节),令vs = 0，RL = 加vt求 it = f (vt)求 Ro = vt/it,4.3.2 小信号模型分析法,用加压求流法求Ro,=0,思路：,测试电流 it = vt /Rc,输出电阻 Ro = vt /it = Rc,输出电阻 Ro = Rc/RL,?,4.3.2 小信号模型分析法,(2) 如果 信号源 有内阻 RS， 则要计算在内 ( 有的放大电路的 输出电阻与信号源内阻有关)。,注意：(1) 负载电阻 RL 不 是放大器本身的电阻，不要计算 在内。,4.3.2 小信号模型分析法,开路负载法,A. 令负载开路,求得开路电压,B. 接上负载,求得负载电压,C. 求输出电阻,(见1.5节),4.3.2 小信号模型分析法,用开路负载法求Ro,4.3.2 小信号模型分析法,开路短路法,A. 令负载开路,求得开路电压,B. 令负载短路,求得短路电流,C. 求输出电阻,Ro = voo/is,4.3.2 小信号模型分析法,用开路短路法求Ro,思路：输入为 0、电容开路、其它照画标出直流。,4.3.2 小信号模型分析法,例6,设：BJT的 = 50，硅管。,(1) 使ICQ=2mA，求Rb、Q,画出直流通路,常见电路，掌握 静态、动态分析,4.3.2 小信号模型分析法,求Rb、Q,IBQ = ICQ/ = 2mA/50 = 0.04mA = 40A,VCEQ = VCC - ICQ RC = 12V - 2mA3k = 6V,思路：ICQIBQRbVCEQ,由 VCC = IBQ Rb + VBEQ,得,4.3.2 小信号模型分析法,实际应用中 Rb 常用一合适的固定电阻 ( 如 240 k ) 和一合适的可变电阻 ( 如 100 k ) 串联而成。,100 k 的可变电阻表示其阻值可以在 0 100 k 范围内连续调节 。,4.3.2 小信号模型分析法,思考：测得VCEQ=12V， 管子 (完好) 处于什么状 态 (区 域)? 可能的原因有哪些?,VCEQ = VCC，ICQ = 0， 截止状态。,4.3.2 小信号模型分析法,Rb开路，IBQ = 0，ICQ = 0，VCEQ =VCC - ICQ Rc = VCC。,Cb1 短路，VBEQ = RS VCC / (RS + Rb) = 0.04 V, IBQ = 0，VCEQ = VCC。,4.3.2 小信号模型分析法,(2) 求 Av、Ri 和 Ro。,画出等效电路,思路：电源短 路、电 容短路、其它照画标出 交流。,先画出交流通路。,4.3.2 小信号模型分析法,再画出等效电路。,与图4.3.14(b)不同,思路：交流通路 be 间为电阻rbe、ce间为受控 电流源 ib 标出交流。,vo = f o ( ib ),思路：,vi = f i ( ib ),4.3.2 小信号模型分析法,求 rbe,求 Av,vi = f i (ib) = ib rbe,vo = f o (ib) = -ic (Rc/RL) = - ib (Rc/RL),与式4.3.8不同,4.3.2 小信号模型分析法,思考1：换一个 = 40 的管，即是原来的 40/50 = 0.8 倍。使 ICQ 仍为 2mA，怎样调 Rb? 这时 Av = - RL/rbe 是否也是原来的 0.8 倍即 69.5?,减小 Rb,变小(原863),是原来的 81.9 / 86.9 = 0.94 倍。,不要被表面现象蒙蔽！,IBQ = ICQ / = 2mA / 40 = 50A,增大(原40A),变小(原-86.9),4.3.2 小信号模型分析法,思考2：增大Rb，Av = - RL/rbe 是否变化?,RbIBQ IEQrbeAv,透过现象看本质！,冰火两重天！,思路：vi = f( ii )Ri = vi/ii,求 Ri,4.3.2 小信号模型分析法,vi = ii (Rb/rbe),与式4.3.9不同,4.3.2 小信号模型分析法,求 Ro,it = vt /RC,Ro = vt /it = Rc = 3k,=