模拟小信号模型分析法演示幻灯片

1,放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。,输入端口特性可以等效为一个输入电阻,输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式,1.2.2放大电路模型,2,负载开路时的电压增益,输入电阻,输出电阻,1.2.2放大电路模型,1.电压放大模型,关心输出电压与输入电压的关系,3,考虑输入回路对信号源的衰减,理想情况：,有,要想减小衰减，则希望？,1.2.2放大电路模型,由输出回路得,则电压增益为,由此可见,即负载的大小会影响增益的大小,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况：,所以，一个理想的电压放大器：输入电阻无限大输出电阻无限小,4,关心输出电流与输入电流的关系,1.2.2放大电路模型,2.电流放大模型,关心输出电压与输入电压的关系,负载短路时的电流增益,5,2.电流放大模型,由输出回路得,则电流增益为,由此可见,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况：,由输入回路得,要想减小对信号源的衰减，则希望？,理想情况：,1.2.2放大电路模型,所以，一个理想的电流放大器：输入电阻无限小输出电阻无限大,6,输入输出回路没有公共端,4.互导放大模型（自学）,5.隔离放大电路模型（自学）,1.2.2放大电路模型,3.互阻放大模型（自学）,7,1.输入电阻,1.2.3放大电路的主要性能指标,8,所以,另一方法,注意：输入、输出电阻为交流电阻,2.输出电阻,1.2.3放大电路的主要性能指标,9,反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力,其中,“甲放大电路的增益为-20倍”和“乙放大电路的增益为-20dB”，问哪个电路的增益大？,四种增益,常用分贝（dB）表示,1.2.3放大电路的主要性能指标,3.增益,10,A.放大电路的频率响应及带宽,在输入正弦信号情况下，输入信号频率连续改变，输出随之变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。,1.2.3放大电路的主要性能指标,4.频率响应及带宽（频域指标）,B.频率失真（线性失真）,幅度失真：对不同频率的信号增益不同，产生的失真。,具体分析在后面结合3.7节进行,11,由元器件非线性特性引起的失真。,非线性失真系数:,VO1是输出电压信号基波分量的有效值，Vok是高次谐波分量的有效值，k为正整数。,1.2.3放大电路的主要性能指标,5.非线性失真,频率失真（线性失真）与非线性失真的区别,12,思考与习题(放大电路的主要性能指标),思考题：P.23-1.2.2,习题：P.24-1.2.2、1.2.4,1.2.3放大电路的主要性能指标,end,13,3.4小信号模型分析法,14,3.4.1BJT的小信号建模,3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析,H参数的引出,H参数小信号模型,模型的简化,H参数的确定,利用直流通路求Q点,画小信号等效电路,求放大电路动态指标,3.4.0放大电路模型,15,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，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，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。,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。,3.4.1BJT的小信号建模,16,网络有输入端和输出端两个端口，常可用电压vi、vo及电流i1、i2来研究网络的特性，选vi、vo及i1、i2四个参数中的两个作为自变量，另两个为应变量，就可得到不同的网络参数，如,H参数（混合参数）等。H参数在低频时用得较广泛。,Z参数（开路阻抗参数），,Y参数（短路导纳参数）,17,BJT是一个有源双口网络，它可以采用H参数，也可以用Z参数或Y参数来进行分析。,H参数是一种混合参数，它的物理意义明确，测量的条件容易实现，加上它在低频范围内为实数，所以在电路分析和设计使用上都比较方便。下面用H参数来进行讨论。,Y参数在高频运用时物理意义比较明显，缺点同样是测量不易准确，因BJT的输入阻抗低，不易实现输入端短路的条件。,Z参数在BJT电路中使用最早，在早期应用较广，缺点是测量不易准确，因为BJT的输出阻抗高，不易实现输出端开路的条件。,18,0.H参数概念,3.4.1BJT的小信号建模,输出端短路时的输入电阻；,输出端短路时的正向电流传输系数；,输入端开路时的反向电压传输系数；,输入端开路时的输出电导；,对一个二端口网络，H参数的描述公式为,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,19,BJT在共射极接法时，可表示为图所示的双口网络。,因而两者之间必然具有密切的内在联系。下面从管子的特性曲线出发，来找出BJT的参数。,而BJT的参数，则是用数学形式表示管子内部电压、电流微变量的关系，两种方法都是表征管子的性能、反映管内物理过程的，,BJT的特性曲线用图形描述了管子内部电压、电流的关系。,20,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:（注意字母大小写以示区别）,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,对于BJT双口网络，我们知道有输入特性和输出特性曲线,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,可以写成：,1.BJT的H参数定义,3.4.1BJT的小信号建模,21,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,对照H参数的公式，可知：,3.4.1BJT的小信号建模,22,根据,可得小信号模型,H参数是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数只适合对交流信号的分析。,BJT的H参数模型,2.H参数小信号模型,3.4.1BJT的小信号建模,23,记rbe=hie=hfeuT=hrerce=1/hoe,则BJT的H参数模型为,T很小，一般为10-310-4，rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路,3.模型的简化,3.4.1BJT的小信号建模,24,一般用测试仪测出；,rbe与Q点有关，可用图示仪测出。也可用公式估算：,rbe=rb+(1+)re,其中对于低频小功率管rb200,则,4.H参数的确定,3.4.1BJT的小信号建模,认识BJTH参数的物理意义,工程上BJTH参数的确定,25,式的适用范围为0.1mAIE5mA，实验表明，超越此范围，将带来较大的误差。对于共射极接法的BJT的小信号模型，H参数的数量级一般为,26,例如，对高频小功率硅管3DG6，在IC=1mA，IB=3mA，VCE=5V时的H参数，通过实验测得,可见，hoe和hre相对而言是很小的，对于低频放大电路，输入回路中hrevce比vbe小得多，而输出回路中负载电阻Rc（或RL）比BJT输出电阻1/hoe小得多，所以在模型中常常可以把hre和hoe忽略掉，这在工程计算上不会带来显著的误差。,27,H参数小信号模型的讨论,等效电流源hfeib只是代表BJT的电流控制作用，当ib=0（即vbe=0）时，等效电流源就不存在了，所以称为受控电源，,模型中电流源的性质：,就是说它是受输入电流控制的，而不是一个独立的电源。,28,等效电流源hfeib的流向是由ib（也就是vbe）来决定,电流源的流向：,电流源hfeib的流向是在假定正向的原则下定出：电压以共同端为负端，电流以流向电极的方向为正方向，,根据BJT工作的物理实质和hfe的定义，当ib的流向与假定的正方向相同时，ic的流向也必然与假定的正方向相同，这样，电流源hfeib的流向正如图中的箭头所示，是由集电极流向发射极。,29,在小信号模型中所讨论电压、电流也都是变化量，因此不能利用小信号模型来求Q点，或者利用它来计算某一时间的电压和电流总值。,值得注意的是，小信号模型虽然没有反映直流量，但小信号参数是在Q点求出的，所以它们实际上与IB、IC、VCE等静态值是有关系的。计算出来的结果反映了Q点附近的工作情况。,模型的对象是变化量：,30,4根据放大电路的小信号模型等效电路计算放大电路的交流指标、Ri、Ro。,注意：由于在分析放大电路时，常用正弦电压作为输入信号，所以小信号等效电路中的电压、电流均用相量表示。,利用BJT的H参数小信号模型分析放大电路时，可按以下步骤进行：,1根据直流通路估算静态工作点，确定H参数；,2画出放大电路的交流通路；,3画出放大电路的H参数小信号模型等效电路,31,共射极放大电路,1.利用直流通路求Q点,一般对硅管取VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，且已知。,3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析,32,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,2.画小信号等效电路,3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析,33,根据,则电压增益为,（公式）,(1)求电压增益,3.求放大电路动态指标,3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析,34,(3)求输出电阻,令,(2)求输入电阻,3.4.2共射极放大电路的小信号模型分析,35,1.电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。,解：,例题,36,例题,解：,（1）,（2）,end,37,图解分析法和小信号模型分析法，实质上它们是互相联系，互相补充的，将它们的主要特点归纳如下:,图解法真实地反映了BJT的非线性特性。BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分时，在输入大信号以及分析输出幅值和波形失真的情况时，用图解法比较合适。,如第5章功率放大电路，就会用到。,38