模拟小信号模型分析法

另一方法
Vs =0
0 V s
IT + 放大电路 – Ro – + VT
V Ro T I
T
注意：输入、输出电阻为交流电阻
1.2.3 放大电路的主要性能指标
3. 增益
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
四种增益 其中
V o A V V i
3.4.1 BJT的小信号建模 Nhomakorabea对照H参数的公式，可知： Ui= hiIi+ hrUo
Io= hfIi+ hoUo
vBE h ie iB
VCE
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
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。
1.2.3 放大电路的主要性能指标
2. 输出电阻
V A V o VO i
V A V o VO i
所以
放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – 放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – RL
RL Ro RL
V Ro o RL RL Vo
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。 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。 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。 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。
Io ho Uo
Ii 0
二端口网络
输入端开路时的输出电导；
数）。
BJT的特性曲线用图形描述了管子内部电压、 电流的关系。
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，
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。 BJT在共射极接法时，可表示为图所示的双口 网络。
I o A I I i
V o A R I i
I o A G V i
、A 常用分贝（dB）表示 A V I
(dB) 电流增益 20 lg A I (dB)
电压增益 20 lg A V
功率增益 10lg A P
(dB)
“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？
③ 模型的对象是变化量： 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。
1. 电压放大模型
关心输出电压与输入电压的关系
Rs + Vs – + Vi – Ri – + AVOVi
Ro + Vo – RL
AVO ——负载开路时的电压增益

Ri
Ro
——输入电阻
——输出电阻
1.2.2 放大电路模型
Rs
由输出回路得
Ro + Vi Ri – – + AVOVi + Vo – RL
可见，hoe和hre相对而言是很小的，
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。
H参数小信号模型的讨论
① 模型中电流源的性质： 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， 就是说它是受输入电流控制的，而 不是一个独立的电源。
iC h fe iB
VCE
vBE h re vCE iC h oe vCE
IB
IB
3.4.1 BJT的小信号建模
2. H参数小信号模型 根据 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
iB vBE
c
b
iC
vCE
e
BJT双口网络
可得小信号模型 H参数是小信号参数，
-310-4 ， µ 很小，一般为 10 T ib rbe rce很大，约为100k。故 一般可忽略它们的影响， vbe µ T vce
ic
ib
rce vce
得到简化电路
3.4.1 BJT的小信号建模
（思考题：P101 3.4.3）
4. H参数的确定
认识BJT H参数的物理意义
工程上BJT H参数的确定 一般用测试仪测出；
要想减小衰减，则希望…？
Ro RL
理想情况：Ro 0
Ri Rs
理想情况： Ri
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
1.2.2 放大电路模型
关心输出电压与 输入电压的关系
RsI + + VV s s ––
i
Ro + + Vi V i – –
Io
+ Vo – R R LL
式的适用范围为0.1mA<IE<5mA，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
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
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，
+ Vs –
V A V o VO i
RL Ro RL
则电压增益为
RL V o A AV VO Ro RL Vi
由此可见
考虑输入回路对信号源的衰减
RL
A V
有 V i
即负载的大小会影响增益的大小
Ri V s Rs Ri
要想减小负载的影响，则希望…？
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。
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 Z参数（开路阻抗参数）， Y参数（短路导纳参数） H参数（混合参数）等。 H参数在低频时用得较广泛。
Ii + Vs – Rs
O
O
输出信号
o 基波
I
+ Vi –
放大电路
+ Vo –
t
RL
二次谐波
1.2.3 放大电路的主要性能指标
I
5. 非线性失真
由元器件非线性特性引起的失真。
非线性失真系数:
t
O

V
k 2

2 ok
O
Vo1
100%
O
t
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。
Rs
+ A V R VO i i 放大电路 Vo – –
+
2. 电流放大模型
关心输出电流与 输入电流的关系
电压放大模型
A IS
电流放大模型
——负载短路时的电流增益
1.2.2 放大电路模型
2. 电流放大模型
由输出回路得
I A I o IS i
Ro Ro RL
则电流增益为
Ro I o A A IS I Ro RL I i
rbe 与Q点有关，可用图
示仪测出。也可用公式 rbe= rb + (1+ ) re 估算：
其中对于低频小功率管 rb≈200
(T=300K)
而
re
VT (mV) 26(mV) I EQ (mA) I EQ (mA)
则
26( mV ) rbe 200 (1 ) I EQ ( mA )
3.4.1 BJT的小信号建模
1. BJT的H参数定义
对于BJT双口网络，我们知道有 输入特性和输出特性曲线
vBE
iB
c
iC
b
vCE e
BJT双口网络
iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const
可以写成： vBE f1 (iB , vCE )
iC f 2 (iB , vCE )
3. 互阻放大模型（自学） 4. 互导放大模型（自学） 5. 隔离放大电路模型（自学）
Ro + Vi – Ri – + AVO Vi + V o –
输入输出回路没有公共端
1.2.3 放大电路的主要性能指标
1. 输入电阻
V Ri i Ii
+ Vs – Rs Ii + Vi – 放 大 Ri 电 路
频率失真（线性失真）与非线性失真的区别
1.2.3 放大电路的主要性能指标
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