模拟电路小信号分析
两级OTA的分析方法2_清华大学模拟集成电路分析与设计
p1
p2
z
p2
z
将补偿后极点和零点的表达式代入，可以得到一个关于 CC 的方程：
90° − PM ≈ tan−1( ωc ) + tan−1( Gm1 )
p2
Gm2
由这个方程可以求解出特定相位裕度所要求的补偿电容 CC 的大小。
消除零点影响的措施：（1）与补偿电容 CC 串联一个电阻来消除零点或者使得零点移到左半平面，与补偿后的第一 非主极点相销；（2）使用源极跟随器来切断前馈通路，消除零点；（3）使用共栅晶体管来切断前馈通路；（4）利用 Cascode 器件减小前馈通路的馈通量
其中，
Cf Gm1 = gm1,2 , Ro1 = ro3,4 || ro1,2 , Gm2 = gm3,4 , Ro2 = ro5,6 || ro7,8
Cx = Cgg1,2 , C1 = Cgg 5,6 + C junction1−4 , CL' = CL + C junction5−8
2.2.1 环路增益
由于反馈的存在，噪声分析很复杂，可参看网络学堂上附加的材料。
Cs vid+
Cs
Cf Cc
+− + + −
−+
v−o1
−+
Cc Cf
+ vo2
−
CL CL
M10
M3
M4
M5
M6
M1 M2
差模半电路为：
M9
M0
M7
M8
vid 2
Cs
Cc Cf
vod 2
CL
将每一级均转化为带有内阻的受控电流源结构：
vi
vo
Gmvi Ro
《模拟电子技术基础》习题课1-2章-概念
三种组态为：BJT的共射、共基、共集 FET的共源、共栅、共漏
BJT
FET
差放
共射 共射 共集 共基 共源 共漏 共栅 差模 共模 （带反馈Re）
微变等效电路
p74
Ri
Ro
Av
15
模拟电路习题课（一）
共射小信号（微变）等效分析 输入电阻、输出电阻和增益
Ri
vi ii
rbe // Rb
Av
vo vi
(1 1)R'L rbe (1 1)R'L
1
R'o
rbe
1 1
//
rce1
rbe
1 1
Ro R'o // ro2 R'o
共集放大器的Ri比共射大很多
电压放大倍数接近于1（小于1）因此称为射随器
共集放大器的Ro比共射的小很多
17
模拟电路习题课（一）
共基小信号（微变）等效分析
R'i
U
反向击穿 电压VBR
2
二极管的电阻
模拟电路习题课（一）
直流等效电阻 RD：
RD
VD ID
交流（动态）电阻 rd：
rd
(
diD dvD
)Q1
2vd 2id
rd
(
diD dvD
)Q1
VT ID
3
模拟电路习题课（一）
共射（共E）BJT工作原理
以发射极（E极）作为公共端，EB结正偏，CB结反偏。
iC
参见 P12 图1.3.4
7
3. 饱和区
vCE<vBE vCB<0
4
集电结正偏
模电(小信号模型分析法)
电路可能出现的问题。
3 优化设计
在设计放大电路时，小信号模型分析法可用于指导电路参数 的调整，优化电路的性能。
小信号模型分析法的优势与局限性
优势
小信号模型分析法能够简化放大电路 的分析过程，提高分析效率，对于工 程设计和科学研究具有一定的实用价 值。
局限性
小信号模型分析法是一种近似分析方 法，对于非线性问题和强信号问题可 能无法得到准确的结果，需要采用其 他更精确的分析方法。
THANKS
调频范围
调频范围是指振荡器能够输出的 频率范围，反映了振荡器的频率
可调性。
输出功率
振荡器的输出功率是指其输出的 信号强度，影响信号的传输距离
和接收质量。
04
小信号模型的参数提取
参数提取的方法
实验测量法
通过实验测量电路的性能指标，从而提取出相关参数。
仿真分析法
利用电路仿真软件对电路进行模拟，通过仿真结果提 取参数。
滤波器传递函数
滤波器传递函数描述了信号通过滤波器后的频 率响应特性。
滤波器阶数
滤波器阶数是指滤波器的系统函数中极点数量 ，决定了滤波器的性能和复杂度。
振荡器电路分析
振荡频率
振荡频率是指振荡器输出的信号 频率，是振荡器的重要参数。
相位噪声
相位噪声是衡量振荡器性能的重 要参数，表示输出信号的相位抖
动。
02
小信号模型分析法的基本原 理
线性时不变系统
线性时不变系统
在输入信号的作用下，系统的输出量随时间的变化而变化，并且该变化规律可以用一个数学表达 式来描述的系统。
线性
系统的输出量与输入量之间成正比关系，即输出量随输入量的增加或减小而增加或减小，并且成 正比。
模拟电子技术基础-场效应管的参数和小信号模型
iS S
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
式中
为跨导
rds为FET共源极输出电阻 故
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
或者
rds很大，通常数值在几十千欧，可以忽略
微变等效电路
简化的微变等效电路
g
d
gm ugs
ugs
rds
uds
s
g
ugs s
d gmugs uds
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
易泄露，
而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电
场强度，
以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。
增强型 G
D G
S
D
耗尽型
S
上页 下页 后退
–
s
–
ig
id
+ ugs
线性
+ uds
– 网络 –
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
N沟道
d
g
s
N沟道 d N沟道 d
g
g
s
s
uGS 反偏 或者 栅极绝缘
g
d
因此 iG= 0
gm ugs
ugs
u rds
ds
ugs 之间相当于开路
s
上页 下页 后退
模拟电子技术基础
g
ugs s
d
gm ugs
rds
uds
模拟电子技术基础
3.3 场效应管的参数和小信号模型
3.3.1 结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
U u GS(off)
GS
U DS ID
小信号模型分析法(微变等效电路法)
ic hoe vce
β = hfe
rce= 1/hoe
• ur很小，一般为10-3∼10-4 ， 很小，一般为10 • rce很大，约为100kΩ。故 很大，约为100kΩ 100k 一般可忽略它们的影响， 一般可忽略它们的影响， 得到简化电路 BJT的 BJT的H参数模型为
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模拟电子技术基础
2
β 一般用测试仪测出； 一般用测试仪测出；
H参数的确定 H参数的确定
rbe 与Q点有关，可用图示 点有关，
仪测出。 仪测出。 也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ β ) re
rb为基区电阻，约为200Ω 为基区电阻，约为200 200Ω
VT (m ) V 26(m ) V re = = IEQ(m ) IEQ(m ) A A
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模拟电子技术基础
二
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 当放大电路的输入信号电压很小时， 小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 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。 极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。
dvBE = ∂vBE ∂iB
VCE ⋅ di + B
ic ib + vbe – b e c + vce –
∂iC d iC = ∂iB
∂iC VCE ⋅ diB + ∂vCE
∂vBE ∂vCE
IB
⋅ dvCE
IB
⋅ dvCE
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模拟电子技术基础
vbe = hieib + hrevce ic = hfe ib + hoevce
小信号
小信号：主要指无线收发机（tranciever，没拼错吧）的下行通路，即Rx通路，传输的信号。
因为该信号是在空气中，通过天线接受进来的，所以信号的能量很小，当然电压的幅值也很小，而且通常跟噪声混杂在一起。
要利用该信号，就要对该信号进行放大。
知道该信号是处于那个频率段的，设计放大器使之对该频率段有放大作用，即选频。
一般该放大器称为低噪声放大器（LNA）。
大信号：主要指无线收发机的上行通路，即Tx通路，传输的信号。
因为要将信号通过天线发射出去，所以要求信号具有相当大的能量，当然，信号的幅值也很大。
所以就要用一个放大器将电路中的信号放大到所谓的“大信号”。
一般放大该信号的放大器叫功率放大器（PA)。
确切的说，应该是“大信号图解分析法和小信号模型分析法”。
大信号图解分析法：就是当输入信号的能量很大时，或者通俗的说就是，当输入电压的幅值很大时，三极管有可能会进入饱和状态而不是放大状态，此时三极管的输出电压的幅值就会失真（和输入波形不一样），所以针对会出现这种情况，我们选用宏观的分析方法，即，大信号图解分析法。
小信号模型分析法：顾名思义，输入信号的电压的幅值很小，你用宏观的分析方法大信号图解分析法，显然结果会很不精确，所以就用小信号模型分析法。
小信号模型，就是把抽象元件三极管等效成由电阻、受控电流源等元件组成的二端口网络。
这些等效元件有具体数值，可直接数字计算。
从而在这个基础上对信号进行分析。
功率放大电路应该是大信号下工作比较常见。
小信号就是输入电平很低，以至输出电平在零值左右，这样做的好处就是保证你的放大器，PA，都能有足够的线性度,缺点嘛可能会影响你的增益平坦度。
大信号故明思意，输入电平可能比较大，输出也相应增大，这样在做大信号电路时，选择合适的器件就是很重要的了，因为如果输入超过了器件的饱合度就会有失真，严重会损坏器件。
所以一般电路都选择小信号输入。
大信号就是幅度大的信号，小信号就是幅度小的信号.这里的大信号是相对的,对于运放来说,100mv以上的幅度的信号就可以是大信号了.记不记得在我们大学的模拟电路书上有讲过晶体管,MOS的小信号模型,其后的运放,反馈的种种分析都是基于这些元件的小信号模型.当输入信号不再是小信号(大信号),小信号模型就不再适用.举个例子,MOS管的关系式Id=Vgs*gm.gm在一定范围内(既输入信号偏离静态工作点的范围)是一个常数,当输入信号的值更多的偏离静态工作点时,gm的值会改变.这个使gm的值足以改变的信号就是大信号.可以看到,大信号和小信号都是相对的概念.对于不同的电路,大信号的实际幅度是不同的.“小信号”这个概念是在分析运放的理想模型时定义的一个输入标量，特指分析运放的交流特性时，其线性范围所能承受的输入电压。
模拟电子技术放大电路分析小信号模型分析法
ib
ic
vi
i
vo
电压增益： 输入电阻： 输出电阻：
AV
( Rc // RL ) rbe
Ri
vi ii
Rb
// rbe
Ro = Rc
AV
rbe
(Rc // RL )
(1 )Re
Ri Rb1 // Rb2 // rbe (1 )Re
Ro Rc
β2(Rc2 || rbe2
RL )
β2 1
Av
β1( Rc2 || rbe1
RL )
RL
rbe2 1 β2
组合放大电路总的电压增益等于
组成它的各级单管放大电路电压增益
的乘积。
前一级的输出电压是后一级的输
入电压，后一级的输入电阻是前一级
的负载电阻RL。
4.6.1 共射—共基放大电路
电压跟随器
4.5.1 共集电极放大电路
2.动态分析 ③输入电阻
Ri
vi ii
vi
vi vi
Rb rbe (1 β)R'L
Rb || [rbe (1 β)R'L ]
当 1 ， RL rbe 时， Ri Rb // RL
输入电阻大
4.5.1 共集电极放大电路
固定偏流放大电路
静态：
IBQ
VCC
VB EQ Rb
ICQ β IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
射极偏置放大电路
VB Q
Rb2 Rb1 Rb2
模电03(小信号模型分析法)
将非线性元件的特性用线性元件来表示，并假设这些线性元件的电压或电流为小信号量。
确定线性化工作点
选择一个合适的工作点，在该工作点附近对非线性元件的特性进行线性化处理。
小信号模型的线性化处理
泰勒级数展开
将非线性元件的特性函数展开成泰勒级数，并保留线 性项。
确定线性化参数
根据泰勒级数的展开结果，确定线性化参数，如晶体 管的放大系数、二极管的导纳等。
THANKS
验证线性化精度
根据实际需要，确定线性化的精度，并验证小信号模 型的准确性。
小信号模型的等效电路
根据线性化参数，构建等效电路
01
根据小信号模型的线性化参数，用线性元件构建等效电路。
分析等效电路的频率响应
02
对等效电路进行分析，计算其频率响应，以了解电路在不同频
率下的性能。
验证等效电路的准确性
03
通过实验或仿真验证等效电路的准确性，并根据需要对其进行
小信号模型分析法的未来研究方向
1 2
跨尺度建模与仿真
研究如何在不同尺度上建立小信号模型，实现从 微观到宏观的跨尺度模拟，以更好地理解电路性 能。
异构集成与混合信号建模
针对异构集成和混合信号电路，研究更为复杂的 小信号模型，以适应不同工艺和材料的应用。
3
动态特性和非线性效应
深入研究电路的动态特性和非线性效应，提高小 信号模型的动态性能和非线性描述能力。
修正。
03
小信号模型分析法的实现方 法
频域分析法
频域分析法是一种在频域中对电路进行分析的方法，通过将时域中的电路转换为频 域中的电路，可以更容易地分析电路的频率响应和稳定性。
频域分析法的优点是计算简便、直观，可以快速得到电路的频率响应和稳定性。
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模拟电路小信号分析
模拟电路小信号分析是电子工程领域中一项重要的技术，它用于评估电路在小信号输入情况下的行为。
通过分析电路的小信号行为，我们可以更好地理解电路的工作原理，优化电路设计，并对电路进行性能预测。
一、小信号模型
在进行小信号分析之前，我们首先需要建立电路的小信号模型。
小信号模型描述了电路在输入信号幅度较小的情况下的行为。
对于一个线性电路，可以使用电路的小信号等效电路模型来描述。
二、BJT小信号分析
以双极型晶体管（BJT）为例，进行小信号分析时，我们需要将其建立为小信号等效电路模型。
BJT的小信号等效电路模型通常由输入电阻ri、输出电阻ro和电流传输比hfe组成。
三、MOS小信号分析
对于场效应晶体管（MOSFET），小信号分析同样是很重要的。
MOSFET的小信号等效电路模型由输入电阻ri、输出电阻ro和转移电导gm组成。
四、利用小信号模型进行分析
在建立了电路的小信号模型后，我们可以利用这些模型来分析电路
的小信号行为。
具体而言，可以计算电路的增益、频率响应以及稳定
性等性能指标。
五、差分放大器的小信号分析
差分放大器是一种常见的电路，广泛应用于放大和信号处理等领域。
我们可以通过小信号分析来评估差分放大器的性能。
六、反馈电路的小信号分析
反馈电路是一种常见的电路结构，用于调节电路的增益和稳定性。
小信号分析可以帮助我们理解反馈电路的工作原理，并进行性能优化。
七、小信号分析工具
在进行小信号分析时，我们可以借助各种工具，如伯德图和小信号
参数等，来简化分析过程，提高效率。
结论
模拟电路小信号分析是电子工程中一项重要的技术，它可以帮助我
们更好地理解电路的行为，优化电路设计，并预测电路性能。
通过建
立电路的小信号模型，并应用合适的工具进行分析，我们可以得到有
关电路增益、频率响应和稳定性等性能指标的重要信息。
因此，掌握
模拟电路小信号分析技术对于电子工程师来说至关重要。