模拟电子技术_放大电路分析-小信号模型分析法
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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。
小信号模型分析法
2. BJTH参数小信号模型
• （1）从方程到模型 • 输入回路方程 vBE=hieib+hrevCE • 输出回路方程 iC=hfeib+hoevCE
b ib + vbe -
hie + hre vce e hfe ib
ic c + vce 1/hoe -
（2） 讨论
• 模型中电流源hfeib是一 受控电流源，是虚拟的， 它实质上反应了ib对ic的 控制作用； • 它是一小信号线性模型； • 不能用来求静态工作点； • 尽管在模型中没有反映 静态工作点（包括 VCC），但不能认为可 以不要； • 模型中没有考虑结电容 的影响。
b ib + vbe -
hie + hre vce e hfe ib
c
ic + vce
1/hoe -
（3）模型的简化 因hre=T=10-3~10-4，hoe=1/rce=10-5S
b ib hie c hfeib ic + vce e
c ic + rbe vce 1/hoe e
• 图rbe=hie为 共射电路输 入端，即基 极-发射极电 阻； • = hre为共 射电路放大 倍数。
+ vbe b ib + vbe -
ib
3. H参数的确定
• 通常是已知的，主 要是求rbe，而rbe又与 静态工作点有关。 • rbe =rb+（1+）re • vbe=ibrb+iere= ibrb +(1+ ）ibre • rbe = vbe/ib=rb+（1+） re,,，这是一种折算。 • rb通常为100~200， re =VT/IE=26mV/IE
放大电路的分析方法_OK
运动轨迹。 60
ICQ
iC 2
1
Q
Q’’
IB = 4 0 µA
直流负载线 20
0
0
2 t
电压放大倍数: 0
Au
ΔvO Δv
ΔvCE Δv
2
I
BE t
4. 5
VCvE6CQE
7. 5
9
0
12 vCE/V vCE/V
11
《模拟电子技术》
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。
RL = 3 k 。
解： 求 RL 确定交流负载线
1/RL 直线，该直线即为
O
VCEQ
交流负载线。 vCE /V
ICQRL
8
3) 动态工作情况图解分析
《模拟电子技术》
（1) 据vi的波形在输入特性曲线图上画vBE、iB的波形
iB
iB / µA
60
3条负载线
Q’
的方程？
Q
IBQ
40
iB
20
Q’’
0
2 t 0
0
0.68 0.7 0.72 vBE
VCC vBE/V
IC IB
2）求rbe
rbe
200
(1
)
26(mV ) IEQ (mA )
《模拟电子技术》
VCC
Rc
Rb
+
vs _
RL
VBB
VCC Rc IL
Rb IB
+IC
+
V_CE
VBE _
RL
VBB
34
3）画交流通路
Rb + vs _ VBB
4）放大电路的小信号模型
ICQ
iC 2
1
Q
Q’’
IB = 4 0 µA
直流负载线 20
0
0
2 t
电压放大倍数: 0
Au
ΔvO Δv
ΔvCE Δv
2
I
BE t
4. 5
VCvE6CQE
7. 5
9
0
12 vCE/V vCE/V
11
《模拟电子技术》
【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。
RL = 3 k 。
解： 求 RL 确定交流负载线
1/RL 直线，该直线即为
O
VCEQ
交流负载线。 vCE /V
ICQRL
8
3) 动态工作情况图解分析
《模拟电子技术》
（1) 据vi的波形在输入特性曲线图上画vBE、iB的波形
iB
iB / µA
60
3条负载线
Q’
的方程？
Q
IBQ
40
iB
20
Q’’
0
2 t 0
0
0.68 0.7 0.72 vBE
VCC vBE/V
IC IB
2）求rbe
rbe
200
(1
)
26(mV ) IEQ (mA )
《模拟电子技术》
VCC
Rc
Rb
+
vs _
RL
VBB
VCC Rc IL
Rb IB
+IC
+
V_CE
VBE _
RL
VBB
34
3）画交流通路
Rb + vs _ VBB
4）放大电路的小信号模型
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
模拟电子技术试卷四
试卷四一. 选择合适答案填入空内.(每空2分,共20分)1. u GS=0时，能够工作在恒流区的场效应管有________。
A.结型管B.增强型MOS管C.耗尽型MOS管2.已知图所示电路中V CC=12V，Rc=3KΩ，静态管压降U CEQ=6V；并在输出端加负载电阻R L，其阻值为3KΩ。
若发现电路出现饱和失真，则为消除失真，可将____。
A.R w减小B.R c减小C.V CC减小3.选用差动放大电路的原因是____。
A.克服温漂B.提高输入电阻C.稳定放大倍数4. 集成运放制造工艺使得同类半导体管的______。
A.指标参数准确B.参数不受温度影响C.参数一致性好5. 当信号频率等于放大电路的f L或f H时，放大倍数的值约下降到中频时的_____。
A.0.5B.0.7C.0.9即增益下降_____。
A.3dBB.4dBC.5dB6. 交流负反馈是指_____。
A.阻容耦合放大电路中所引入的负反馈B.只有放大交流信号时才有的负反馈C.在交流通路中的负反馈7. 若图所示电路中晶体管饱和管压降的数值为∣U CES∣，则最大输出P om=_______。
8. 在整流电路中，是利用二极管的单相导通性将交流电转变为（）A.脉动的直流电B.电压C.电量D.功率9.电压串联反馈与电流串联反馈的放大类型为（）A.电压、互阻B.电压、互导C. 电流、互导D.电流、互阻二. 判断下列说法是否正确，用“√”或“×”表示判断结果填入空内. (每空1分,共10分)1. 结型场效应管外加的栅—源电压应使栅—源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS大的特点。
（）2. 电路中各电量的交流成分是交流信号源提供的；（）3.只有直接耦合放大电路中晶体管的参数才随温度变化而变化。
（ C ）4.有源负载可以增大放大电路的输出电流。
（ Y ）5. 阻容耦合放大电路的耦合电容、旁路电容越多，引入负反馈后，越容易产生低频振荡。
电子电工学——模拟电子技术 第五章 场效应管放大电路
1. 最大漏极电流IDM
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极 电流iD，因此，场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD 减小。vGS=VP(夹断电压，截止电 压）时，iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作，
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0
场效应管正常工作时漏极电流的上限值。
2. 最大耗散功率PDM
由场效应管允许的温升决定。
3. 最大漏源电压V(BR)DS 当漏极电流ID 急剧上升产生雪崩击穿时的vDS值。
4. 最大栅源电压V(BR)GS
是指栅源间反向电流开始急剧上升时的vGS值。
5.2 MOSFET放大电路
场效应管是电压控制器件，改变栅源电压vGS的大小，就可以控制漏极 电流iD，因此，场效应管和BJT一样能实现信号的控制用场效应管也 可以组成放大电路。
场效应管放大电路也有三种组态，即共源极、共栅极和共漏极电路。
由于场效应管具有输入阻抗高等特点，其电路的某些性能指标优于三极 管放大电路。最后我们可以通过比较来总结如何根据需要来选择BJT还
vGS＜0沟道变窄，在vDS作用下，iD 减小。vGS=VP(夹断电压，截止电 压）时，iD=0 。
可以在正或负的栅源电压下工作，
基本无栅流。
2.特性曲线与特性方程
在可变电阻区 iD
Kn
2vGS
VP vDS
v
2 DS
在饱和区iD
I DSS 1
vGS VP
2
I DSS KnVP2称为饱和漏极电流
4. 直流输入电阻RGS
输入电阻很高。一般在107以上。
二、交流参数
1. 低频互导gm 用以描述栅源电压VGS对漏极电流ID的控制作用。
gm
iD vGS
VDS 常数
2. 输出电阻 rds 说明VDS对ID的影响。
rds
vDS iD
VGS 常数
3. 极间电容
极间电容愈小，则管子的高频性能愈好。
三、极限参数
D iD = 0
模电03(小信号模型分析法)
diB
iC vCE
IBQ dvCE
（Q点附近）
用小信号交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce 从而，此公式仅对 ic= hfeib+ hoevce 交流小信号有效。
1. BJT的H参数及小信号模型
• H参数的引出
vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce
非线性器件做线性化处理，简化分 析和设计。
建立小信号模型的思路
如果输入信号：很小，频率较低， 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：可以把三极管组成的电路 当作线性电路来处理。
1. BJT的H参数及小信号模型
• H参数的引出 对于BJT双口网络，已知输入
输出特性曲线如下：
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 （1）利用直流通路求Q点
IBQ
VB B
VBEQ Rb
ICQ β IBQ
VCEQ
(VCC
VCEQ Rc
ICQ )RL
共射极放大电路
一般硅管VBEQ=0.7V，锗管VBEQ=0.2V， 已知。
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 （2）画小信号等效电路
优点： 分析放大电路的动态性能指标(Av 、Ri和Ro等)非常方便，
且适用于频率较高时的分析。
缺点： 在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等
电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用 来分析计算静态工作点。
例题
1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。
解：
Cb1 ++ vi -
4.3 放大电路的分析方法
4.3.2_小信号模型分析法
*
(2) 画出小信号等效电路
Rs + vs +
vi
-
ic + vce -
300K
Rb + b
Rc
4K
VCC 12V c 20F + + Cb2
Cb1 Rs vs + -
vi
-
+ 20F
e
vo
-
RL
交流通路
由于输入、输出信号常为正弦信号，也可用相量来表示各电压、电流量
Rs vs + -
+ vi -
863 863 500
*
例题
在下图所示电路中，设某一参数变化时其余参数不变，在表中填入①增大 ②减小或③基本不变。
参数 变化
Rb增大 Rc增大
IBQ
VCEQ
A u
Ri
Ro
RL增大
*
例题 在NPN型管共射电路中，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图
（a）、（b）、（c）所示，试说明电路分别产生了什么失真，如何消除。
图解法的优点：
1、可直观地了解放大电路的工作情况。
（由vi→vo的倒相放大作用、还可测出AV） 2、有助于理解电路参数对Q点的影响， Q点位置对vo波形的影响。 从而合理安排Q点，即选择合适的电路参数。 使Q点位于交流负载线的中央，获得最大的不失真输出波形。
缺点：
1、需作图，太繁琐； 2、无法分析电路的其它性能指标;
ic= hfeib+ hoevce
*
H参数的意义：
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
vBE h ie iB
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考虑RL对静 态工作点的
影响
3. 含有恒流源的射极偏置电路
静态工作点由恒流源提供 分析该电路的Q点及 Av 、Ri 、Ro
4.5 共集电极放大电路和 共基极放大电路
4.5.1 共集电极放大电路 4.5.2 共基极放大电路 4.5.3 放大电路三种组态的比较
4.5.1 共集电极放大电路
共集电极电路结构如图示
不再先求IBQ
（2）放大电路指标分析 ②电压增益
<A>画小信号等效电路
（2）放大电路指标分析 ②电压增益
<B>确定模型参数
已知，求rbe
rbe
200
(1
)
26(mV) I E Q ( mA )
<C>增益
输出回路： vo β ib (Rc // RL )
输入回路： vi ibrbe ie Re ibrbe ib (1 β)Re
电压增益：
Av
vo vi
β ib (Rc // RL ) ib[rbe (1 β)Re ]
β ( Rc // RL ) rbe (1 β)Re
（可作为公式用）
（2）放大电路指标分析 ③输入电阻
vi ib[rbe (1 β)Re ]
ii ib iRb
vi
vi vi
rbe (1 )Re Rb1 Rb2
(b) 直流通路
T IC IE VE、VB不变 VBE IB
IC
（反馈控制）
动画演示
1. 基极分压式射极偏置电路
（1）稳定工作点原理
b点电位基本不变的条件：
I1 >>IBQ ，VBQ >>VBEQ
此时，VBQ
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
VBQ与温度无关
一般取 I1 =(5~10)IBQ ， VBQ =3~5V
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
输入电阻
vi Ri＝
i ＝Rb||rbe1＝Rb1||Rb2||rbe1
i
输出电阻
Ro Rc2
4.6.2 共集—共集放大电路
(a) 原理图
(b)交流通路
T1、T2构成复合管，可等效为一个NPN管
4.6.2 共集—共集放大电路
1. 复合管的主要特性
PNP
两只NPN型BJT组成的复合管
rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2
4.6.2 共集—共集放大电路
1. 复合管的主要特性
NPN与PNP型BJT组成的复合管
PNP与NPN型BJT组成的复合管
rbe＝rbe1
4.6.2 共集—共集放大电路
2. 共集共集放大电路的Av、 Ri 、Ro
2、画出放大电路的交流等效电路，并求出rbe。
3、根据要求求解动态参数Av，Ri，Ro。
练习：画出下图所示电路的小信号模型。
练习：画出下图所示电路的小信号模型。
4.4 放大电路静态工作点 的稳定问题
4.4.1 温度对静态工作点的影响
4.4.2 射极偏置电路
1. 基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路
ICQ β IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
射极偏置放大电路
VB Q
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
ICQ
IEQ
VB
VB EQ Re
IBQ
ICQ
VCEQ VCC ICQ ( Rc Re )
动态：
ib
ic
vi
i
vo
电压增益： 输入电阻： 输出电阻：
AV
( Rc // RL ) rbe
该电路也称为射极输出器
1.静态分析
由 VCC IBQRb VBEQ IEQ Re IEQ (1 β )IBQ
得
IBQ
VCC VBEQ Rb (1 β)Re
ICQ β IBQ
VCEQ VCC IEQ Re VCC ICQ Re
直流通路
4.5.1 共集电极放大电路
2.动态分析 ①小信号等效电路
4.5.1 共集电极放大电路
Av 1 。 Ri Rb //[rbe (1 β)RL ]
Ro
Re
//
Rs 1
rbe β
共集电极电路特点：
◆ 电压增益小于1但接近于1，vo与vi同相 ◆ 输入电阻大，对电压信号源衰减小 ◆ 输出电阻小，带负载能力强
动画演示
4.5.2 共基极放大电路
1.静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同
1. 基极分压式射极偏置电路
（2）放大电路指标分析
①静态工作点
VB Q
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
ICQ
IEQ
VBQ
VB EQ Re
VCEQ VCC ICQ Rc IEQ Re VCC ICQ ( Rc Re )
IBQ
ICQ β
VBQ VEQ , I EQ , ICQ VCEQ , I BQ
4.4.1 温度对静态工作点的影响
动画演示静态工作点
温度升高使IC增加 动画演示温度对静态工作点的影响
4.4.2 射极偏置电路
1. 基极分压式射极偏置电路
（1）稳定工作点原理
目标：温度变化时，使 IC维持恒定。
如果温度变化时，b点电 位能基本不变，则可实现静
态工作点的稳定。
稳定原理：
(a) 原理电路
β2 R'L2 rbe2
β2 ( Rc2 || RL ) rbe2
所以 因为 因此
Av
β1rbe2 (1 β2 )rbe1
•
β2(Rc2 || rbe2
RL )
β2 1
Av
β1( Rc2 || rbe1
RL )
RLBiblioteka 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。
Ri
vi ii
Rb
// rbe
Ro = Rc
AV
rbe
(Rc // RL )
(1 )Re
Ri Rb1 // Rb2 // rbe (1 )Re
Ro Rc
# 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性， 又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？
改进1
ib b
ic c
βib
则
Ro
vt ic
rce(1
rbe
β Re ) Rs Re
其中 Rs Rs // Rb1 // Rb2 输出电阻 Ro Rc // Ro
当 Ro Rc 时， Ro Rc （ 一般 Ro rce Rc ）
(3) 固定偏流电路与射极偏置电路的比较
固定偏流放大电路
静态：
IBQ
VCC
VB EQ Rb
则输入电阻
Ri
vi ii
1
1
11
rbe (1 β )Re Rb1 Rb2
Rb1 || Rb2 || [rbe (1 β)Re ]
放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻
（2）放大电路指标分析 ④输出电阻
求输出电阻的等效电路
• 网络内独立源置零 • 负载开路 • 输出端口加测试电压
ib (rbe Rs) (ib ic )Re 0 vt (ic β ib )rce (ic ib )Re 0
βR'L rbe
小信号等效电路
RL Rc // RL
2.动态指标
② 输入电阻
ii iRe ie iRe (1 β )ib iRe vi / Re ib vi / rbe
Ri
vi / ii vi
Re
||
rbe 1 β
vi Re
(1
β)
vi rbe
③ 输出电阻
Ro Rc
小信号等效电路
Av
vo vi
1 βR'L rbe 1 β R'L
式中
≈12 rbe＝rbe1＋(1＋1)rbe2
RL＝Re||RL
Ri＝Rb||[rbe＋(1＋)RL]
Ro
Re
||
Rs
|| Rb 1
rbe
作业
P190 4.4.3，4.4.4，4.4.5
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
共射－共基放大电路
4.6.1 共射—共基放大电路
电压增益
Av
vo vi
vo1 vi
•
vo vo1
Av1 • Av2
其中
Av1
β1 RL rbe1
β1rbe2 rbe1(1 β2 )
Av 2
2. 含有双电源的射极偏置电路
（1）阻容耦合
静态工作点
IBQ
Rb IBQ VBEQ ( Re1 Re2 )IEQ (VEE ) 0
ICQ IBQ
IEQ ICQ VCEQ VCC (VEE ) ICQ Rc IEQ ( Re1 Re2 )
2. 含有双电源的射极偏置电路 （2）直接耦合
只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输 出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗 的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。
4.6 组合放大电路
4.6.1 共射—共基放大电路 4.6.2 共集—共集放大电路
组合电路分析基本原则：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。
β RL rbe β RL
1