小信号模型分析法(微变等效电路法)
合集下载
小信号等效电路和微变等效电路
小信号等效电路和微变等效电路
小信号等效电路和微变等效电路都是电路设计中常用的方法。
它们可
以将复杂的电路简化为一个等效电路，从而方便计算和分析电路的性能。
下面将分别介绍小信号等效电路和微变等效电路的概念、应用及
优缺点。
小信号等效电路是一种将非线性电路简化为线性电路的方法。
它的基
本思想是将电路运行点附近的非线性元件看作线性元件，并在此基础
上建立等效电路。
具体地说，将电路中所有非线性元件改为其小信号
等效元件，即在电路运行点处的导数值，这种方法适用于电路中只有
少量的非线性元件，且它们的变化幅度很小，不影响电路的正常工作。
微变等效电路则是一种将电路简化为等效电路的方法。
它的基本思想
是将电路中的各种分量分别看作是地面、纯电容和纯电感等可简化的
分量，从而将复杂的电路简化为一个简单的等效电路。
微变等效电路
适用于电路中的分量变化幅度较大，且电路结构比较复杂的情况。
同时，这种方法也可以应用于脉冲电流及高速数字信号的处理中。
虽然小信号等效电路和微变等效电路都有其应用的范围，但它们也存
在一些缺点。
对于小信号等效电路，其要求非线性元件的变化幅度很小，从而限制了其应用范围。
而微变等效电路则需要事先知道电路的
各种参数，并且需要大量计算才能确定最终的等效电路。
总的来说，小信号等效电路和微变等效电路都是电路设计中常用的方法，但在具体的应用中需要根据电路结构和性能特点来选择使用哪种方法。
在实际的电路设计中，需要进行精心的计算和分析，才能保证电路的稳定性和性能表现。
小信号模型
（c）
vbe uT vce
ib rce vce
4. H参数的确定
• 一般用测试仪测出； • rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
rbe= rb + (1+ ) re
其中对于低频小功率管 rb≈200
而
re
VT (mV) I EQ (mA)
26(mV) I EQ (mA)
IB
直流通路
IC VCE
2. 画出小信号等效电路
共射极放大电路
交流通路
将BJT用晶体管 的小信号模型代 替，即得H参数 小信号等效电路
vi
Rb
H参数小信等效电路
Rc RL
3. 求电压增益
· Ib
·
Vi
Rb
· Ic
· Ib
Rc
RL V·o
根据
· Vi
I·b·rbe
I·c=
· ·Ib
V· O
I·c
c + ib b
vBE
–
e
ic + vCE
–
BJT双口网络
• H参数都是小信号参数，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参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
3. 模型的简化
ib hie （a）
vbe hrevce
hfeib
ic （a）图：
➢ ib 是受控源 ，且为电流控制电流源
1. H参数的引出
c + ib b
vBE
–
e
ic + vCE
–
BJT双口网络
对于BJT双口网络，我们已经知道 输入输出特性曲线如下：
vbe uT vce
ib rce vce
4. H参数的确定
• 一般用测试仪测出； • rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
rbe= rb + (1+ ) re
其中对于低频小功率管 rb≈200
而
re
VT (mV) I EQ (mA)
26(mV) I EQ (mA)
IB
直流通路
IC VCE
2. 画出小信号等效电路
共射极放大电路
交流通路
将BJT用晶体管 的小信号模型代 替，即得H参数 小信号等效电路
vi
Rb
H参数小信等效电路
Rc RL
3. 求电压增益
· Ib
·
Vi
Rb
· Ic
· Ib
Rc
RL V·o
根据
· Vi
I·b·rbe
I·c=
· ·Ib
V· O
I·c
c + ib b
vBE
–
e
ic + vCE
–
BJT双口网络
• H参数都是小信号参数，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参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
3. 模型的简化
ib hie （a）
vbe hrevce
hfeib
ic （a）图：
➢ ib 是受控源 ，且为电流控制电流源
1. H参数的引出
c + ib b
vBE
–
e
ic + vCE
–
BJT双口网络
对于BJT双口网络，我们已经知道 输入输出特性曲线如下：
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。
模电2.3等效电路分析法
先作出交流通路，再用简化 的微变等效电路代替T。
基本共射放大电路
交流等效电路
交流通路
9
③ 求电压放大倍数
I ( R r ) 根据 U i b b be
则电压增益为
I U I R I c b O c c
R R U I I Rc o c c b c Au Rb rbe Ui I b ( Rb rbe ) I b ( Rb rbe )
Rb
I c Ib Rc
RL U O
( R // R ) U I ( Rc // RL ) O b c L Au rbe Ui I b rbe
U Ri i Rb // rbe I i
Ro = Rc
13
当含信号源内阻RS时，求Àus
5.1k 24k +12V
1V
16
解：(1)
I BQ
VBB U BEQ Rb
12.5A
I C I B 1.25mA
U CEQ VCC I CQ Rc ( 12 1.25 5.1 )V 5.63V
(2)
26 26 rbe rbb 100 100 2.2k I CQ 1.25
U CE
向量形式：
uBE di B uCE
IB
h I duCE U be 11 e b h12 e U ce
duCE
i C di C i B
U CE
i C di B uCE
பைடு நூலகம்
h U I h I 21 e b 22 e ce C
基本共射放大电路
交流等效电路
交流通路
9
③ 求电压放大倍数
I ( R r ) 根据 U i b b be
则电压增益为
I U I R I c b O c c
R R U I I Rc o c c b c Au Rb rbe Ui I b ( Rb rbe ) I b ( Rb rbe )
Rb
I c Ib Rc
RL U O
( R // R ) U I ( Rc // RL ) O b c L Au rbe Ui I b rbe
U Ri i Rb // rbe I i
Ro = Rc
13
当含信号源内阻RS时，求Àus
5.1k 24k +12V
1V
16
解：(1)
I BQ
VBB U BEQ Rb
12.5A
I C I B 1.25mA
U CEQ VCC I CQ Rc ( 12 1.25 5.1 )V 5.63V
(2)
26 26 rbe rbb 100 100 2.2k I CQ 1.25
U CE
向量形式：
uBE di B uCE
IB
h I duCE U be 11 e b h12 e U ce
duCE
i C di C i B
U CE
i C di B uCE
பைடு நூலகம்
h U I h I 21 e b 22 e ce C
微变等效电路
Vi
Vo
Ii
Vi Rb
Vi rbe
Ri
Vi Ii
Rb // rbe
3、计算放大电路的输出电阻
V
R o
Vs 0
I RL
Ro
V I
Rc
ii
0
ib
放大电路 I
Ro V
Vo
RL
ic
io
Ro
+
Rb
r be
β ib Rc RL vo
-
Ro
4、计算放大电路的源电压放大倍数
AvS
Vo Vs
AvS
Vo Vs
Vo Vi
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。
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。
思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路
几何意义：
iC
vCE
vCE
(2) h参数小信号模型
根据
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
可得小信号模型
iB b
vBE e
c iC vCE
BJT双口网络
ib hie vbe hrevce
ic hfeib hoe vce
(3) 模型的简化
记 rbe= hie
T = hre
例题1：试用微变等效电路法计算图示电路的电压增
益、输入电阻及输出电阻。
RC RB
+VCC
RE1
vo
半导体三极管及放大电路基础知识讲解
半导体三极管及放大电路基础知识讲解第一节学习要求第二节半导体三极管第三节共射极放大电路第四节图解分析法第五节小信号模型分析法第六节放大电路的工作点稳固问题第七节共集电极电路第八节放大电路的频率响应概述第九节本章小结第一节学习要求〔1〕把握差不多放大电路的两种差不多分析方法--图解法与微变等效电路法。
会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的阻碍和分析波形失真等；会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。
〔2〕熟悉差不多放大电路的三种组态及特点；把握工作点稳固电路的工作原理。
〔3〕把握频率响应的概念。
了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。
第二节半导体三极管〔BJT〕BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互阻碍，使BJT表现出不同于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。
本节将围绕BJT什么缘故具有电流放大作用那个核心问题，讨论BJT的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。
一、BJT的结构简介BJT又常称为晶体管，它的种类专门多。
按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；依照结构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。
但从它们的外形来看，BJT 都有三个电极，如图3.1所示。
图3.1是NPN型BJT的示意图。
它是由两个 PN结的三层半导体制成的。
中间是一块专门薄的P型半导体(几微米~几十微米)，两边各为一块N型半导体。
从三块半导体上各自接出的一根引线确实是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。
尽管发射区和集电区差不多上N型半导体，然而发射区比集电区掺的杂质多。
在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的大，这从图3.1也可看到，因此它们并不是对称的。
二、BJT的电流分配与放大作用1、BJT内部载流子的传输过程BJT工作于放大状态的差不多条件：发射结正偏、集电结反偏。
模拟电路基础第二章微变等效电路
(Rs rbe R E )Uo rbe rce ] rce (Rs rbe
RE)
R o
Uo Io
rce
R
E (Rs rbe rce ) Rs rbe R E
通常， rce Rs rbe
R o
rce (1
R s
I b Au
Uo Ui
rbe
(1 )R E
Au
Uo Ui
Ib (rce // R C // R L ) Ib rbe (Ib Ib )R E
(rce // R C // R L ) rbe (1 )R E
求输出电阻Ro
Ii
B Ib
B’
Rs
RB
rce
e
二、晶体管共发H参数模型
iC
B
iB
uBE
E
将晶体管视为一二端
口网络，根据两个端
C 口的 电压和电流之间 的相互关系导出的模
型是网络模型，对H
uCE
参数模型，选择的自 变量为iB, 和uCE,因变量
为uBE和iC。
u BE f1 (iB , u CE )
iC f 2 (iB , u CE )
hie
Ic
hfeIb
1
h oe Uce
h ie rbb rbe rbe b Ib h fe g m rbe
h oe
1 rce
Ub
rbe
e
c
Ic
Ib
rce Uce
e
Ib b
c Ic
Ube
rbe
Ib
(完整版)第2章基本放大电路(2--放大电路的微变等效电路分析方法)
第3页 3
(2)输入电阻
第第2章2 章基基本本放放大大电电路
Ri Rb // rbe
对于共发射极低频电压放 大倍数，rbe约为1KΩ左右。
通常Rb》 rbe，所以Ri≈ rbe。 Ri越大，放大电路从信号源取得的信号也越大。
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
第4页 4
第第2章2 章基基本本放放大大电电路 输出电阻
第第2章2 章基基本本放放大大电电路 微变等效电路分析法
微变等效电路法就是在小信号条件下，在给定的工作范围内，将晶体管看 成一个线性元件。把晶体管放大电路等效成一个线性电路来进行分析、计算。
1.晶体管的微变等效模型 （1）晶体管输入回路的等效电路
rbe为晶体管的交流输入电阻，
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
RL Re // RL
AV
Vo Vi
(1 ) R'L rbe (1 )R&院电力系WXH
输入电压与输 出电压同相
电压跟随器
第 10 页 10
（3）输入电阻
第第2章2 章基基本本放放I•大T大电电路
Ri
VT IT
+
•
Rb // RL
VT
-
（4）输出电阻
Ro
RS
rbe
第 15 页 15
第第2章2 章基基本本放放大大电电路
放大电路的幅频特性和相频特性，称为频 率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增 益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度 频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频 率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生 失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅 频失真和相频失真是线性失真。
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
(2)输入电阻
第第2章2 章基基本本放放大大电电路
Ri Rb // rbe
对于共发射极低频电压放 大倍数，rbe约为1KΩ左右。
通常Rb》 rbe，所以Ri≈ rbe。 Ri越大，放大电路从信号源取得的信号也越大。
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
第4页 4
第第2章2 章基基本本放放大大电电路 输出电阻
第第2章2 章基基本本放放大大电电路 微变等效电路分析法
微变等效电路法就是在小信号条件下，在给定的工作范围内，将晶体管看 成一个线性元件。把晶体管放大电路等效成一个线性电路来进行分析、计算。
1.晶体管的微变等效模型 （1）晶体管输入回路的等效电路
rbe为晶体管的交流输入电阻，
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
RL Re // RL
AV
Vo Vi
(1 ) R'L rbe (1 )R&院电力系WXH
输入电压与输 出电压同相
电压跟随器
第 10 页 10
（3）输入电阻
第第2章2 章基基本本放放I•大T大电电路
Ri
VT IT
+
•
Rb // RL
VT
-
（4）输出电阻
Ro
RS
rbe
第 15 页 15
第第2章2 章基基本本放放大大电电路
放大电路的幅频特性和相频特性，称为频 率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增 益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度 频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频 率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生 失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅 频失真和相频失真是线性失真。
广东水利电力职业技术学院电力系WXH
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
上页
下页
返回
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
上页
下页
返回
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
下页 返回
上页
模拟电子技术基础
vbe = hieib + hrevce ic = hfe ib + hoevce
ib + vbe – c b
体 晶 管
ic + vce – 等效
ib + vbe –
线 性 网 络
ic + vce –
e BJT
线性二端口网络
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
3.4.1 H参数的引出 H参数的引出
对于BJT双口网络， 对于BJT双口网络，输 BJT双口网络 入输出特性曲线如下： 入输出特性曲线如下： vBE = f (iB，vCE) ， iC = g (iB ，vCE) 在小信号情况下，对上两式取全微分得 在小信号情况下，
上页
下页
返回
ɺ ɺ ′ ɺ Vo = −IcRL = −βIb (RC // RL)
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
ɺ Ib
ɺ Vi
+
RB
rbe
b c
T
ɺ Ic
β ib
e
+
ɺ RL Vo
−
RC
−
故
ɺ · Vo A = ɺ V · V
i
·
· − βIb (RC // RL ) = · Ibrbe ′ βRL =− rbe
RB C1
,
−VCC
C2
RC
+
vi
+
+
T
+
−
RL vo
−
[解] (a) 画出放大电路的直流通路
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
−VCC
+
vi
+
RB C1
RC
−VCC
C2
+
T
+
RB
IBQ
RC
−
由图可知
RL vo
VBEQ
+
T+
ICQ
−
直流通路
−
VCEQ
−
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
−VCC
RB
IBQ
ɺ VT R = ɺ = RB || r i be IT
通常
，故
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
c. 输出电阻 o 输出电阻R 由定义
ɺ VT Ro = ɺ IT
VS=0 RL =∞
vi
+
ib bT c
RB rbe
e
ic
β ib
+
RL vo
−
RC
−
T c
ic
β ib RC
e
ɺ IT
ii
ib
画出求输出电 阻的等效电路
b
+
ib hie hrevce
_ +
ic c
hfeib
+
vbe
_
1/hoe v ce e H小信号模型
上页 下页 返回 _
模拟电子技术基础
其中： 其中：
∂vBE hie = ∂iB ∂iC hfe = ∂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； 流放大系数； 输入端电流恒定（交流开路） 输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比 输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。 输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。
+
ɺ VS = 0
b
−
RB rbe
ɺ V T
+
−
Ro
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
由图可知 当 VS = 0 时 ii
求输出电阻 的等效电路
ib
+
VS = 0
b
T c
ic
β ib RC
ɺ IT
ib = 0
−
RB rbe
e
ɺ V T
+
−
Ro 故
ɺ VT Ro = ɺ IT ɺ VT = ɺ = RC ɺ VS=0 T C RL =∞ V / R
−
RB rbe
e 上页
RC
−
下页 Ib
ɺ Vi
+
b c
ɺ β Ib
ɺ Ic
+
ɺ RL Vo
−
RB rbe
e
RC
−
图中
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
ɺ Ii
ɺ Ib
ɺ Vi
+
b c
ɺ β Ib
ɺ Ic
+
ɺ RL Vo
−
RB rbe
e
RC
由微变等效电路得
−
Ri=RB//rbe≈rbe=1.1 kΩ Ω
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
在图示电路中，已知：VCC=12 V， RC=2 kΩ， [例] 在图示电路中，已知 ， Ω RB=360 kΩ；晶体管 为锗管，其 为锗管， Ω 晶体管T为锗管 =β =60 , C1=C2=10 µF，RL=2 kΩ。试求 ， Ω 试求： (a) 晶体管的 BQ，ICQ 及 晶体管的I VCEQ值； (b) 放大电路的 V，Ri， 放大电路的A Ro。
VCE
∂vBE hre = ∂vCE
IB
∂iC hoe = ∂vCE
IB
四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（ 四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H (hybrid) 参数）。 参数）。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
1 模型的简化
一般采用习惯符号 即 rbe= hie ur = hre
ib hie vbe hrevce hfeib
RC
VBEQ
+
T+
ICQ
−
VCEQ
−
(b) 首先画出放大电路的交流通路
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
−VCC
交流通路
+
vi
+
RB C1
RC
C2
+
T
+ +
vi
T
RB
+
RL vo
−
RL vo
RC
−
微变等效电路
ɺ Ii
−
ɺ Ib
−
b c
ɺ β Ib
其次画出放大电路 的微变等效电路
ɺ Vi
+
ɺ Ic
+
ɺ RL Vo
vo与vi相位相反
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
ɺ IT
ɺ VT
+
→
ib bT c
rbe
e
ic
−
RB
β ib
+
RL vo
RC
Ri b. 输入电阻 i 输入电阻R 由图可知
ɺ VT R = ɺ i IT
−
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
vi
+
RB
ib bT c
rbe
e
ic
β ib
+
RL vo
−
Ri
RC
−
(T=300K)
，
re为发射结电阻。 为发射结电阻。
26(m ) V rbe ≈ 200Ω+ (1+ β) IEQ(m ) A
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
2．H参数的应用 ． 参数 参数的应用
应用小信号模型分析下图所示的基本放大电路。 应用小信号模型分析下图所示的基本放大电路。