小信号模型分析法(精)
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放大电路的小信号模型分析法—共射极放大电路小信号模型
ib Rc RL vo -
2
Lec 04-3
H参数小信号等效电路
华中科技大学电信系 张林
4.3.2 小信号模型分析法
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
（3）求放大电路动态指标
电压增益
b ib
根据
+ +
vi ib rbe ic β ib
vs
vi Rb
-
-
rbe e
ic c ib Rc
200
(1
)
26(mV) IE (mA)
vs -
50F ＋ T RL vo
4k －
200 (1 ) 26(mV)
IC (mA)
Ri Rb || rbe rbe 863
863
Ro Rc 4k
Av
vo vi
β ( Rc || RL ) rbe
115.87
9
Lec 04-3
华中科技大学电信系 张林
4.3.2 小信号模型分析法
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
VCC
VBEQ Rb
ICQ β IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
Rb
Cb1 +
＋
vs
－
VCC
Rc
Cb2
+
＋
T RL vo
－
共射极放大电路
利用PN结的恒压降模型或理想模型确定VBEQ， 已知。
Rb
Cb1 +
VCC
Rc
Cb2
+
＋
T RL vo
－
共射极放大电路
VCEQ VCC Rc ICQ 12V - 2k 3.2mA 5.6V
3.4(小信号模型)
h oe
IB
∂ iC = ∂ v CE
h fe =
I
B
∂ iC ∂iB
V CE
2．H参数小信号模型
(1)小信号模型的引出
• 输入回路的戴维 南等效电路 • 输出回路的诺顿 等效电路
vbe = hieib + hre vce
ic = h feib + hoe vce
(2)关于小信号模型的讨论
①电流源的性质： 等效电流源不是BJT本身 所具有的能源，只代表 BJT 的 电 流 控 制 作 用 。 ib=0(即vbe＝0)时，等效电 流源不存在，它具有从 性，称为受控电源 （受输入电流控制的， 独立的电源）。
• 共射极接法的BJT的小信号模型，H参数的数量级为：
⎡ hie [h ]e = ⎢ ⎣ h fe
⎡ rbe hre ⎤ ⎥ = ⎢β hoe ⎦ ⎢ ⎣
µr ⎤
⎡10 3 Ω 10 − 3 ~ 10 − 4 ⎤ 1⎥=⎢ 2 ⎥ −5 ⎥ ⎣ 10 10 S ⎦ rce ⎦
(3)模型的简化
BJT小信号模型的简化 (a) H参数信号模型 (b) 简化模型
• BJT的特性曲线用图形描述了管子内部电压、 电流的关系。 • 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性能、反映管内物理过 程的，两者之间必然具有密切的内在联系。
混合参数的物理意
∂v hre = BE ∂vCE
Vi = Vs
•
•
Ri Rs + Ri
Ri >> Rs
• 对于输出级来说，希望输出电阻越小越好，可以提高 带负载的能力。
Vo = AVO Vi
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。
三极管电路的小信号模型分析方法
参数的物理意义
极间电阻
描述三极管内部电阻，影响三极管的放大倍数和频率 响应。
极间电容
描述三极管内部电容，影响三极管的频率响应和稳定 性。
放大倍数
描述三极管放大能力的重要参数，影响三极管电路的 增益和稳定性。
参数的测量与计算
极间电阻的测量
通过测量三极管在不同工作点的电压和电流，利 用欧姆定律计算极间电阻。
详细描述
在共射极电路中，基极和集电极之间加上小信号电压，通过小信号模型分析可以得出输 入电阻、输出电阻和电压放大倍数等关键参数。输入电阻是指从基极输入端看进去的电 阻，输出电阻是指从集电极输出端看进去的电阻，电压放大倍数是指集电极电压与基极
电压之比。这些参数对于理解电路性能和设计具有重要意义。
共基极电路的小信号模型分析
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详细描述
在振荡器的小信号模型分析中，我们需要考虑三极管的交流等效电路，包括基 极和集电极的电阻、电感和电容。同时，我们还需要分析反馈网络的频率响应， 以确定振荡器的振荡频率和稳定性。
滤波器的小信号模型分析
总结词
滤波器的小信号模型分析主要关注三极管的频率响应和传递函数。
详细描述
在滤波器的小信号模型分析中，我们需要计算三极管的频率响应，即三极管在不同频率下的增益和相 位响应。同时，我们还需要分析滤波器的传递函数，以确定滤波器的类型（高通、低通、带通或带阻 ）和性能参数（如截止频率、通带增益等）。
共集电极电路的小信号模型分析
总结词
共集电极电路是一种应用广泛的三极管电路，通过小信 号模型分析可以得出电压放大倍数、输入电阻和输出电 阻等关键参数。
详细描述
在共集电极电路中，集电极和发射极之间加上小信号电 压，通过小信号模型分析可以得出电压放大倍数、输入 电阻和输出电阻等关键参数。电压放大倍数是指发射极 电压与基极电压之比，输入电阻是指从发射极输入端看 进去的电阻，输出电阻是指从集电极输出端看进去的电 阻。这些参数对于理解电路性能和设计具有重要意义。
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
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
4.7 共源放大电路的小信号模型分析法
模拟电子技术基础共源放大电路的小信号模型分析法共源放大电路的小信号模型分析法+–d sv gsv gsd–gi di FET小信号模型——线性电路+–dsv gsv gsd–0 g i di 小信号模型m gsg v m gs g v ——受控电流源，大小和方向均受控制gs v m gs g v 若g+ s-，则受控电流源方向d→s gs v m gs g v 若g-s+，则受控电流源方向s→dgs v共源放大电路的小信号模型分析法共源电路动态分析——画交流通路交流通路+–G i D DV dR 1g R 2g Rov iv LR G Sv –+–DSv Di –svsiR +–Di 1g R 2g R GSv dR LR ov iv svsiR交流通路小信号等效电路共源电路动态分析——画小信号等效电路通常小信号模型参数求解21GSQ DOm TNTN V I g V V+–Di 1g R 2g R GSv dR LR ov iv svsiRDi –gsv gsdm gsg v iv 1g R 2g R dR LR ov svsiR小信号等效电路共源电路动态分析——电压放大倍数ov iv A v ()o m gs d L v g v R R i gsv v ()m gs d L v gsg v R R A v–gsv gsdm gsg v iv 1g R 2g R dR LR ov svsiR ()v m d L A g R R 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）共源放大电路的小信号模型分析法输入电阻和输出电阻放大电路不是孤立的为了表征放大器的级联性能svsiR 信号源LRov 负载放大电路iviR oR oi ii ovovi R ——输入端连接信号源——输出端连接负载oR 引入了电路的输入电阻R i 和输出电阻R o 的概念它们是放大电路重要动态性能指标。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）共源放大电路的小信号模型分析法输入电阻和输出电阻什么是输入电阻？当信号源加到放大器输入端时，LRov 放大电路svsiR 信号源负载iviR oR oi ii ovoviR 放大器就相当于信号源的一个负载电阻。
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当信号源有内阻时：
根据输出电阻的定义：
.
Ro=
Uo
.
RL ,
Io
US 0
0
•
•
Ib
Ιc
•
用加压求
Rb rbe
β Ib
流法求输
出电阻：
•
所以：
Ro
U
•
o
Rc
Io
0
•
Io
RL •
Uo
RC
例题 放大电路如图所示。已知BJT的 ß=50， 其他元件参数如图所示,试求
该电路的Ri，Ro，Au，若RL开路，Au如何变化。
3.4 小信号模型分析法
1．BJT的H参数及微变等效电路
（2）BJT的H参数微变等效电路
b ib hie
ic c
ube
hreuce
1
hfeib
hoe
uce
e
3.4 小信号模型分析法
（3）微变等效电路的简化
b ib hie
BJT在共射连接时，其H参 ube
hreuce
数的数量级一般为
h
e
hie hfe
解：IBQ
VCC
U BEQ Rb
12 0.7 300
40μA
ICQ IBQ =2mA
Rs
IEQ =IBQ +ICQ ICQ =2mA
uS
Rb
300kΩ
Cb1
20µF
ui
Rc 3kΩ Cb2
20µF
T uo
VCC 12V
RL
3kΩ
rbe
rbb '
(1
)
2（6 mV） IE（Q mA）
200
（1
50）26mV 2mA
=863
Au
uo ui
ib (Rc
ib rbe
RL ) RL
rbe
86.6
ib
Ri Rb rbe 0.863k
Ro Rc 3k
若RL开路
Au
Rc rbe
50 3 0.863
173.8
Rs ui Rb
uS
Au增大R了i
rbe
e
ic ib Rc uo RL
⑶ 该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。
简化的等效模型的几点说明：
① 简化的等效模型用于研究放大电路的 动态参数，是在Q点处求偏导得到的；
② 只适用于小信号工作情况； ③ 模型没有考虑结电容的影响，只适用
于低频情况，称低频小信号模型； ④ 使用时要注意模型中各电压、电流的
参考方向，参考方向的规定对NPN、 PNP均适用； ⑤ 利用模型分析放大电路动态参数的方 法又称为微变等效电路分析法。
ube ib
对输入的小交流信号 而言，三极管BE间等 效于电阻rbe。
ib b
ube rbe e
rbe的计算：
温度的电 压当量
rbe
rbb
rbe200 源自(1 )26 IE
mV mA
基区体电阻，约200Ω。
考察输出回路
uce
IC
ic
I B UCE ib UCE
输出端相当于一个
受 ib控制的电流源。
基本放大电路分析步骤：
① 根据放大电路的求直流通路，求静态工作点Q及rbe的值； Q（IBQ，ICQ，VCEQ） rbe=rbb'＋(1＋β)26mV/IE
② 求放大电路的交流通路，根据交流通路画微变等效电路； ③ 根据微变等效电路求放大电路的动态参数
放大倍数：Áu（Áus） 输入电阻：Ri 输出电阻：Ro
Ro
3. 小信号模型分析法的适用范围
放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其U－I特性曲 线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点 上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值 的大小及稳定性密切相关。
IBQ duCE
d iC
iC iB
UCEQ
d iB
iC uCE
IBQ d uCE
用小信号交流分量表示
ube= hieib+ hreuce ic= hfeib+ hoeuce
3.4 小信号模型分析法
（1）BJT H参数的引出
vbe= hieib+ hrevce
其中：
h ie
vBE iB
VCE
ic= hfeib+ hoevce
3.4 小信号模型分析法
一、BJT的小信号建模
思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路
即四端(双端口)暗盒模型。
条件：交流小信号
利用网络的H(Hybrid)参数来表示输入、输出的电压与电流的 相互关系，就可得到对应的等效电路，称共射H参数等效模型。
1 . 三极管H参数的引出
3.4 小信号模型分析法
ic
且电流源两端还要 并联一个大电阻rce。
rce
uce ic
画出三极管的h参数等效电路
ic
ib
ib ube
uce ube rbe
ic
ib
rce
uce
rce很大，一般忽略。
2.三极管的简化微变等效电路
c b
等效
e
bc ic =ib
rbe
请注意如下问题：
e
⑴ 电流源为一受控源，而不是独立的电源。
⑵ 电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。
U o I b RL
Au
RL rbe
RL RC // RL
负载电阻越小，放大倍数越小。
输入电阻及输出电阻的计算
•
•
根据输入电阻的定义： I i
Ib
•
Ri
U
•
i
Ii
R b //rbe
r R •
U i
b
be
•
Ic
•
RL
•
IB
U o
RC
电路的输入电阻越大，信号源内阻 的压降越小，因此一般总是希望得到较 大的的输入电阻。
输出端交流短路时的输入电阻,常用rbe表示；
hfe
iC iB
VCE
输出端交流短路时的正向电流传输比或电
流放大系数，即 ；
hre
vBE vCE
IB
输入端交流开路时的反向电压传输比（无量纲）；
h oe
iC vCE
IB
输入端交流开路时的输出电导，也可用1/ rce 表示。
四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。
二 小信号模型分析电路
交流通路画法：
VCC
Rb
RC
Cb2
+
（1）电容短路 （2）电源等效接地
+
Cb1
+
+
v-i
T RL
+
vo 交流通路
+
vi
Rb
-
-
T
RC RL vo
-
微变 等效 电路 画法
电压放大倍数的计算
•
•
Ii
Ib
r •
Ui
Rb
be
•
Ic
•
RL
•
IB
Uo
RC
••
U i I b rbe
•
•
hre hoe
103 102
103 ~ 104
105
S
hre和hoe都很小，常忽
b
ib
略它们的影响。
ube
rbe
ic c 1 hfeib hoe uce
e
ic
c
ib
uce
e
首先考察输入回路
iB
iB
uBE uBE
ib b c
ube
e
当信号很小时，将输入特性在
小范围内近似线性。
rbe
uBE iB
（1）BJT H参数的引出
iB
b uBE
iC
c
T
uCE
e
对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：
uBE f1(iB,uCE )
iC f2 (iB,uCE )
3.4 小信号模型分析法
（1）BJT H参数的引出
在小信号情况下，对上两式取全微分得
duBE
uBE iB
UCEQ
diB
uBE uCE