4.3放大电路的分析方法P.ppt

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1、4 双极结型三极管及放大电路基础,本章内容,4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应,4 双极结型三极管及放大电路基础,本章要求,1.了解双极结型三极管(BJT)的结构、工作原理、温度对参数及特性的影响，掌握其符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用，三种工作状态(区)的条件、特点和判断。,2.掌握基本共射极放大电路的组成、工作原理、静态分析和动态分析。3.熟悉放大电路的图解分析法、静态工作点对波形失真的影响，掌握基本共射极放大电路的

2、动态分析、性能特点和用途。,4.了解温度对静态工作点的影响，熟悉稳定静态工作点的措施，掌握基极分压式射极偏置放大电路的组成、工,4 双极结型三极管及放大电路基础,5.掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。6.熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的特点和判断。,7.了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、下限频率、通频带。,作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,4 双极结型三极管及放大电路基础,重点难点,重点：双极结型三极管(BJT)的符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用；

3、三种基本放大电路(共射、共集和共基)的组成、工作原理、静态分析(估算法)、动态分析(小信号模型分析法)、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。,难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线,放大电路的工作原理、静态分析(图解分析法、估算法)和动态分析(图解分析法、小信号模型分析法)，放大电路的频率响应。,4.3 放大电路的分析方法,本节内容,4.3.1 图解分析法 1.静态工作点的图解分析 2.动态工作情况的图解分析 3.静态工作点对波形失真的影响 4.图解分析法的适用范围,4.3.2 小信号模型分析法 1.BJ

4、T的H参数及小信号模型 2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 3.共射放大电路特点 4.共射放大电路用途 5.小信号模型分析法的适用范围,4.3 放大电路的分析方法,本节要求,1.熟悉静态工作点、动态工作情况的图解分析，静态工作点对波形失真的影响；了解图解分析法的适用范围。,2.掌握BJT的H参数及小信号模型、用H 参数小信号模型分析基本共射极放大电路，基本共射极放大电路的性能特点和用途；了解小信号模型分析法的适用范围。,4.3 放大电路的分析方法,重点难点,重点：静态工作点对波形失真的影响，BJT的H参数及小信号模型、用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路，基本共射极放大电路的性能

5、特点和用途。,难点：动态工作情况的图解分析，静态工作点对波形失真的影响；BJT的H参数及小信号模型、用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路。,4.3 放大电路的分析方法,怎样分析放大电路？,A.分析步骤 B.分析方法,4.3 放大电路的分析方法,A.分析步骤,(1)把原电路分解为直流通路 和交流通路。,(2)用直流通路求直流参数(估算法、图解法：求静态工作点Q：VBEQ、IBQ、ICQ、VCEQ)。,(3)用交流通路求交流参数(图解法：求电压放大倍数Av、最大不失真输出电压Vom 等)。,动静分开，先静后动,放大电路直流电、交流电并存，直流通路与交流参数无关，交流通路与直流参数有关，分析时通

6、常分开处理。,(4)用 H 参数小信号模型代替三极管可求得更多交流参数(模型法：求电压放大倍数 Av、输入电阻 Ri、输出电阻 Ro 等)。,4.3 放大电路的分析方法,B.分析方法,1)静态分析,求静态工作点Q：VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ。,2)动态分析,求Av、Ri、Ro、Vom。,(1)图解法：已知特性曲线，画交流通路，通过作图求Av 和Vom(4.3.1),(2)小信号模型法：由等效电路求Av、Ri和Ro(4.3.2),(1)估算法：已知 VBEQ(硅管、锗管)，由直流通路求IBQ、ICQ和VCEQ(4.2.2),(2)图解法：已知特性曲线，画直流通路，通过作图求VBEQ、IB

7、Q、ICQ和VCEQ(4.3.1),4.3.1 图解分析法,怎样用图解法分析放大电路？,1.静态工作点的图解分析 2.动态工作情况的图解分析 3.静态工作点对波形失真的影响 4.图解分析法的适用范围,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,图解分析法：已知晶体管的特性曲线和管外电路的特性，用作图的方法求取有关参数。,作图求静态工作点：VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ。,4.3.1 图解分析法,2.动态工作情况的图解分析,作图求电压放大倍数 Av 和最大不失真输出电压幅值Vom或有效值Vo。,4.3.1 图解分析法,3.静态工作点对波形失真的影响,失真：输出与输入波形不一样，有畸变，

8、失去原样。,放大电路要求输出信号与输入信号之间是线性比例关系，不失真地放大是对放大电路的基本要求，失真使放大失去意义。当然放大区并非绝对线性，只是失真较小。,由于晶体管存在非线性，使输出信号与输出信号不成比例，输出信号不能反映输入信号的情况，产生了新的频率成分，称为非线性失真，包括截止失真和饱和失真。,用非线性失真系数衡量失真轻重：在正弦输入信号下，输出波形谐波总有效值与基波有效值之比。,4.3.1 图解分析法,1)没有失真,静态工作点合适，输入信号变化范围工作在线性区。,iB=IBQ,4.3.1 图解分析法,不失真条件,为了避免进入截止区而引起非线性失真，应满足：,为了避免进入饱和区而引起非

9、线性失真，应满足：,ICQ Icm+ICEO,VCEQ Vcem+VCES,其中：Icm为集电极交流电流的幅值,ICEO为集电极发射极间的反向饱和电流(穿透电流),ICEO 几A(硅管)、几十A(锗管),其中：Vcem为集电极发射极间交流电压的幅值,VCES为饱和压降,临界饱和压降VCES=0.7V(硅管)、0.3V(锗管),深度饱和压降VCES=0.3V(硅管)、0.1V(锗管),在 vbe 负半周部分时间工作点到达截止区而引起的失真。,VBEQ,4.3.1 图解分析法,2)截止失真(1)产生原因,死区(截止),iB=0，iB 被削底,截止区特点：iB=0，iC=ICEO0，没放大作用。,静

10、态工作 点偏低,IBQ,静态工作 点偏低,4.3.1 图解分析法,iB 被削底后iC也被削底，vCE被削顶。(vce 与 vi、ib、ic反相),注意：PNP管由于是负电源供电，失真波形的表现形式与NPN管相反,VCEQ,ICQ,ICEQ,IBQ,Q点调高,4.3.1 图解分析法,(2)消除截止失真,减小Rb、加大VBB 增大IBQ,静态工作点偏低，即IBQ偏小,Q点偏低,在 vbe 整个周期都工作在输入特性线性区，iB没有失真。,静态工作 点偏高,4.3.1 图解分析法,3)饱和失真(1)产生原因,4.3.1 图解分析法,在vbe 正半周部分时间到达饱和区而引起的失真。,饱和区特点：iC不随

11、iB增加，没放大，vCE=VCES,iB 没失真，iC被削顶，vCE被削底。,PNP管由负电源供电，失真波形表现形式与NPN管相反,深度饱和,临界饱和,4.3.1 图解分析法,(2)消除饱和失真,增大Rb、减小VBB减小IBQ减小ICQ(=IBQ),增大VCC负载线右移增大VCEQ(=VCC-ICQRc),减小Rc负载线变倾斜增大VCEQ(=VCC-ICQRc),减小 减小ICQ(=IBQ)(换管),VCC,IBQ,4)双重失真,4.3.1 图解分析法,即使Q合适，如果输入信号幅值过大，则在输入信号正半周会进入饱和区，在输入信号负半周会进入截止区，同时产生饱和失真和截止失真。,减小输入信号幅值

12、可消除失真。,5)非线性失真,4.3.1 图解分析法,截止失真是由于静态工作点偏低或输入信号幅值过大,饱和失真是由于静态工作点偏高或输入信号幅值过大，使三极管工作在特性曲线的非线性区(截止区或饱和区)，输,出信号与输入信号不成正比，输出波形与输入波形不一样,产生了新的频率成分，统称为非线性失真。要避免。,用非线性失真系数衡量失真轻重程度：在正弦输入信号下，输出波形中的谐波总有效值与基波有效值之比。,4.3.1 图解分析法,6)非线性失真系数,简称失真度，也称总谐波失真、总谐波畸变率(THD，Total Harmonics Distortion)。,例如：输出波形中的基波有效值VO1=1V，二次

13、谐波有效值VO2=10mV，则,输入正半周不到饱和区，输出vCE变化范围为VCEQ VCES。,4.3.1 图解分析法,7)最大不失真输出电压幅值Vom(1)电路参数已确定,最大不饱和输出电压幅值,VomR=VCEQ-VCES,输入负半周不到截止区，输出vCE变化范围为VCEQVCC-ICEORc。,4.3.1 图解分析法,最大不截止输出电压幅值,VomF=VCC-ICEORc-VCEQ VCC-VCEQ=ICQRc,Vom=minVomR，VomF,木桶理论,iB=0,4.3.1 图解分析法,(2)电路参数未确定,IBQ,为了得到最大的不失真输出电压，静态工作点应设在负载线位于放大区部分的中

14、间，即对应于vCE=VCES 和 iB=0两点间的中点。,iB=0,VCEQ=(VCC-ICEORc-VCES)/2,4.3.1 图解分析法,最大不失真输出电压幅值是不产生饱和失真和截止失真时放大电路能输出的最大电压幅值，它是放大电路的一个主要技术指标。,只要Vi Vim 输出就不会产生失真。,求得最大不失真输出电压幅值后，就可得到最大允许输入电压幅值Vim。,(3)输出动态范围VPP,最大不失真输出电压的峰-峰值，工程上常使用。,VPP=2Vom,Vim=Vom/Av,在保证不产生截止失真和所需的 Vom 的前提下，为了减小损耗和噪声可把Q设低些。,4.3.1 图解分析法,8)电路参数对Q的

15、影响,Rb、VBB IBQ ICQ(=IBQ)VCEQ,VCC 负载线右移VCEQ(=VCC-ICQRc),Rc 负载线变倾斜VCEQ(=VCC-ICQRc),ICQ(=IBQ)VCEQ(换管),VCC,左图因电路参数改变使Q产生如右图所示变化。,4.3.1 图解分析法,例1,(1)静态工作点从Q1移到Q2、Q2移到Q3、Q3移到Q4分别是因为哪些参数变化造成的？参数是如何变化的？,Q1Q2：Rc 减少；,Q2Q3：Rb 减少或VBB 增大;,Q3Q4：VCC 增大。,4.3.1 图解分析法,(2)静态工作点分别是 Q1 Q4 时，哪个最易产生截止/饱和失真？哪个最大不失真输出电压Vo最大？约

16、多大？,Q1、Q2最易截止失真；Q3最易饱和失真；Q4最大不失真电压Vo最大。,Vom=VCEQ VCES=6-0.7=5.3V,4.3.1 图解分析法,(3)Q4时集电极电源VCC多少？集电极电阻Rc多大？,由图可得(vCE=VCC=12V，iC=0)，(vCE=0，iC=VCC/Rc=12V/Rc=4mA)。,Rc=VCC/iC=12V/4mA=3k,4.3.1 图解分析法,9)判断能否不失真放大,根据放大电路组成原则和不失真放大的条件来判断。,(1)从直流通路来判断：,电源的极性、大小和连接是否使晶体管工作在线性区：如三极管工作在放大区，场效应管工作在恒流区。,静态工作点是否合适，使整个

17、波形处于放大区。已给定参数，则计算Q；未给定参数，则假定参数正确。,(2)从交流通路来判断：,输入信号能否传输到放大电路中。如有没有开路、短路，是否加到三极管的b-e、场效应管的g-s之间。,输出信号能否有效输出。如有没有开路、短路，是否从三极管的c或e、场效应管的d或s取出。,4.3.1 图解分析法,例2,下列电路哪些具有放大作用？,(a),4.3.1 图解分析法,4.3.1 图解分析法,RC,4.3.1 图解分析法,(h),(g),4.3.1 图解分析法,例4.3.1,已知硅管，=37.5，输出特性曲线。,(1)从电路组成说明与右图的主要区别,左图是从右图演变来的。,常见电路掌握分析,图

18、A 信号源、负载直接接到放大电路，称为直接耦合，会改变设置好的静态工作点。图 B 电容 C1、C2 隔离它们与放大电路的直流联系，又使交流信号顺利输入、输出(隔直通交)，称为阻容耦合，耦合电容一般为几十F。,4.3.1 图解分析法,图A输入信号没接地，易受干扰造成工作不稳定。,极性,4.3.1 图解分析法,图B采用两个直流电源供电，使用不方便。直流电源数量应尽量少，使电路简单。图 C 将 VCC、VBB 两个直流电源合并，采用一个直流电源供电，将 Rb 接 VBB 的一端改接到VCC，由VCC 兼负VBB 的任务。,4.3.1 图解分析法,为了简化电路画法，习惯上只标出电源对地大小和极性，如+

19、10V、-10V，不画电源符号。,简化画法,+12V,4.3.1 图解分析法,元件作用,三极管T 电流放大作用，用基极电流 iB微弱的变化控制集电极电流 iC 产生 倍的变化，iC=iB，是核心元件。发射结正偏，集电结反偏，工作在放大区。,电源VCC 能量源泉，配合Rb提供适当的静态电压VBEQ 和电流 IBQ，使发射结正偏；产生静态电流 ICQ，配合 Rc 提供适当的静态电压VCEQ，使集电结反偏，工作在放大区。,4.3.1 图解分析法,基极电阻Rb,配合VCC 提供合适的偏置电压VBEQ和偏置电流IBQ。,集电极电阻Rc 与VCC配合提供适当的VCEQ，将 集电 极电 流 变化转为电压变化

20、得到电压放大，vs vBE iB iCvRc=iCRc vo。,耦合电容 C1、C2 分别隔离信号源、负载与放大电路的直流联系，又使交流信号顺利输入、输出，隔直通交。,4.3.1 图解分析法,直流通路,(2)画出直流通路和交流通路,输入为0，电容断开，其它照画，标出直流。,直流符号,正偏,反偏,交流符号,4.3.1 图解分析法,交流通路,直流电源短路(内阻很小)，大电容短路(容抗很小),其它元件照画，标出交流电量。,交流符号,4.3.1 图解分析法,图中元件连接关系不够清晰，改画一下。,Rb与三极管的be结并联，在输入回路；Rc、RL并联再并接在三极管的c、e极，在输出回路。,4.3.1 图解

21、分析法,(3)估算法求 IBQ、ICQ、VCEQ,由直流通路基极-发射极回路求IBQ(VBEQ已知)。,VCC=IBQ Rb+VBEQ,求 IBQ,注意电压、电流、电阻单位。,与式4.2.1不同,4.3.1 图解分析法,求 ICQ,根据三极管电流关系求ICQ。,ICQ=IBQ=37.540=1500A=1.5mA,求VCEQ,由集电极-发射极回路求VCEQ。,VCC=ICQ Rc+VCEQ,VCEQ=VCC-ICQ Rc=12V-1.5mA4k=6V,4.3.1 图解分析法,采用总电量符号是为了与特性曲线一致。,由于静态时交流量=0，所以总电量=直流量。,(4)图解法求 ICQ、VCEQ,由直

22、流通路集电极-发射极回路列出输出直流负载线方程,VCC=ICQ Rc+VCEQ,iC=ICQ，vCE=VCEQ,VCC=iC Rc+vCE,vCE=VCC-iC Rc=12-4 iC,输出直流负载线方程,4.3.1 图解分析法,在输出特性曲线上作输出直流负载线,vCE=VCC-iC Rc=12-4 iC,取两点：M(vCE=VCC=12V，iC=0)，,N(vCE=0，iC=VCC/Rc=12V/4k=3mA),直流负载线与 iB=IBQ=40A的那条输出特性曲线的交点为静态工作点Q。求得VCEQ=6V，ICQ=1.5mA。,M,N,IBQ,连接M、N两点即得输出直流负载线。,求静态工作点IC

23、Q、VCEQ,4.3.1 图解分析法,(5)写出电压vBE的表达式及输出交流负载线方程,电压vBE的表达式,由直流通路得基极-发射极间直流电压 VBE=VBEQ,由交流通路得基极-发射极间交流电压 vbe=vi,总电压 vBE=VBE+vbe=VBEQ+vi,4.3.1 图解分析法,输出交流负载线方程,由直流通路得集电极-发射极间直流电压VCE=VCEQ,由交流通路得集电极-发射极间交流电压 vce=-ic(Rc/RL)=-(iC-ICQ)RL=ICQRL-iCRL,总电压 vCE=VCE+vce=VCEQ+ICQRL-iCRL,当vi=0时iC=ICQ，代入输出交流负载线方程，得vCE=VC

24、EQ。即输出交流负载线经过静态工作点Q。,4.3.1 图解分析法,输出交流负载线方程 vCE=VCEQ+ICQRL-iCRL,在输出特性曲线上作输出交流负载线,再取一点M(vCE=VCEQ+ICQRL=6+1.5(4/4)=9V，iC=0)。,连接M、Q并延长到纵轴N即得输出交流负载线。,输出交流负载线是经过Q、斜率为-1/RL的直线。,M,N,交流,直流,4.3.1 图解分析法,(6)求最大不失真输出电压Vo,在输出特性曲线上用输出交流负载线求。,最大不饱和输出电压幅值,VomR=VCEQ-VCES=6-0.7=5.3V,最大不截止输出电压幅值,VomF=VCEM VCEQ=VCEQ+ICQ

25、RL VCEQ=ICQRL=1.5mA(4/4)k=3V,Vom=minVomR，VomF=min5.3V，3V=3V,交流,直流,4.3.1 图解分析法,10)输出交直流负载线比较,输出直流负载线方程:,交流,vCE=VCC-iCRC,vCE=VCEQ+ICQRL-iCRL,输出交流负载线方程：,经过Q、斜率为-1/RL，反映了动态工作情况。,经过Q、斜率为-1/Rc，,反映了静态工作情况。,(1)输出直流负载线,(2)输出交流负载线,输出交流负载线比输出直流负载线倾斜，RL=时两者重合。,直流,vCE=VCEQ+ICQRC iCRC=VCC-iCRC,4.图解分析法的适用范围,4.3.1

26、图解分析法,缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态；不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻、通频带等动态性能指标；必须实测晶体管的特性曲线，耗时麻烦；小信号时不易准确作图，电路复杂时作图很困难。,下面介绍另一种分析方法小信号模型分析法。,适用于幅度较大而工作频率较低时求静态工作点，分析静态工作点是否合理、是否产生失真、是何种失真，指导调整电路参数；求放大倍数和最大不失真输出电压等。,优点：直观形象，物理概念清晰，帮助理解交、直流共存，静态、动态等重要概念和合理选择电路参数、设置静态工作点的重要性。能全面分析静态和动态工作情况。,4.3.2 小信号模型分析法,小信号模型分析法是什么？,A.

27、小信号模型分析法 B.原因(为什么要建立小信号模型？)C.思路(怎样建立小信号模型？),4.3.2 小信号模型分析法,A.小信号模型分析法,小信号模型(微变等效电路)：当输入电压信号很小(微变)时，将非线性元件晶体管的特性曲线线性化，等效成线性元件组成的模型。,小信号模型分析法：当输入电压信号很小时把非线性元件晶体管用小信号模型来代替，从而得到整个放大电路的小信号线性等效电路，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，然后运用线性电路定理、定律来简化分析计算和设计。,晶体管小信号模型有多种，如 Z 参数、Y 参数、H 参数、G 参数模型，适用于不同的场合和不同的问题。,本书介绍 H

28、 参数模型。,4.3.2 小信号模型分析法,B.原因,图解法不能用来分析计算放大电路的一些重要技术指标如输入电阻、输出电阻、通频带等；必须实测晶体管的特性曲线，需要一些仪器设备(如晶体管图示仪)，耗时麻烦；容易产生作图误差，不易准确求解；分析复杂电路困难；不适用于分析工作频率较高时的电路工作状态。,由于三极管是非线性器件，如果直接利用其伏安关系运用电路定理列方程，得到的是非线性方程组，求解非常复杂，就会使得放大电路的分析非常困难。,因此需要寻求一种更简便的分析方法。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析计算和设计。,(为什么要建立小信号模型？),4.3.2 小信号

29、模型分析法,C.思路,在放大电路中，当输入交流电压信号很小(微变)时,可以把晶体管的输入特性曲线和输出特性曲线在静态工作点附近小范围内近似看作线性，用直线段近似地代替晶体管的非线性特性曲线。,(怎样建立小信号模型？),将晶体管的非线性特性曲线线性化后，就可以用线性元件来表示输入电压、输入电流、输出电压、输出电流的相互关系，即用线性元件构成的线性等效电路(线性模型)代替实际的非线性器件晶体管，从而得到放大电路的小信号线性等效电路(微变等效电路)，把非线性器件晶体管所组成的电路当作线性电路来处理。,利用线性等效电路可以进行放大电路的动态分析。,4.3.2 小信号模型分析法,怎样用模型法分析放大电路

30、？,1.BJT的H参数及小信号模型 2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 3.共射放大电路特点 4.共射放大电路用途 5.小信号模型分析法的适用范围,4.3.2 小信号模型分析法,1.BJT的H参数及小信号模型,放大电路在交流小信号作用下,三极管的输入、输出特性曲线在静态工作点附近近似为线性，所以可以用网络的H(Hybrid，混合)参数来表示输入、输出的电压与电流的相互关系，得到三极管的H参数小信号模型。,vi=f1(i1、vo)=hi i1+hr vo,i2=f2(i1、vo)=hf i1+ho vo,对一个双口网络，有H、Y、Z、G四种参数描述输入和输出的电压与电流的相互关系。其中

31、，H参数的描述公式为：,(0)H参数概念,小信号时，取全微分得,BJT双口网络输入输出特性,改写成：,4.3.2 小信号模型分析法,(1)BJT的H参数的引出,vBE=f1(iB，vCE),iC=f2(iB，vCE),用小信号交流分量表示,vbe=hie ib+hre vce,ic=hfe ib+hoe vce,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,4.3.2 小信号模型分析法,i input，输入 r reverse，反向传输 f forward，正向传输 o output，输出 e emitter，共射接法,H Hybrid，混合,VCEQ：vCE=VC

32、EQ=常数，vCE=0，输出端只有直流电压输出，没有交流电压输出，输出端交流短路。,IBQ：iB=IBQ=常数，iB=0，输入端只有直流电流输入，没有交流电流输出，输入端交流开路。,因为此时只有直流电流和电压，所以是描述在静态工作点附近(小信号，变化范围小)的工作情况。,4.3.2 小信号模型分析法,(2)BJT的H参数的意义输入电阻 hie,物理意义：反映输入电压vbe 对输入电流 ib 的控制能力。,vbe=hie ib+hre vce,几何意义：输入特性Q点处的切线的斜率的倒数。,电路意义：输出端交流短路时的输入电阻，b e 间等效电路中的一个元件电阻，单位：欧姆()。,4.3.2 小信

33、号模型分析法,反向电压传输比 hre,物理意义：反映输出电压vce 对输入电压 vbe 的影响。,vbe=hie ib+hre vce,几何意义：输入特性Q点附近曲线横向的疏密。,电路意义：输入端交流开路时的反向电压传输比，b e间等效电路中的一个元件受控电压源的控制系数，无量纲。,4.3.2 小信号模型分析法,正向电流传输比 hfe,ic=hfe ib+hoe vce,物理意义：反映晶体管对输入电流 ib 的放大能力，即。,几何意义：输出特性Q点附近曲线的纵向疏密。,电路意义：输出端交流短路时的正向电流传输比，c e 间等效电路中的一个元件受控电流源的控制系数，无量纲。,电路意义：输入端交流

34、开路时的输出电导，c e 间等效电路中的一个元件电导，单位：西门子(S)。,4.3.2 小信号模型分析法,输出电导 hoe,ic=hfe ib+hoe vce,物理意义：反映输出电压vce 对输出电流 ic 的影响。,几何意义：输出特性Q点处切线的斜率，反映倾斜程度。,电压 hie ib 反映了基极电流ib流过be结时产生的电压降，hie是电阻；,4.3.2 小信号模型分析法,(3)BJT的H参数小信号模型be间等效电路,vbe=hie ib+hre vce,电压 hre vce，反映了输出电压vce 对输入回路的影响，是受控电压源，且为电压控制电压源(VCVS)。,电压相加是串联。,可知vb

35、e由两部分组成：,4.3.2 小信号模型分析法,ce间等效电路,ic=hfe ib+hoe vce,可知ic由两部分组成：,电流 hfe ib 反映了基极电流 ib 对输出电流 ic 的控制作用，是受控电流源，且为电流控制电流源(CCCS)；,电流 hoe vce，反映了输出电压vce 在输出回路产生的电流，hoe是电导。,电流相加是并联。,混合(H)：参数量纲不相同。,反馈电压小,等效为电流源,等效为 电阻,4.3.2 小信号模型分析法,(4)小信号模型的简化,H参数的数量级约为,hre 和 hoe 很小，常忽略它们的影响。,记住,电阻分流小,hre=0，电压源 hre vce 短路，b e

36、 间等效为电阻 hie=rbe。,hoe=0，电阻 1/hoe=rce 开路，c e 间等效为受控电流源 hfe ib=ib。,4.3.2 小信号模型分析法,注意,H 参数是小信号参数(微变、交流、动态)，适用于动态，静态不能用。,输入端的受控电压源 hre vce 的大小和方向都受输出电压vce的控制。,输出端的受控电流源 hfe ib(ib)的大小和方向都受输入电流ib 的控制。,电压源、电流源只是电路模型，管内并没有。,参考方向有关联,记住,4.3.2 小信号模型分析法,(5)输入电阻 rbe(hie)的计算,基区体电阻rbb=几十几百,发射区体电阻re=几，忽略,发射结电阻re=VT/

37、IEQ(3.4.2),等效、折算,=几百几千,rbe=rbb+re+re,?,4.3.2 小信号模型分析法,B.(1+)(re+re)是发射极折 算到基极的等效电阻。,C.上式适用范围为 0.1mA IEQ 5mA，超出范围误差大。,A.基区体电阻 rbb=几十 几百。不同的三极管其 rbe 实际上是不同的，取 100、200、300的都有。有给定时按 给定 值计算，没给定时本书取 200。,(1+)ib,等效、折算,反映输入电压vbe 对输入电流 ib 的控制能力。,4.3.2 小信号模型分析法,D.rbe 是be间的等效交流(动态)电阻。,只适用于分析动态，不能用于分析静态。,是输入特性静

38、态工作点Q 处的切线的斜率的倒数，与静态工作点Q有关。,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,动态分析主要是求电压增益、输入电阻、输出电阻等交流指标，可用小信号模型来分析(假设已求得Q点)。,(0)画出交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(1)画小信号等效电路,三极管用小信号模型代替：b、e之间等效为电阻rbe,c、e之间等效为受控电流源 ic=ib。,标出有关交流电流电压及其参考方向。,其它元件按原连接关系画出，必要时整理(改画)。,4.3.2 小信号模型分析法,思路：交流通路(电源短路，电容短路，其它照

39、画)be之间为电阻rbe、ce之间为受控电流源 ib 标出交流。,ic 别标错位置。,画出小信号等效电路。,4.3.2 小信号模型分析法,例3,(1)画出交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(2)画出小信号等效电路,思路：交流通路 be间为电阻rbe、ce间为受控电流源 ib 标出交流。,ib、ic 别标错位置。,若Re并联Ce，则交流通路、小信号等效电路又是怎样的？,4.3.2 小信号模型分析法,(1)画出交流通路,思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。,4.3.2 小信号模型分析法,(2)画出小信号等效电路,思路：交流通路 be间为电

40、阻rbe、ce间为受控电流源 ib 标出交流。,ib、ic 别标错位置。,4.3.2 小信号模型分析法,例4,画出小信号等效电路。,4.3.2 小信号模型分析法,(2)估算 rbe,=几百几千,要注意单位。,例5：设=60，IBQ=30A，求rbe。,解：IEQ=(1+)IBQ=6130 A=1830 A=1.83 mA,vi、vo通过哪个变量 联系起来？,4.3.2 小信号模型分析法,(3)求电压增益 Av,vi=fi(ib),vo=fo(ib),vi=fi(ib)=ib(Rb+rbe),vo=fo(ib)=-ic(Rc/RL)=-ib RL,负载开路 Av变大还是变小(绝对值)?,vo 与

41、 vi 反相,思路：,注意Rb是放大器本身的电阻，要计算 在内。但 如 果信号源有内阻RS，则不要计算在内。,vi=ii(Rb+rbe)=ib(Rb+rbe),4.3.2 小信号模型分析法,(4)求输入电阻 Ri,vi=f(ii),思路：,4.3.2 小信号模型分析法,(5)求输出电阻 Ro,放大电路模型方框图：,放大电路输出端对负载是信号源，由理想电压源和电阻串联而成，该电阻就是放大电路的输出电阻。,负载电阻不属于放大器，输出电阻不包括负载电阻。,4.3.2 小信号模型分析法,加压求流法,B.在输出端加测试电压 vt，求测试电流 it=f(vt),A.令信号源置零(保留其内阻和受控源)，负载

42、开路,C.求输出电阻,测试电压 vt为外加，输出电压vo由信号源vs产生。,(见1.5节),令vs=0，RL=加vt求 it=f(vt)求 Ro=vt/it,4.3.2 小信号模型分析法,用加压求流法求Ro,=0,思路：,测试电流 it=vt/Rc,输出电阻 Ro=vt/it=Rc,输出电阻 Ro=Rc/RL,?,4.3.2 小信号模型分析法,(2)如果 信号源 有内阻 RS，则要计算在内(有的放大电路的输出电阻与信号源内阻有关)。,注意：(1)负载电阻 RL 不是放大器本身的电阻，不要计算在内。,4.3.2 小信号模型分析法,开路负载法,A.令负载开路,求得开路电压,B.接上负载,求得负载电

43、压,C.求输出电阻,(见1.5节),4.3.2 小信号模型分析法,用开路负载法求Ro,4.3.2 小信号模型分析法,开路短路法,A.令负载开路,求得开路电压,B.令负载短路,求得短路电流,C.求输出电阻,Ro=voo/is,4.3.2 小信号模型分析法,用开路短路法求Ro,思路：输入为 0、电容开路、其它照画标出直流。,4.3.2 小信号模型分析法,例6,设：BJT的=50，硅管。,(1)使ICQ=2mA，求Rb、Q,画出直流通路,常见电路，掌握静态、动态分析,4.3.2 小信号模型分析法,求Rb、Q,IBQ=ICQ/=2mA/50=0.04mA=40A,VCEQ=VCC-ICQ RC=12V

44、-2mA3k=6V,思路：ICQIBQRbVCEQ,由 VCC=IBQ Rb+VBEQ,得,4.3.2 小信号模型分析法,实际应用中 Rb 常用一合适的固定电阻(如 240 k)和一合适的可变电阻(如 100 k)串联而成。,100 k 的可变电阻表示其阻值可以在 0 100 k 范围内连续调节。,4.3.2 小信号模型分析法,思考：测得VCEQ=12V，管子(完好)处于什么状 态(区域)?可能的原因有哪些?,VCEQ=VCC，ICQ=0，截止状态。,4.3.2 小信号模型分析法,Rb开路，IBQ=0，ICQ=0，VCEQ=VCC-ICQ Rc=VCC。,Cb1 短路，VBEQ=RS VCC/

45、(RS+Rb)=0.04 V,IBQ=0，VCEQ=VCC。,4.3.2 小信号模型分析法,(2)求 Av、Ri 和 Ro。,画出等效电路,思路：电源短 路、电容短路、其它照画标出交流。,先画出交流通路。,4.3.2 小信号模型分析法,再画出等效电路。,与图4.3.14(b)不同,思路：交流通路 be间为电阻rbe、ce间为受控电流源 ib 标出交流。,vo=f o(ib),思路：,vi=f i(ib),4.3.2 小信号模型分析法,求 rbe,求 Av,vi=f i(ib)=ib rbe,vo=f o(ib)=-ic(Rc/RL)=-ib(Rc/RL),与式4.3.8不同,4.3.2 小信号

46、模型分析法,思考1：换一个=40 的管，即是原来的 40/50=0.8倍。使 ICQ 仍为 2mA，怎样调 Rb?这时 Av=-RL/rbe是否也是原来的 0.8 倍即 69.5?,减小 Rb,变小(原863),是原来的 81.9/86.9=0.94 倍。,不要被表面现象蒙蔽！,IBQ=ICQ/=2mA/40=50A,增大(原40A),变小(原-86.9),4.3.2 小信号模型分析法,思考2：增大Rb，Av=-RL/rbe 是否变化?,RbIBQ IEQrbeAv,透过现象看本质！,冰火两重天！,思路：vi=f(ii)Ri=vi/ii,求 Ri,4.3.2 小信号模型分析法,vi=ii(Rb

47、/rbe),与式4.3.9不同,4.3.2 小信号模型分析法,求 Ro,it=vt/RC,Ro=vt/it=Rc=3k,=0,与式4.3.10相同,=0,思路：令vs=0，RL=加vt求 it=f(vt)求 Ro=vt/it,4.3.2 小信号模型分析法,思考：换一个=60 的管子，即是原来的 60/50=1.2倍，Av=-RL/rbe 是否也增大到原来的 1.2 倍即 104.3?Ri、Ro如何变化?,没变,没变,增大到原来的1.2倍。,增大,Ro=Rc=3k,Ri=Rb/rbe=300/0.863=0.863k,不变,不变,(3)求 Avo 和 AvS。,4.3.2 小信号模型分析法,求空

48、载电压放大倍数 Avo,比较RL=3k时Av=-86.9，为什么 AvoAv(指绝对值)?其带负载能力强还是弱？,4.3.2 小信号模型分析法,求源电压放大倍数 Avs,比较 RL=3k时 Av=-86.9，为什么 Avs Av?,4.3.2 小信号模型分析法,(4)若RL开路，Q、Av、Avs、Ri、Ro 如何变化？,Q不变。,Av=-RL/rbe 变大。,Avs=Ri/(Ri+Rs)Av变大。,Ri=Rb/rbe 不变。,Ro=Rc 不变。,4.3.2 小信号模型分析法,(5)若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？,截止失真，应减小Rb。,4.3.2

49、小信号模型分析法,(6)如果将 T 改为 PNP 型管，哪些元器件需改接？怎样改接？,电源极性、电容极性。,4.3.2 小信号模型分析法,3.共射放大电路特点,Ro=Rc,(1)反相电压放大，且电压放 大能力较强，又有电流 放大(ic=ib)和功率放大作用。,(2)输 入电 阻 较小(从 信 号源获得的电流 较 大，在信号源内阻上的信号损失较大，即对信号源影响较大)。,(3)输出电阻大(接负载后信号在输出电阻上的损失较大，负载得到的信号电压较小，即带负载能力较弱)。,几 k,几十 几百,几百 几千,4.3.2 小信号模型分析法,4.共射放大电路用途,单级放大电路的A、Ri、Ro等往往不满足要求

50、，常将不同性能的放大电路适当连接成多级放大电路，发挥各自优势，得到更好的性能。,第一级与信号源连接称为输入级；最后一级与负载连接称为输出级；其余称为中间级。,共射放大电路常作为中间级做电压放大用。,4.3.2 小信号模型分析法,5.小信号模型分析法的适用范围,适用于放大电路的输入信号幅度较小，B J T 工作在其VI特性曲线的线性范围(即放大区)内的动态分析。H参数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。,优点：分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和Ro等)非常简单方便，误差较小，且适用于电路较复杂或频率较高时的分析。,缺点：B J T 的