模拟小信号模型分析法

3.4.1 BJT的小信号建模
对照H参数的公式，可知： Ui= hiIi+ hrUo
Io= hfIi+ hoUo
vBE h ie 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正向电流传输比或电 流放大系数； 输入端交流开路时的反向电压传输比； 输入端交流开路时的输出电导。
3.4.1 BJT的小信号建模
1. BJT的H参数定义
对于BJT双口网络，我们知道有 输入特性和输出特性曲线
vBE
iB
c
iC
b
vCE e
BJT双口网络
iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const
可以写成： vBE f1 (iB , vCE )
iC f 2 (iB , vCE )
1. 电压放大模型
关心输出电压与输入电压的关系
Rs + Vs – + Vi – Ri – + AVOVi
Ro + Vo – RL
AVO ——负载开路时的电压增益

Ri
Ro
——输入电阻
——输出电阻
1.2.2 放大电路模型
Rs
由输出回路得
Ro + Vi Ri – – + AVOVi + Vo – RL
iC h fe iB
VCE
vBE h re vCE iC h oe vCE
IB
IB
3.4.1 BJT的小信号建模
2. H参数小信号模型 根据 vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
iB vBE
c
b
iC
vCE
e
BJT双口网络
可得小信号模型 H参数是小信号参数，
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。
网络有输入端和输出端两个端口，常可用电压vi、 vo及电流i1、i2来研究网络的特性，选vi、vo及i1、i2 四个参数中的两个作为自变量，另两个为应变量， 就可得到不同的网络参数，如 Z参数（开路阻抗参数）， Y参数（短路导纳参数） H参数（混合参数）等。 H参数在低频时用得较广泛。
3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析
利用直流通路求Q点 画小信号等效电路 求放大电路动态指标
3.4.1 BJT的小信号建模
建立小信号模型的意义
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。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和设计。
1.2.3 放大电路的主要性能指标
2. 输出电阻
V A V o VO i
V A V o VO i
所以
放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – 放 大 电 路 Ro + AVOVi – + Vo – RL
RL Ro RL
V Ro o RL RL Vo
rbe 与Q点有关，可用图
示仪测出。也可用公式 rbe= rb + (1+ ) re 估算：
其中对于低频小功率管 rb≈200
(T=300K)
而
re
VT (mV) 26(mV) I EQ (mA) I EQ (mA)
则
26( mV ) rbe 200 (1 ) I EQ ( mA )
Ii + Vs – Rs
O
O
输出信号
o 基波
I
+ Vi –
放大电路
+ Vo –
t
RL
二次谐波
1.2.3 放大电路的主要性能指标
I
5. 非线性失真
由元器件非线性特性引起的失真。
非线性失真系数:
t
O

V
k 2
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2 ok
O
Vo1
100%
O
t
VO1 是输出电压信号基波分量 的有效值， Vok 是高次谐波分 量的有效值，k为正整数。
频率失真（线性失真）与非线性失真的区别
1.2.3 放大电路的主要性能指标
思考与习题(放大电路的主要性能指标)
思考题： P.23-1.2.2 习题： P.24-1.2.2 、 1.2.4
end
3.4 小信号模型分析法
3.4.0 放大电路模型 3.4.1 BJT的小信号建模
H参数的引出 H参数小信号模型 模型的简化 H参数的确定
式的适用范围为0.1mA<IE<5mA，实验表明，超越此 范围，将带来较大的误差。 对于共射极接法的BJT的小信号模型，H参数的数 量级一般为
例如，对高频小功率硅管3DG6，在IC=1mA， IB=3mA，VCE=5V时的H参数，通过实验测得
对于低频放大电路，输入回路中hrevce比vbe小得多，而输出回路 中负载电阻Rc（或RL）比BJT输出电阻1/hoe小得多，
Rs
+ A V R VO i i 放大电路 Vo – –
+
2. 电流放大模型
关心输出电流与 输入电流的关系
电压放大模型
A IS
电流放大模型
——负载短路时的电流增益
1.2.2 放大电路模型
2. 电流放大模型
由输出回路得
I A I o IS i
Ro Ro RL
则电流增益为
Ro I o A A IS I Ro RL I i
可见，hoe和hre相对而言是很小的，
所以在模型中常常可以把hre和hoe忽略掉，这在工 程计算上不会带来显著的误差。
H参数小信号模型的讨论
① 模型中电流源的性质： 等效电流源hfeib只是代表BJT的电流 控制作用，当ib=0（即vbe=0）时，等效 电流源就不存在了，所以称为受控电源， 就是说它是受输入电流控制的，而 不是一个独立的电源。
② 电流源的流向：
电流源hfeib的流向是在假定正向的原则下定出： 电压以共同端为负端，电流以流向电极的方 向为正方向， 根据BJT工作的物理实质和hfe的定义，当ib的 流向与假定的正方向相同时，ic的流向也必然 与假定的正方向相同， 这样，电流源hfeib的流向正如图中的箭头所 示，是由集电极流向发射极。 等效电流源hfeib的流向是由ib（也就是vbe）来 决定
1.2.3 放大电路的主要性能指标
输入信号
I
4. 频率响应及带宽（频域指标） A.放大电路的频率响应及带宽
O
基波
t
在输入正弦信号情况下，输入信号频率连续改变，输出 二次谐波 随之变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。
B.频率失真（线性失真）
幅度失真：对不 同频率的信号增 益不同，产生的 失真。 具体分析在后面 结合3.7节进行
1.2.2 放大电路模型
信号源
+ Vs – Ii Rs + Vi – 放大电路 + Vo – Io RL
负载
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。
输入端口特性可以等效为一个输入电阻
输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式
1.2.2 放大电路模型
由此可见
由输入回路得
RL
A I
I I i s
Rs Rs Ri
理想情况： Ri 0
要想减小负载的影响，则希望…？
要想减小对信号源的衰减，则希望…？
Ro RL 理想情况：Ro
Ri Rs
所以，一个理想的电流放大器：输入电阻无限小 输出电阻无限大
1.2.2 放大电路模型
在小信号情况下，对上两式取全微分得
vBE vBE dvBE VCE diB I B dvCE iB vCE iC iC diC VCE diB I B dvCE iB vCE
vbe= hieib+ hrevce 用小信号交流分量表示: （注意字母大小写以示区别） ic= hfeib+ hoevce
Io ho Uo
Ii 0
二端口网络
输入端开路时的输出电导；
数）。
BJT的特性曲线用图形描述了管子内部电压、 电流的关系。
而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 征管子的性能、反映管内物理过程的，
因而两者之间必然具有密切的内在联系。下面 从管子的特性曲线出发，来找出BJT的参数。 BJT在共射极接法时，可表示为图所示的双口 网络。
3.4.1 BJT的小信号建模
0. H参数概念
对一个二端口网络，H参数的描述公 式为
Io Ii
Ui= hiIi+ hrUo Io= hfIi+ hoUo
Ui
Uo
Ui hi U o 0 输出端短路时的输入电阻； Ii 四个参数 Io 量纲各不 输出端短路时的正向电流传输系数； hf Uo 0 Ii 相同，故 Ui 称为混合 输入端开路时的反向电压传输系数； hr I 0 参数（H参 Uo i
-310-4 ， µ 很小，一般为 10 T ib rbe rce很大，约为100k。故 一般可忽略它们的影响， vbe µ T vce
ic
ib
rce vce
得到简化电路
3.4.1 BJT的小信号建模
（思考题：P101 3.4.3）
4. H参数的确定
认识BJT H参数的物理意义
工程上BJT H参数的确定 一般用测试仪测出；
I o A I I i
V o A R I i
I o A G V i
、A 常用分贝（dB）表示 A V I
(dB) 电流增益 20 lg A I (dB)
电压增益 20 lg A V
功率增益 10lg A P
(dB)
“甲放大电路的增益为-20倍”和“乙放大电路的增益为-20dB”， 问哪个电路的增益大？
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参数只适合对交流信
号的分析。
BJT的H参数模型
3.4.1 BJT的小信号建模
3. 模型的简化
记 rbe= hie
uT = hre
ib hie
ic
= hfe
rce= 1/hoe
vbe hrevce
hfeib
hoe
vce
则BJT的H参数模型为
③ 模型的对象是变化量： 在小信号模型中所讨论电压、电流也 都是变化量，因此不能利用小信号模型来 求Q点，或者利用它来计算某一时间的电 压和电流总值。 值得注意的是，小信号模型虽然没有反 映直流量，但小信号参数是在Q点求出 的，所以它们实际上与IB、IC、VCE等静 态值是有关系的。计算出来的结果反映 了Q点附近的工作情况。
要想减小衰减，则希望…？
Ro RL
理想情况：Ro 0
Ri Rs
理想情况： Ri
所以，一个理想的电压放大器：输入电阻无限大 输出电阻无限小
1.2.2 放大电路模型
关心输出电压与 输入电压的关系
RsI + + VV s s ––
i
Ro + + Vi V i – –
Io
+ Vo – R R LL
BJT是一个有源双口网络，它可以采用H参数， 也可以用Z参数或Y参数来进行分析。 Z参数在BJT电路中使用最早，在早期应用较 广，缺点是测量不易准确，因为BJT的输出阻 抗高，不易实现输出端开路的条件。 Y参数在高频运用时物理意义比较明显，缺点 同样是测量不易准确，因BJT的输入阻抗低， 不易实现输入端短路的条件。 H参数是一种混合参数，它的物理意义明确， 测量的条件容易实现，加上它在低频范围内为 实数，所以在电路分析和设计使用上都比较方 便。下面用H参数来进行讨论。
另一方法
Vs =0
0 V s
IT + 放大电路 – Ro – + VT
V Ro T I
T
注意：输入、输出电阻为交流电阻
1.2.3 放大电路的主要性能指标
3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为 输出信号能量的能力
四种增益 其中
V o A V V i
+ Vs –
V A V o VO i
RL Ro RL
则电压增益为
RL V o A AV VO Ro RL Vi
由此可见
考虑输入回路对信号源的衰减
RL
A V
有 V i
即负载的大小会影响增益的大小
Ri V s Rs Ri
要想减小负载的影响，则希望…？
3. 互阻放大模型（自学） 4. 互导放大模型（自学） 5. 隔离放大电路模型（自学）
Ro + Vi – Ri – + AVO Vi + V o –
输入输出回路没有公共端
1.2.3 放大电路的主要性能指标
1. 输入电阻
V Ri i Ii
+ Vs – Rs Ii + Vi – 放 大 Ri 电 路