第四章 放大电路基础(2)小信号模型及三种基本电路2016 [兼容模式]

小信号模型分析法
（2）电路的输入电阻Ri：
Ii b ib
R 由定义： i
= Vi Ii
+
Rs
vi
+
rbe
Rb
Vs -
Ri = Rb // rbe ≈ rbe -
e
Ri
Ri’
Ri′ = rbe
共e下，管子的输入电阻
ic c βib
Rc
+
RL v0 -
电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希 望得到较大的的输入电阻。
1、画电路的H参数小信号简化等效电路：
※画电路的交流通路。
※画电路的等效电路：用三极管的简化等效电路直接取代交流通路中的三极管
即：不管什么组态电路，b、e间用rbe代替，c、e间用
受控电流源βib代替。
※受控电流源βib方向取决ib。 ※ NPN、PNP管等效电路一样。
c
b
T
+
+
Rs
vi Rb
Rc RL v0
（1）求Q： 由直流通路
VCC = I BQ Rb + VBE + (1 + β )I BQ Re
IBQ ≈ 40µA ICQ = 2mA VCEQ = 6V
VCC = ICQ RC + VCEQ + I EQ Re ≈ VCEQ + ICQ (RC + Re ) ICQ = βI BQ
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=
r′
bb
+ (1 +
β
)
r
e
+
其中：rbb’=200Ω
所以： rbe＝200 Ω + (1 + β ) 26mV
I E (mA )
由发射极静态 电流来计算
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小信号模型分析法
4、简化H参数等效电路：
T
+
VE RL vo
Re
-
静态
VB
≈
R b2 R b1 + R b2
V CC
VB稳定
T
IC
IC
IE
VE
VBE
IB 由输入特性曲线
利用Re的直流负反馈作用来稳定Q
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放大电路的工作点稳定问题
3、Q点的估算：
+
T
+
+
vi Rb2 I2 Re
RL IE
vo -
-
+
静态
VB
≈
Rb2 Rb1 + Rb2
VCC
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放大电路的工作点稳定问题
2、稳定Q的工作原理：
Rb1
Cb1
+
+
vi Rb2
-
+
+VCC Rc
Cb2
+ RL v0
Vs -
-
-
对信号源：
Avs
=
v0 vs
e
vi
=
rbe || Rb RS + rbe || Rb
vs
一般Rb ＞＞ rbe
Avs
=
rbe || Rb RS + rbe || Rb
AV
=
Ri Rs + Ri
Av
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图解法：形象直观；适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压 的分析；能够用于大、小信号分析；不易准确求解；不能求解 输入电阻、输出电阻、频带等等参数。作图麻烦，分析简单电路。
小信号模型：适用于任何复杂的电路；但只能用于分析小信号；可方便的求 解动态参数放大倍数、输入电阻、输出电阻等；不能求静点。
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小信号模型分析法
关于H参数等效电路的几点说明： （1）等效电路中电流源βib和电压源μrvce都是受控电
源，不能独立存在。 （2）等效电源的方向不能随意假定：电流源的方向取决
ib，若ib从b流向e，则βib一定从c流向e。 （3）等效电路中描述的电压与电流均是交流小信号，不
电流放大系数β 输出电导1/rce
diC＝
∂iC ∂iB
vCE
⋅ diB
+
∂iC ∂vCE
iB
⋅ dvCE
ic＝hfeib + hoevce
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小信号模型分析法
vbe＝hieib + hrevce
iC iB T
+
+
v BE
v CE
-
-
vCE = VCE + vce
vBE＝f1(iB , vCE ) 输入回路关系 iC＝f2 (iB , vCE ) 输出回路关系
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小信号模型分析法
考虑微变关系，对两式取全微分： vBE＝f1(iB , vCE ) iC＝f2 (iB , vCE )
Q´ Q
总之，三极管是一个对温度十分敏感的器件，若：
VBE
T
β
IC
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ICEO
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Q饱和区
VCE
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放大电路的工作点稳定问题
固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近 饱和区或截止区，从而导致失真。
iB
源自文库
= µr
hfe＝
∂iC ∂iB
vCE
=β
hoe＝
∂iC ∂vCE
iB
=
1 rce
曲线理想，μr 0
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曲线理想，rce ∞
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小信号模型分析法
由特性曲线求参数误差大，仅从中理解各参数的含义。
+
c
rbe的计算： 由PN结的电流公式：I E
vo = − β ib RL′
Av
=
vo vi
= −β
RL′ rbe
RL′ = RC // RL
特点：负载电阻越小，放大倍数越小。
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小信号模型分析法
b ib
ic c
+
Rs
vi
+
rbe
Rb
βib
Rc
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小信号模型分析法
（2）求Q附近参数rbe：rbe
= 200Ω + (1+ β ) 26mV I EQ
≈ 850Ω
（3）画小信号等效电路：
+VCC 12V
Rc
Rb
2k
b ib
ic c
250k
Rs
+ Cb1
+
Cb2
Avs
=
rbe || Rb RS + rbe || Rb
AV
=
Ri Rs + Ri
Av
= −38
Av
=
vo vi
= −β
RL′ rbe
≈ −59
先求Ri、Av，后求Avs
R i = Rb // rbe ≈ rbe = 0.85k
Ro ≈ Rc = 2k
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Rb1
Cb1
+
+
vi Rb2
-
+
Rc T
Re
+VCC Cb2
直流通路：
Rb1
VB
+
RL vo
Rb2
-
+VCC Rc
T Re
VB
≈
Rb2 Rb1 + Rb2
VCC
I CQ
≈ IEQ
= VB − VBE Re
≈
VB Re
IBQ=ICQ/β
VCEQ ≈ VCC – ICQ（RC +Re）
IC iB 50ºC 25ºC
T
（相同VBE下 ）IB
IC
实验表明： VBE具有负的温度系数-2.2mV/0C
vBE
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放大电路的工作点稳定问题
3、温度升高，β↑：
iC
T
β
IC
温度上升时，输出特性曲 线上移，造成Q点上移。 实验表明，温度每上升 10C，β增大0.5～1%
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小信号模型分析法
3、小信号模型法求解步骤：
u用公式法或图解法估算Q，确定IEQ。 u估算rbe。 u画电路的交流通路（可省） 小信号等效电路。
u用线性分析的方法，列方程求解AV、Ri、Ro动态参数。 u若要分析失真情况或求最大不失真输出电压用图解法。
总结：两种分析法的比较及应用
式中： dvBE = vbe , diB = ib , dvCE = vce , diC = ic
dvBE＝
∂vBE ∂iB
vCE
⋅ diB
+
∂vBE ∂vCE
iB
⋅ dvCE
共e下BJT的输入 电阻rbe（欧姆）
输出对输入的反作 用μr（无量纲）
vbe＝hieib + hrevce
在小信号情况下： H参数，具有不同的 量纲，混合参数
+
Vs
-
-
-
e
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小信号模型分析法
b ib
+
Rs
rbe
vi Rb
+
Vs -
-
e
ic c βib
Rc
+ RL v0
-
2、求解动态参数AV、Ri、Ro：
（1）电压放大倍数Av：
负号表示vo与vi反相
vi = ib rbe
为此，需要改进偏置电路，来弥补管子的温度特性，当温度升高、 IC增加 时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。
常用基极分压式偏置电路来稳定静态工作点。
二、基极分压式射极偏置电路：（分压式工作点稳定电路）
1、组成：
Rb1 I1Rc
VB
Cb1
IB
+VCC ICCb2
一般： I1＞＞IB,VB＞＞VBE Si管I1=（5～10）IB，VB=（3～5）V Ge管I1=（10～20）IB，VB=（1～3）V
=
I
S
(e
VB′E
/V
T
− 1)
IC
1 = dIE re d VB′E
= I S (e VB′E /VT ) = I E
VT
VT
b IB rbb
+
b
re
=
VT IE
=
26mV IE
（常温下）
基区体电阻 （手册中查）
rbe
re IE
e
rbe＝ ube ib
=
ib
r
bb
+ (1 + ib
β )ib re
实际分析电路时，根据情况，把两方法结合起来用。
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§4.4 放大电路的工作点稳定问题
一、温度变化对Q点的影响：
1、温度升高使反向饱和电流ICBO、ICEO增大：
T
ICEO
2、温度升高，相同IB下，VBE下降：
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小信号模型分析法
（3）电路的输出电阻Ro：
由定义：
Ro
=
vT IT
RL =∞,
Vs =0
Ro
=
VT IT
≈ Rc
R0′ = rce
b ib
+
Rs
rbe
vi Rb
Vs=0 -
信号源短路， 保留内阻
（1）μr＜10-3，忽略。 （2）rce＞105，忽略。
在分析放大电路交流小信号 时，可用此简化等效电路直 接取代交流通路中的三极管
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NPN、PNP管等效电路一样
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小信号模型分析法
二、用H参数小信号模型分析基本共射放大电路：
§4.3 放大电路的分析方法 ——小信号模型分析法
思路：在Q点附近，三极管特性曲线可近似看为线性的，把非线性问题转为
线性问题求解。条件：输入为交流小信号（微变信号）
一、H参数等效电路：
1、H参数的导出：
式中各量均是全量，包 含直流和交流两部分
vBE = VBE + vbe
iB = I B + ib
iC = IC + ic
ic c βib
Rc
IT +
VT -
共e下，管子 的输出电阻
负载开路
e
R0’
R0 Ro小，电路带负载强。
Ri中不应含有Rs， Ro中不应含 有RL。 Rs、RL属于外电路
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小信号模型分析法
例题：如图电路，β=50 ，估算Q,求AVS、Ri、Ro 。 （通过例题有一个量的概念）
含直流，不能用等效电路求Q点。 （4）等效电路中的H参数是Q点附近的参数。
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小信号模型分析法Q点附近，小信号
3、H参数的确定：
hie＝
∂vBE ∂iB
vCE
= rbe
hre =
∂vBE ∂vCE
+ Rs
rbe
20 f
vi Rb
βib
Rc
500
20 f
+ RL V0
Vi +
Vs
-
Re 1k
Ce
2K -
Vs
-
40 f
-
-
e
Ri
+ RL v0
-
Ro
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小信号模型分析法
（4）求动态参数AVS、Ri、Ro ：
2、H参数等效电路：ic＝hfeib + hoevce
写成
vbe＝rbeib + µrvce
ic＝β ib + vce / rce
受控电流源
ic
ib T
+
+
v be
v ce
-
-
受控电压源
非线性电路
电压、电流的变化完全一样
等效的线性电路
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