三极管放大电路及其等效电路分析法

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(6):使用单电源、直接耦合放大器结构
RS ≠ 0时： I BQ = VCC − U BEQ Rb 2 VCC − U BEQ Rb 2 − U BEQ Rb1 + RS U BEQ Rb1
RS = 0时： I BQ = −
I CQ = βI BQ
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(7):直流模型及静态工作点的计算 直流模型及静态工作点的计算
U be = I b rbb ' + I e rb 'e '
•
•
•
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⑸、晶体管rbe的近似表达式
根据PN结方程，发射结电流为：
iE = I S ( e
u UT
− 1)
（u为发射结电压）
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⑸、晶体管rbe的近似表达式
1 di E d = = [ I S (e rb′e′ du du rb′e′ UT ≈ I EQ
I CQ = βI BQ U CEQ = VCC − I CQ RC
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2、晶体管共射h参数等效模型
⑴、双端口网络参数的回顾 ⑵、 晶体管h参数模型的导出 晶体管h ⑶、 晶体管h参数的物理意义 晶体管h ⑷、 晶体管h参数模型的简化 晶体管h ⑸、晶体管r ⑸、晶体管rbe的近似表达式
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⑷、 晶体管h参数模型的简化
由以上讨论可知， hre和hoe都很小（ hre <10-2 ， hoe<10-5S, rce>100KΩ ），可忽略不计， h参数的简化 模型为：
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⑷、 晶体管h参数模型的简化
注意：
①电流源是受控源，不但大小决定于iB， 而且方向也必须与之对应，不能随意假定。 ② h参数模型的对象是变化量，不能用它 来求静态工作点。 ③微变等效电路虽然没反映直流量，但小信号 参数是在Q点求出的，所以计算结果反映了 工作点附近的情况。
u UT
1 − 1)] = ISe UT
u UT
iE ≈ UT
U be U bb′ + U b′e′ U bb′ U b′e′ I e rb′e′ rbe = = = + = rbb′ + Ib Ib Ib Ib Ib UT UT ≈ rbb′ + = rbb′ + (1 + β ) I BQ I EQ
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⑸、晶体管rbe的近似表达式
UT rbe = rbb′ + (1 + β ) I EQ
其中：UT=26mV （ T＝300k ） 对小功率晶体管 rbb′ ≈ 100 Ω ~ 300 Ω 通常可以 Ω 取200 ，相当于基区的体电阻。 0.1mA<IE<5mA，超过此值范围则会带来较大 误差。
•
•
•
•
UO
Ui
UO
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注意：晶体管只有静态工作点合适才能
起放大作用，因此，分析放大电 路时，总是遵循“先静态，后动 态” 的原则。 两种分析方法的比较与使用： 1. 用图解法求Q点。 2. 输入信号幅度小时，用小信号模型 3. 输入信号幅度大时，工作点到了非 线性区域就要采用图解法。
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• • • • •
•
•
UO
•
=−
β ( RC // RL )
rbe
=−
′ βRL rbe
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Ui
3、用h参数模型计算交流性能
②输入电阻 ③输出电阻 RO=RC
Ri = Rb // rbe
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3、用h参数模型ห้องสมุดไป่ตู้算交流性能
④若信号源内阻不等于零，则：
• Ri Aus = • = • • • = • Au RS + Ri US US Ui
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⑸、晶体管rbe的近似表达式
在晶体管h参数的简化模型中，β是一个基本参数，一 般晶体管手册中给出，也很容易测出；但rbe不易测出， 下面根据晶体管的结构和特性推出rbe的近似表达式。 在低频时不考虑结电容的影响，晶体管的结构图如下：
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⑸、晶体管rbe的近似表达式
由该图可得方程：
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⑵、晶体管 h参数模型的导出
∂ u BE ∂ u BE d iB + d u CE du BE = ∂ iB u ∂ u CE i CE B ∂ iC d i = ∂ iC d iB + d u CE C ∂ iB u ∂ u CE i CE B 令 ： h ie ∂ u BE = ∂ iB ∂ iC = ∂ iB ,
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⑶、 晶体管h参数的物理意义
③、 hfe：输出端交流短路时的正向电流放大倍数，它反映了基 极电流对集电极电流的控制作用。习惯上用β表示。 求法： hfe= iC/ iB
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⑶、 晶体管h参数的物理意义
④、hoe: 输入端交流开路时的输出电导，习惯上用rce表示晶体管 的输出电阻，即rce=1/ hoe。一般h22e<10-5S, 即rce>100KΩ. 求法： hoe = iC/ uCE
⑴、双端口网络参数的回顾
根据电路理论，下面的双端口网络可用不同的参数 方程来表示：
• • • U 1 = Z 11 I 1 + Z 12 I 2 • • • U 2 = Z 21 I 1 + Z 22 I 2
• • • I 1 = Y11 U 1 + Y12 U 2 • • • I 2 = Y21 U 1 + Y22 U 2
RL = ∞ 时： U CEQ = VCC − I CQ RC RL ≠ ∞ 时： U CEQ = VCC − ( I CQ + U CEQ = (VCC U CEQ RL ) RC
RL − I CQ RC ) • RC + RL
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(8):使用单电源、阻容耦合放大器结构
I BQ =
VCC − U BEQ Rb
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3、用h参数模型计算交流性能
①电压放大倍数
U i = I b ( Rb + rbe ), Au =
• •
•
•
U O = − Ic Rc = − β I b Rc
•
•
•
UO
•
=−
β RC
Rb + rbe
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Ui
3、用h参数模型计算交流性能
②输入电阻 Ri=Ui/Ii=Rb+rbe ③输出电阻 RO=RC
•
是输出短路时的电流放大倍数
U 2 =0
•
I1
•
h22 =
I2
•
是输入开路时的输出导纳
I 1 =0
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•
U2
⑵、晶体管 h参数模型的导出
晶体管在共射接法时，输入输出关系如下：
输入特性为：u BE = f (iB , uCE ) 输出特性为：iC = f (iB , uCE )
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⑵、晶体管 h参数模型的导出
放大电路的分析方法
等效电路分析法
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等效电路分析法宗旨
线性化: 晶体管特性的非线形使电路分析复杂化，因此，我 们总是对它作近似处理，在一定的条件下把它线性 化。这是引出等效电路的指导思想。这种方法把电 路理论与晶体管的特性结合起来，能有效地解决许 多实际问题，是分析电子电路的有力工具。
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等效电路分析法
• • • U 1 = h11 I 1 + h12 U 2 • • • I 2 = h21 I 1 + h22 U 2
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⑴、双端口网络参数的回顾
其中h参数在低频用的比较广泛。各参数的意义如下：
• • • U 1 = h11 I 1 + h12 U 2 • • • I 2 = h21 I 1 + h22 U 2
ube = hiei + hreuce b i = hfei + hoeuce b c
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⑵、晶体管 h参数模型的导出
若输入为正弦量，则可用向量表示，并得出h参数模 • • 型。 •
ube = hiei + hreuce b c b i = hfei + hoeuce
U be = hie Ib + hre U ce • • • Ic = hfe Ib + hoe U ce
• •
•
•
•
UO
′ β I b RL
•
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3、用h参数模型计算交流性能
②输入电阻 ③输出电阻 RO=RC
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3、用h参数模型计算交流性能
⑶、阻容耦合共射放大电路
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3、用h参数模型计算交流性能
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3、用h参数模型计算交流性能
①电压放大倍数
U i = I b rbe U O = − I c ( RC // RL ) = − β I b ( RC // RL ) Au =
u BE = f (iB , uCE )
在静态工作点附近，可用下式表示：
iC = f (iB , uCE )
∂u BE ∂u BE diB + duCE du BE = ∂uCE i ∂iB u CE B di = ∂iC di + ∂iC du C B CE ∂iB u ∂uCE i CE B
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3、用h参数模型计算交流性能
⑵、直接耦合共射放大电路
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3、用h参数模型计算交流性能
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3、用h参数模型计算交流性能
①电压放大倍数
Rb1 + Rb 2 // rbe • Ui = • I b rbe Rb 2 // rbe
•
′ U O = − I C ( RC // RL ) = − β I b RL ′ Rb 2 // rbe β RL Au = • = − =− • • Rb1 + Rb 2 // rbe Rb1 + Rb 2 // rbe rbe Ui • I b rbe Rb 2 // rbe
u CE
h re hoe
∂ u BE = ∂ u CE ∂ iC = ∂ u CE
iB
h fe
,
u CE
iB
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⑵、晶体管 h参数模型的导出
∂u BE ∂u BE diB + duCE du BE = ∂iB u ∂uCE i CE B di = ∂iC di + ∂iC du B CE C ∂iB ∂uCE i uCE B
集电结总是反向偏置，所以二极管可省略。
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注意： 晶体管的直流模型是晶体管在静态时工 作在放大状态的模型，使用条件是：UBE>UON 并且UCE≥UBE。
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(5)、具体计算 使用双电源时
I BQ =
VBB − U BEQ Rb
I CQ = β I BQ U CEQ = VCC − I CQ RC
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⑶、 晶体管h参数的物理意义
①、hie：输出端交流短路时的输入电阻，即uCE=UCEQ那条输入 特性曲线在Q点处切线斜率的倒数。习惯上用rbe表示。 求法： hie= uBE/ iB
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⑶、 晶体管h参数的物理意义
②、hre:输入端交流开路时的晶体管内反馈系数，即在iB= IBQ的情 况下， uCE对uBE的影响。 求法： hre= uBE/ uCE ， 当uCE≥1V时， hre <10-2
Thanks!
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1、晶体管的直流模型及静态工作点的计算 2、晶体管共射h参数等效模型 3、用h参数模型计算交流性能 4、应用举例
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1、晶体管的直流模型及静态工作点的计算 、
⑴输入特性的等效
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⑵、输出特性的等效
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⑶、合起来就得到晶体管的完整直流模型
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(4)晶体管工作在放大状态时，发射结总是正向偏置，
•
h11 =
U1
•
是输出短路时的输入阻抗
U 2 =0
•
I1
•
h12 =
U1
•
是输入开路时的电压反馈系数
I 1 =0
•
U2
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⑴、双端口网络参数的回顾
U 1 = h11 I 1 + h12 U 2 • • • I 2 = h21 I 1 + h22 U 2
•
•
•
•
h21 =
I2
上式变为：
duBE = hiedi + hreduCE B C B di = hfedi + hoeduCE
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⑵、晶体管 h参数模型的导出
因为：u BE = U BEQ + ube , uCE = U CEQ + uce ,
而微分表示交流量，上式变为
iB = I BQ + ib iC = I CQ + ic ,
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3、用h参数模型计算交流性能
⑴、基本共射放大电路 ⑵、直接耦合共射放大电路 ⑶、阻容耦合共射放大电路
微变等效电路的画法：1-2-3
看动画4.3-2
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3、用h参数模型计算交流性能
⑴、基本共射放大电路
使用双电源
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3、用h参数模型计算交流性能
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3、用h参数模型计算交流性能