放大电路的分析方法P.pptx

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1、4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础本章要求本章要求 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、工第1页/共117页4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础 5.掌握共

2、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。第2页/共117页4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础重点难点重点难点 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；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

3、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。第3页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法本节内容本节内容 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 小信号模型分析法 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

4、 5.小信号模型分析法的适用范围第4页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法本节要求本节要求 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。第5页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法重点难点重点难点 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特点和用途。难点：动态工作情况的图

5、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。第6页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法怎样怎样分析放大电路分析放大电路？A.分析步骤 B.分析方法第7页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法A.分析步骤分析步骤 (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

6、流参数无关，交流通路与直流参数有关，分析时通常分开处理。(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)。第8页/共117页4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法B.分析方法分析方法 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()(2)小信号模型法：由等效电路求Av、Ri和Ro()(1)估算法：已知 VBEQ(硅管、锗管)，由直流通路求IBQ、ICQ和VCEQ()(2)图解法：已知特性

7、曲线，画直流通路，通过作图求VBEQ、IBQ、ICQ和VCEQ()第9页/共117页图解分析法图解分析法怎样用怎样用图解法分析放大电路？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第10页/共117页图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析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。第11页/共117页图解分析法图解分析法2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 作图求电压放大倍数 Av 和

8、最大不失真输出电压幅值Vom或有效值Vo。第12页/共117页图解分析法图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响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，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。第13页/共117页iCvCE0iB=0

9、tiC0VCEQiBvBE0图解分析法图解分析法1)没有失真没有失真 静态工作点合适，输入信号变化范围工作在线性区。IBQICQVBEQQQtiB0tvBE0vCEt0vbeiB=IBQibicvceICEOIcmVCESVcem第14页/共117页图解分析法图解分析法不失真条件不失真条件 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线性失真，应满足：ICQ Icm+ICEOVCEQ 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

10、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)第15页/共117页iB0 在 vbe 负半周部分时间工作点到达截止区而引起的失真。iB00VBEQ图解分析法图解分析法2)截止失真截止失真(1)产生原因产生原因死区(截止)iB=0，iB 被削底 截止区特点：iB=0，iC=ICEO0，没放大作用。静态工作 点偏低IBQ第16页/共117页静态工作 点偏低图解分析法图解分析法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

11、VCEQICQICEQ第17页/共117页IBQ Q点调高图解分析法图解分析法(2)消除消除截止失真截止失真VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiCiBvBE+_减小Rb、加大VBB 增大IBQ静态工作点偏低，即IBQ偏小 Q点偏低Q第18页/共117页vBEVBEQtt 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 点偏高图解分析法图解分析法3)饱和失真饱和失真(1)产生原因产生原因第19页/共117页ib0t图解分析法图解分析法 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iB增加，没放大，vCE=VCES iB 没失真，iC被削顶，v

12、CE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VCES第20页/共117页iCvCE0Rc减小IBQ减小 减小VCEQ图解分析法图解分析法(2)消除消除饱和失真饱和失真VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ 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)ICQVCC增大VCCQ第21页/共117页vCEiC0ICQVCEQIBQ4)双重失真双重失真图解分析法图解分析法 即使Q合

13、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。vce0t 减小输入信号幅值可消除失真。Q第22页/共117页vBEiB05)非线性失真非线性失真图解分析法图解分析法 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T iBiCVCCRc vBE+_vSVBB Rb+_+_vCEvCEiC0iB=0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。第23页/共117页 用非线性失

14、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。图解分析法图解分析法6)非线性失真系数非线性失真系数vo t0 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，二次谐波有效值VO2=10mV，则第24页/共117页 输入正半周不到饱和区，输出vCE变化范围为VCEQ VCES。图解分析法图解分析法7)最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值Vom(1)电路参数已确定电路参数已确定vCEiC0ICQVCEQQVCESvce0t最大不饱和输出电压幅值VomR=

15、VCEQ-VCESVomRVCCVBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_第25页/共117页 输入负半周不到截止区，输出vCE变化范围为VCEQVCC-ICEORc。图解分析法图解分析法vCEiC0ICQVCEQQVCESvce0t最大不截止输出电压幅值VomF=VCC-ICEORc-VCEQ VCC-VCEQ=ICQRcVom=minVomR，VomFVomRVomFVCCVBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ICEO木桶理论iB=0第26页/共117页图解分析法图解分析法(2)电路参数未确定电路参数未确定VBB VCCRc Rb

16、T+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_vCEiC0QICQVCEQIBQ 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间，即对应于vCE=VCES 和 iB=0两点间的中点。vce0tVCESVCCICEOiB=0VCEQ=(VCC-ICEORc-VCES)/2第27页/共117页图解分析法图解分析法 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)输出动态范围输出动态范围VPP 最大不失

17、真输出电压的峰-峰值，工程上常使用。VPP=2VomVim=Vom/Av 在保证不产生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。第28页/共117页iCvCE0Rc减小IBQ增大 增大VCEQ图解分析法图解分析法8)电路参数对电路参数对Q的影响的影响VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ 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)ICQVCC增大QVCC第29页/共117页12 108642

18、1430 2iC/mA iB=10A 20A40A30AvCE/V 左图因电路参数改变使Q产生如右图所示变化。图解分析法图解分析法例例1VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ (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？Q1 Q2 Q3 Q1Q2：Rc 减少；Q4Q2Q3：Rb 减少或VBB 增大;Q3Q4：VCC 增大。第30页/共117页图解分析法图解分析法 (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？约多大？Q1、Q2最易截止失真；Q3最易

19、饱和失真；Q4最大不失真电压Vo最大。Vom=VCEQ VCES=6-0.7=5.3V,VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_12 1086421430 2iC/mA iB=10A 20A40AQ2 vCE/VQ3 Q430AQ1 VCES第31页/共117页图解分析法图解分析法VBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ (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 12 10864

20、21430 2iC/mA iB=10A 20A40AQ2 vCE/VQ3 Q430AQ1 第32页/共117页 图解分析法图解分析法9)判断能否不失真放大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

21、管的c或e、场效应管的d或s取出。第33页/共117页图解分析法图解分析法例例2下列电路哪些具有放大作用？(a)(b)TVCCCb1RcCb2第34页/共117页图解分析法图解分析法(c)T-VCCCb1RcCb2Rb(d)T+VCCCb1RCb2R第35页/共117页图解分析法图解分析法(e)T-VCCCb1Cb2RC(f)TVCCCb1RcCb2VBBRb第36页/共117页图解分析法图解分析法(h)(g)第37页/共117页vBE+_vSVBB VCC Rc RbT+_+_vCEiC CiB BiE E图解分析法图解分析法例例已知硅管，=37.5，输出特性曲线。(1)从电路组成说明与右图

22、的主要区别 左图是从右图演变来的。RLvo+TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE+12V常见电路掌握分析第38页/共117页 图 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。图解分析法图解分析法 图A输入信号没接地，易受干扰造成工作不稳定。图 A vBE+_vSVBB VCCRc RbT+_+_vCEiC CiB BiE E图 B vBEiBiEviVCCRsvsRbVBB

23、RCCb1Cb2T+RL+vo+vCE iCRLvo+极性第39页/共117页图解分析法图解分析法图 B vBEiBiEviVCCRsvsRbVBBRCCb1Cb2T+RL+vo+vCE iC图 C Cb1+vBEiBiEviVCCRsvsRbRCCb2T+RL+vo+vCE iC 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。第40页/共117页图解分析法图解分析法图 C Cb1+vBEiBiEviVCCRsvsRbRCCb2T

24、+RL+vo+vCE iC图 D TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE 为了简化电路画法，习惯上只标出电源对地大小和极性，如+10V、-10V，不画电源符号。简化画法简化画法+12V第41页/共117页图解分析法图解分析法元件作用元件作用TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE+12V 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

25、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。第42页/共117页图解分析法图解分析法TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE+12V 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

26、。第43页/共117页图解分析法图解分析法直流通路 (2)画出直流通路和交流通路TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE+12V 输入为0，电容断开，其它照画，标出直流。TVBEQIBQ+VCCRb300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12V直流符号符号正偏反偏第44页/共117页交流符号符号 图解分析法图解分析法 交流通路TvBEiBvi+VCCRsvsRb300k Rc4kCb1Cb2+RL4k+vo+vCEiCiE+12V 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。+TvbeibviRsvs

27、Rb300k Rc4k+RL4kvo+vceicieVCC第45页/共117页vbevovce+TibviRsvsRb Rc+RL+icie交流符号符号图解分析法图解分析法 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。+TvbeibviRsvsRb300k Rc4k+RL4kvo+vceicie第46页/共117页图解分析法图解分析法 (3)估算法求 IBQ、ICQ、VCEQTVBEQIBQ+VCCRb300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12V 由直流通路基极-发射极回路求IBQ(VBEQ已知)。VCC=I

28、BQ Rb+VBEQ 求 IBQVCC注意电压、电流、电阻单位。与式不同第47页/共117页图解分析法图解分析法TVBEQIBQ+VCCRb300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12V 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 =6VVCC第48页/共117页图解分析法图解分析法 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、VCEQTVBEQIBQ

29、+VCCRb 300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12V 由直流通路集电极-发射极回路列出输出直流负载线方程VCC 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第49页/共117页图解分析法图解分析法 在输出特性曲线上作输出直流负载线 vCE=VCC-iC Rc =12-4 iCvCE/V12 1086421430 2iC/mA iB=20A 60A80A100A40A 取两点：M(vCE=VCC=12V，iC=0)，N(vCE=0，iC=VCC/Rc=12V/4k=3mA)直流

30、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。QMNICQVCEQIBQ 连接M、N两点即得输出直流负载线。求静态工作点ICQ、VCEQ第50页/共117页图解分析法图解分析法 (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TVBEQIBQ+VCCRb 300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12Vvbevovce+TibviRsvsRb Rc+RL+icie 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+v

31、i第51页/共117页图解分析法图解分析法 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-iCRLvbevovce+TibviRsvsRb Rc+RL+icieTVBEQIBQ+VCCRb 300k Rc4k+VCEQICQIEQ+12V第52页/共117页vCE/V12 1086421430 2iC/mA iB=20A 60A80A100A40AVCEQICQMN 当vi=0时iC=ICQ，代入输出

32、交流负载线方程，得vCE=VCEQ。即输出交流负载线经过静态工作点Q。图解分析法图解分析法 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。MQN交流直流第53页/共117页VomF 图解分析法图解分析法 (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

33、=VCEM VCEQ=VCEQ+ICQRL VCEQ=ICQRL =1.5mA(4/4)k=3V Vom=minVomR，VomF=min5.3V，3V=3VvCE/V12 1086421430 2iC/mA iB=20A 60A80A100A40AVCEQICQMNMQN交流直流VomRVCES第54页/共117页图解分析法图解分析法10)输出交直流负载线比较输出交直流负载线比较输出直流负载线方程:vCE/V12 1086421430 2iC/mA iB=20A 60A80A100A40AVCEQICQMNMQN交流vCE=VCC-iCRCvCE=VCEQ+ICQRL-iCRL输出交流负载线

34、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第55页/共117页4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围图解分析法图解分析法 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

35、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。第56页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法小信号模型分析法是什么？小信号模型分析法是什么？A.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？)第57页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法A.小信号模型分析法小信号模型分析法 小信号模型(微变等效电路)：当输入电压信号很小(微变)时，

36、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 参数模型。第58页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法B.原因原因 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

37、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？)第59页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法C.思路思路 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

38、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。第60页/共117页 小信号模型分析法小信号模型分析法怎样用怎样用模型法分析放大电路？模型法分析放大电路？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

39、途 5.小信号模型分析法的适用范围第61页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 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，H参数的描述公式为：(0)H参数概念+-i1双口网络vivoi2+-第62页/共11

40、7页小信号时，取全微分得 BJT双口网络输入输出特性改写成：小信号模型分析法小信号模型分析法(1)BJT的的H参数的引出参数的引出vBE=f1(iB，vCE)iC=f2(iB，vCE)iBbece+-vBEiC+-vCE用小信号交流分量表示vbe=hie ib+hre vceic=hfe ib+hoe vceiB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const第63页/共117页 小信号模型分析法小信号模型分析法iBbece+-vBEiC+-vCE i input，输入 r reverse，反向传输 f forward，正向传输 o output，输出 e emitter，共

41、射接法 H Hybrid，混合 VCEQ：vCE=VCEQ=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。第64页/共117页iB/A 小信号模型分析法小信号模型分析法(2)BJT的的H参数的意义参数的意义输入电阻输入电阻 hieiBbece+-vBEiC+-vCE 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 vceQvBEiBvCE=V

42、CEQ 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()。第65页/共117页 小信号模型分析法小信号模型分析法反向电压传输比反向电压传输比 hreiBbece+-vBEiC+-vCE 物理意义：反映输出电压vce 对输入电压 vbe 的影响。vbe=hie ib+hre vceiB/A 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。vBEvCEIBQQ第66页/共117页 小信号模型分析法小信号模型分析法正向电流

43、传输比正向电流传输比 hfeiBbece+-vBEiC+-vCEic=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。QiCiBVCEQ第67页/共117页 电路意义：输入端交流开路时的输出电导，c e 间等效电路中的一个元件电导，单位：西门子(S)。小信号模型分析法小信号模型分析法输出电导输出电导 hoeiBbece+-vBEiC+-vCEic=hfe ib+hoe vce 物理意义：反映输出电压vce 对输出电

44、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。QiCvCE第68页/共117页 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；小信号模型分析法小信号模型分析法(3)BJT的的H参数小信号模型参数小信号模型be间等效电路间等效电路 vbe=hie ib+hre vceibbece+-vbeic+-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vbe由两部分组成：第69页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法ce间等效电路间等效电路ibbece+-v

45、beic+-vce 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。第70页/共117页反馈电压小等效为电流源等效为 电阻小信号模型分析法小信号模型分析法(4)小信号小信号模型的简化模型的简化 H参数的数量级约为 hre 和 hoe 很小，常忽略它们的影响。hie hre hfe hoe 103 10-310-4 102 10-5S记住电阻分流小

46、 hre=0，电压源 hre vce 短路，b e 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。第71页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法注意注意 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。参考方向有关联第72页/共117页记住小信号模型分析法小信号模型分析法(5)输入电阻输入电阻 rbe(hi

47、e)的计算的计算icibbec+-vbe+-vce 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/IEQ()ieibicvbe+-rbe等效、折算=几百几千 rbe=rbb+re+re?rbe第73页/共117页rbe小信号模型分析法小信号模型分析法ieibicvbe+-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+

48、-(1+)re(1+)reibvbeberbb等效、折算第74页/共117页 反映输入电压vbe 对输入电流 ib 的控制能力。小信号模型分析法小信号模型分析法ieibicvbe+-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。是输入特性静态工作点Q 处的切线的斜率的倒数，与静态工作点Q有关。iB/AQvBEiBvCE=VCEQrbe第75页/共117页小信号模型分析法小信号模型分析法2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路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)

49、。(0)画出交流通路RLRLVBB VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_ 思路：电源短路、电容短路、其它照画标出交流。第76页/共117页bec小信号模型分析法小信号模型分析法(1)画小信号等效电路画小信号等效电路 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。RLebc 其它元件按原连接关系画出，必要时整理(改画)。第77页/共117页bec小信号模型分析法小信号模型分析法 思路：交流通路(电源短路，电容短路，其它照画)be之间为电阻rbe、ce之间为受控电流源 ib 标出交流。VBB

50、VCCRc RbT+_vS+_vCEiC CiB BvBE+_RLRLebc ic 别标错位置。第78页/共117页 画出小信号等效电路。小信号模型分析法小信号模型分析法例例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。Tvi+VCC Rs1kvsRb300k Rc3kCb1Cb2+RL3k+vo+12VRe Rcvbevovce+TibviRsvsRb+RL+icRebcebce第79页/共117页 Rcvbevovce+TibviRsvsRb+RL+icRe小信号模型分析法小信号模型分析法 (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