32小情号摸型分析法 放大电路模型 电压放大电路型 ◆放大电路模型(课本p12 放大电路模型是指忽略实际放大电路的内部结构,采用一些基 本元件构成的电路模型,以等效放大电路的输入和输出特性。 中大电路主要性能描标课本P115 输入电度 共有四科御:电压放大、电流放大、互阻就大、王放大 幽电R 增益(激大做款) 电压大 输入电良R→从放大器输入端看进去的交流等效电阻 ˇ非线性失真 着出电R。一从放大器输出端看进去的交流等效电阻 BT的h交流小信号楼型 受电压源4 电沆改大 eQ:D. 其中:A。-输出开路(R=∞)电压增益 中基本共射就大电路的性能指标计算 可A1空载输出电压 放大电略主要性能指标入电阻R 放大电路主要性能标出电题 放大电路主要性能道 L输入电 2输出电阻R 增盐(放大倍数 令R的大小决定了放大电路从 负载的能力(即输出量随负载变化的 四种避益-2A-2A-4-4 其中A、4常用分贝(副我示 7越定R变化对,的越小则带负载的能力越 R大>R),R对情号源电压小薏近 轴出电海意 (当输入为电流信号时,R越小越接近,即要求R<R) R的计算 掉啦益=104 源电压↓飞上.互=AR+R
1 1 4.3.2 小信号模型分析法 放大电路模型 放大电路主要性能指标 输入电阻 Ri 输出电阻 Ro 增 益（放大倍数） 通频带 9非线性失真 BJT的h参数交流小信号模型 基本共射放大电路的性能指标计算 (课本P9-12) (课本P12-15) 2 放大电路模型 放大电路模型是指忽略实际放大电路的内部结构, 采用一些基 本元件构成的电路模型, 以等效放大电路的输入和输出特性。 共有四种模型：电压放大、电流放大、互阻放大、互导放大 电压放大 模型 电流放大 模型 3 电压放大电路模型 输入电阻 Ri - 从放大器输入端看进去的交流等效电阻 受控电压源Avovi Avo – 输出开路(RL=∞)电压增益 vo′ = Avovi -- 空载输出电压 其中： 输出电阻Ro - 从放大器输出端看进去的交流等效电阻 4 放大电路主要性能指标-输入电阻 Ri 1. 输入电阻Ri vi = Rs+ Ri Ri vs Ri的大小决定了放大电路从 信号源得到的信号大小。 Ri的计算 输入为vs时 Ri越大(Ri >>Rs), Rs对信号源电压衰减越小,vi 越接近vs。 (当输入为电流信号is时, Ri越小,ii 越接近is ,即要求Ri <<Rs ) vs Rs Ri + vi - + - vt Ri = it +- Ri vt RL it 放 大 电 路 5 放大电路主要性能指标-输出电阻Ro 2. 输出电阻Ro Ro的计算 输出电阻的大小决定放大电路带 负载的能力(即输出量随负载变化的 程度) Ro越小, vo越稳定, RL变化对vo的影响越小,则带负载的能力越强。 (Ro越大,输出电流io越稳定, RL变化对io的影响越小) RL Ro + vo - vO’ + o - o L L o v R R R v ′ + = Ro vs=0 Rs vt 放 大 电 路 it vt Ro = RL=∞ vs= 0(R s保留) it 6 放大电路主要性能指标 - 增益 3. 增益 (放大倍数) 其中 20lg (dB) 电压增益 = Av 四种增益 i o v v Av = i o i i Ai = i o i Ar v = i o v i Ag = Av、Ai 常用分贝(dB)表示。 20 lg (dB) 电流增益 = Ai 10lg (dB) 功率增益 = AP s o v v Avs = s i i o v v v v = ⋅ S i i R R R Av + 源电压增益 = ⋅
BJT小信号摸型的建立 1有两个电压放大倍数相同、输入和输出电阻不同的放 崇当改大电路的输入信号电压很小时,可以把三极管Q 大电路A和B,对同一个具有内阻的信号源电压进行放 附近小范圆内的特性曲线近似为直线,即将非线性电路作为 由输入特性v=f(pa 线性电路来处理,从而简化放大电路的分析和设计 由输出特性:k=(,rol la 大,在负载开路的条件下测得A的输出电压比B的小 三极菅可以用一个模型来代替; 取全微分得: (A.输入电阻,B.输出电阻)比 对于低频模型可以不考虑结电容的影响 B的_D·(C.大,D.小 小信手模的导出 2一电压放大电路输出端接1KΩ负载电阻时,输出电压 右图选p2x作自变量,选乙作应 为(有效值,负载断开时输出电压为1V(有效值,则 变量,则可得到用H参数( hybrid来表示输 该电路输出电阻为_1009 入输出的电压与电流相互关系的模型,适 H参有啊的物 用于低频电路 和交流分 参教的物理含义 H数交流小号摸型 基车共射放大电路分析计算 hk=ne4+hne也称为参数微变等效电路 放大电略性能捐标计算的一般步豪: l=B+"(意:受故电流源的方南 不意假 真流通路,讲算态工作点Q 变演路 ·画小信号等救电路 九2一三极管在Q点附近be之间的动态电阻用r表示 计算电压增益4、翰入电阻R和输出电阻R h一g近v对的影响,V后h约为103-10°; 的估算公式:=++B2 h-g附近对的交流电流墩大倍数,即 其中:·基区体电阻对于低频小功率管=200 b-附近r劝的影响,为输出电导士,一般ra>ln 注:PNP的小信号提与NPN相同
2 7 填空练习 1.有两个电压放大倍数相同、输入和输出电阻不同的放 大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放 大，在负载开路的条件下测得A的输出电压比B的小， 这说明A的 。 （A．输入电阻，B．输出电阻）比 B的 。(C．大，D．小)。 A D 2. 一电压放大电路输出端接1KΩ负载电阻时,输出电压 为1V(有效值), 负载断开时,输出电压为1.1V(有效值), 则 该电路输出电阻为 100 Ω 。 8 BJT的小信号模型 当放大电路的输入信号电压很小时,可以把三极管Q点 附近小范围内的特性曲线近似为直线,即将非线性电路作为 线性电路来处理，从而简化放大电路的分析和设计 。 对右图选iB, vCE作自变量，选iC, vBE作应 变量，则可得到用H参数(Hybrid)来表示输 入输出的电压与电流相互关系的模型，适 用于低频电路。 小信号模型的导出 + – vBE + – vCE iC iB - 三极管可以用一个模型来代替； - 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 9 取全微分,得: CE CE I BE B B V BE BE dv v v di i v dv CEQ BQ ⋅ ∂ ∂ ⋅ + ∂ ∂ = CE CE I C B B V C C dv v i di i i di CEQ BQ ⋅ ∂ ∂ ⋅ + ∂ ∂ = 由输入特性: vBE = f1 (iB, vCE) 由输出特性: iC = f2 (iB, vCE) 用h参数和交流分 量表示上式，得: vbe = hie ib + hrevce ic = hfe ib + hoevce H参数有明确的物 理意义,在放大区 基本不变,与BJT静 态工作点有关 + – vBE + – vCE iC iB BJT小信号模型的建立 10 H 参数的物理含义 hie hre hf e Q hie ---- 三极管在Q点附近b与e之间的动态电阻, 用 rbe 表示 ; hre ---- Q附近vce 对vbe的影响 , vCE >1V后hre约为10-3 ~10-4 ; hfe ---- Q附近 ic 对 ib 的交流电流放大倍数 ,即 β ; rce 1 hoe ---- Q附近vce 对ic的影响，为输出电导 , 一般 rce >105Ω hoe 11 vbe ib ic vce hrevce βib rbe rce H参数交流小信号模型 vbe = rbe ib +hrevce ic = β ib + v r ce ce1 简化 模型 ib ic vbe vce ib 也称为(H参数)微变等效电路 rbe的估算公式： EQ be bb I mV r r 26 ≈ + (1+ β ) ′ 其中： rbb‘ - 基区体电阻,对于低频小功率管rbb‘ ≈200Ω （注意：受控电流源的方向 不能随意假设） 注：PNP管的小信号模型与NPN相同 12 基本共射放大电路分析计算 画直流通路，计算静态工作点Q 计算 rbe 画交流通路 画小信号等效电路 计算电压增益Av、输入电阻Ri和输出电阻Ro 放大电路性能指标计算的一般步骤：
计算交流性能指标LBB R、R的计算 例CE电路如图,p,1.点反A,E1 2)计算R 解:()求静态工作点 -0.7 〓40aA R+(1+B)R l=(l+B)=204m4 )算 小信号等微电路 (3)计算R Da=-压(Rc∥R1) Ae令 直流 D, R,le =0=4=0,==0 Ix =F+(I+p) =100+51×26/2=0.763K 例解 例 例解 3求4,R,R國 求 R=R2∥ ≈R=4K 这项可理解为发射极上 V。=-BR V=(4-a++b i++B导4 时,阻值要增大倍 R=R∥R=R川+(1+B风] 由上式看出入R与来入R时相比A下降 30K∥263K=243K (未接入时A,=二,-2) 由上式看出接入R与未接入R时相比R增大 未接入R时R=R的=06K 如果忽略则R=0
3 13 计算交流性能指标Av , Ri , Ro 交流通路 小信号等效电路 (1) 计算 Av be C L i o v r R R v v A β( // ) = = − i be b v = r i ( // ) o b RC RL v = −βi ib RcRL + - vo + - vi Rb ib ic ii 14 ib RcRL + - vo + - vt Rb ib ic it Ri 、Ro 的计算 Ri (2) 计算 Ri (3) 计算 Ro = Rb // rbe ∴ Ro = Rc i t t R = v / i ib Rc vo + - vi Rb ib ic Ro it + vt vi= 0 ib= 0, ic= βib= 0 vt Ro = RL=∞ vi= 0 it 15 例：CE电路如图，β=50， rbb‘ =100Ω, 求Q点及Av , Ri , Ro 解：(1)求 静态工作点 EQ be bb I mV r r 26 = + (1+ β ) ′ =100+51×26/2=0.763K VCEQ ≈VCC − ICQRc − IEQRe = 6V uA R V I b CC BQ 40 (1 ) R 0.7 e = + +− ≈ β I CQ = βI BQ = 2mA (2) 求 rbe 330k 4k 0.5k 15V 直流 通路 I EQ = (1+ β )I BQ = 2.04mA 16 i b be bRe V I r I & & & = + (1+ β ) o b Rc V I & & = −β 由上式看出接入Re与未接入Re时相比, Av下降 (3)求Av，Ri，Ro 交流通路 小信号 等效电路 例 解 be e c i o v r R R V V A (1 β) β + + − = = & & & = -7.62 ≈ −262 − = be c v r R A β & (未接入Re时 ) 17 这项可理解为发射极上 的电阻折算到基极上 时，阻值要增大(1+β)倍. Ri Rb Ri = // ′ =330K//26.3K=24.3K [ ] b be Re = R // r + (1+ β ) Ri Ri′ 例 解 由上式看出接入Re与未接入Re时相比, Ri增大 be e b i i r R IV R′ = = + (1+ β ) & & 求Ri Ii (未接入Re时 Ri = Rb //rbe ≈0.76K ) 18 rce Vt s & R′ ( // ) Rs = Rs Rb ′ It 如果忽略Rs,则Rs′=0 例 解 Ro Rc Ro = // ′ ≈ Rc = 4K ( ) Ro >> Rc Q ′ Ro′ 求Ro Ro t c b ce c b Re V (I I )r (I I ) & & & & & = − β + + Ib (Rs′ +rbe)+(Ic + Ib )Re = 0 & & & (1 ) s be e e ce R r R R r ′ + + ≈ + β o t c R V I & & ∴ ′ = / 由此看出接入Re与未接 入Re时相比Ro基本相同
练习 44放大电路静态工作点的稳定问题 作点碧定电略投分压式射偏置电路 PNP型BT构成的放大电路如图所示说明其组态列出求 Q点和A,R,R的表达式 温度对静志工作点的影响 选择合适的但值使P>0 CE态 解计算Q点 则基静态电位为 基板电位基本为一圆定值 稳定原理:鱼反情故创:R最反情无件 计算4,R,R 了↑→计↑→↑→叶不)→↓→l 综上所温度升高将导数(增大 R=+ 一最取=15-10,-35 极分压式射录偏置电魔 基慢分压式航极偏置电路 4.5共集和共基放大电隆 变流性指*计算国 一共集(放大电路(又称为射叔幽幕) ◆静态工作点的远似计算 鲁态计算l=(lac-lmo+l+ VaED=c-Ior-IEoR R=Rn∥R2l+(1+B Va=Ioc-IEor'e RaR
4 19 练 习 PNP型BJT构成的放大电路如图所示, 说明其组态,列出求 Q点和Av , Ri , Ro的表达式。 解: 计算Q点(vi =0) IBQ=(VCC + VBEQ) /Rb VCEQ= – (VCC – ICQRC+ VEE ) ICQ= βIBQ Rb Rc VCC VEE IEQ=(1+β)IBQ 计算Av , Ri , Ro Ri = Rb + rbe b be C i o v R r R v v A + = = − β Ro = Rc CE组态 20 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 综上所述, 温度升高将导致ICQ增大 温度对静态工作点的影响 对β 的影响 对 ICEO 的影响 对 VBE 的影响 21 工作点稳定电路：基极分压式射极偏置电路 I1 IB 一般取 I1 =(5~10)IBQ ， VBQ =3~5V T ↑ 稳定原理： → IC↑ → IE↑ → VE↑ ( VB不变 ) → VBE ↓ → IB↓ IC↓ 选择合适的阻值使I1>>IBQ， 则基极静态电位为 (负反馈控制:Re是反馈元件) 即基极电位基本为一固定值, 而与温度无关。 CC b1 b2 b2 BQ V R R R V ⋅ + ≈ 22 基极分压式射极偏置电路 CC b1 b2 b2 BQ V R R R V ⋅ + ≈ e BQ BEQ CQ EQ R V V I I − ≈ = ( ) CC CQ c e CEQ CC CQ c EQ e V I R R V V I R I R ≈ − + = − − β I I CQ BQ = 静态工作点的近似计算 23 be e c L i o v r R R R V V A (1 ) ( // ) β β + + − = = & & & 基极分压式射极偏置电路 1 2 L Ro ≈ Rc [ ] i b b be Re R R // R // r (1 ) = 1 2 + + β Ri Ro 交流性能指标计算 24 4.5 共集和共基放大电路 直流通路 s Rs IBQ=( VCC－VBEQ)/ [Rb+(1+β)Re] ICQ= βIBQ ，IEQ=（1+ β）IBQ VCEQ= VCC－IEQRe 静态计算 一. 共集(CC)放大电路（又称为“射极输出器”）
C组态变请性能指标计算 cc组态交流性能指标计算 共基极放大电路(CB 计算R 交通路 小号就电 代。剧+ 直流還路 ◆掌:显=(1+PE∥R) +(+BME∥B)”电压限晶 +B值要减小 交流還路 ◆算RR+1+BR1∥E一大 +R∥配 Ra=B210”1+P一小 电流即院器 CB组态交流性能指标分析 三种组态的比较 12=(4-Bya-4k1.E=1 R=R∥R +4+XB0J=。,厘+ 电压增量:BR∥ED日+“EB p·B∥A R∥5撒小 舞R。=R2∥R≈R 入电风B具++风属】8"1+ (:R>>R) R
5 25 CC组态交流性能指标计算 (1 )( // ) (1 )( // ) be L L r R R R R e e + +β + β = 小信号等效电路 ♦ 计算 Av →1 (电压跟随器) ⋅ ⋅ = i o V V Ri =Rb //[rbe +(1+ β )(RL // Re ♦ 计算 R )] i Ri s Rs 交流通路 s Rs 较大 26 t t CC组态交流性能指标计算 Ro Ro Ro Re Ro = // ′ e t I V R & & o ′ = 较小 b b b I I r R R & & (1 ) ( + // ) be s + β = + β = 1 + // // be s b e r R R R + β = 1 + // be Rs Rb r 这项可理解为基 极上的电阻折算 到发射极上时， 阻值要减小(1+β) 倍. ♦ 计算 Ro 27 二. 共基极放大电路(CB) 直流通路 交流通路 电流跟随器 e c RL b T vo Rs vs + Re vi + + Rc = ≈ 1 e c I I I A & & & 28 CB组态交流性能指标分析 ①电压增益 i o V V Av & & & = ②输入电阻 i e i R = R // R′ +β = 1 // be e r R Ri Ri be C L r β(R // R ) = (较小) (同相放大) It t Ro Ic Ro rce ③输出电阻Ro o c o R = R // R′ t ce be V I I r I r ⋅ ⋅ ⋅ = c − b − b ( β ) & Ibrbe + (Ib + Ic )(Rs // Re ) = 0 & & & be s e ce be s e ce o t c r R R r r R R r R V I // ( )( // ) / + + = + ∴ ′ = β & & 则: ( ) Ro >> Rc Q ′ ≈RC 30 三种组态的比较 电压增益： be c L ( // ) r ⋅ R R − β 输入电阻： b be R //r 输出电阻： Rc (1 )( // ) (1 ) ( // ) be e L e L r R R R R β β + + + ⋅ //[ (1 )( // )] b be Re RL R r + + β + β + 1 ( // ) // s b be e R R r R be c L ( // ) r β ⋅ R R 1 + β // be e r R Rc + + - R R u V e ui b - C1 + CC o T R L C2 + - R S S u 共集 + S + V b1 1 b2 ui - u + 2 S C C R - R CC Rc R R + u L o - Re 共射 共基 + + + b2 b - i u c C + R R - CC b1 R u T L o + C V
三种组态比较 R、B的计算技巧一折算 粪包头集也基电 计算射和共集细态的 跟随 入电 电的救电阻 电胆折算到基极时 应乘以(1+的倍 输幽电阻较大 计算共集组态的R 常用于电压放常作为多放大电高频特性较 用途 大,在多级放大路的输入、输出或常用于高频或宽 ,,=B 电路作中问级 频帝低输入阻抗 是上)折算到发射枝时 咖亮的等
6 31 三种组态比较 电流 放大 放大 跟随 用 途 输出电阻 输入电阻 电压 高频特性较好， 常用于高频或宽 频带低输入阻抗 的场合。 常作为多级放大电 路的输入、输出或 缓冲级。 常用于电压放 大，在多级放大 电路作中间级。 较大 小 较大 中 大 小 反相放大 同相跟随 同相放大 共射电路 共集电路 共基电路 32 Ri、Ro的计算技巧— 折算 计算共射和共集组态的Ri Ri i be Re R = r + (1+ β ) 其中Re是发射极上所接 电路的等效电阻 计算共集组态的Ro Ro 其中Rb是基极上除 rbe外所接电路的等 效电阻 β R r R R b be o e + + = 1 // 将发射极上的等效 电阻折算到基极时 应乘以(1+β)倍 将基极上的等效电 阻折算到发射极时 应除以(1+β)倍