模拟小信号模型分析法.课件.ppt

1、 放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大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。电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL信号源信号源负载负载F 输入端口特性可以等效为一个输入电阻输入端口特性可以等效为一个输入电阻F 输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式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 放大电路模型放大电路模型 负载开路时的电压增益负载开路时的电压增益OAViR输入电阻输入电阻oR输出电阻输出电阻 1.2.2 1.2.2 放大电路模型放大电路模型1. 电压

2、放大模型电压放大模型Rs+Vi+Vo+RLVsRs+VsVi+Vo+RiRLRs+VsVi+Vo+RiRLViAVORs+VsVi+RoVo+RiRLViAVO关心输出电压与输入电压的关系关心输出电压与输入电压的关系考虑输入回路对信号源的衰减考虑输入回路对信号源的衰减Rs+VsVi+RoVo+RiRLViAVOsiRR 理想情况：理想情况：有有sisiiVRRRV 要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？ iR 1.2.2 1.2.2 放大电路模型放大电路模型由输出回路得由输出回路得则电压增益为则电压增益为ioVVAV LoLORRRAV 由此可见由此可见 LR VA即负载的大小会影响增益的

3、大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？LoLiOoRRRVAVV LoRR 理想情况：理想情况：0o R所以，一个理想的电压放大器：输入电阻无限大所以，一个理想的电压放大器：输入电阻无限大 输出电阻无限小输出电阻无限小Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL电流放大模型电流放大模型关心输出电流与关心输出电流与输入电流的关系输入电流的关系Rs+VsVi+RoVo+RiRLViAVO电压放大模型电压放大模型 1.2.2 1.2.2 放大电路模型放大电路模型2. 电流放大模型电流放大模型关心输出电压与关心输出电压与输入电压的关系输入电压的关系

4、负载短路时的电流增益负载短路时的电流增益ISA2. 电流放大模型电流放大模型由输出回路得由输出回路得LooioRRRIAIIS 则电流增益为则电流增益为ioIIAI LooRRRAIS 由此可见由此可见 LR IA要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？LoRR 理想情况：理想情况： oR由输入回路得由输入回路得isssiRRRII 要想减小对信号源的衰减，则希望要想减小对信号源的衰减，则希望？siRR 理想情况：理想情况：0i R 1.2.2 1.2.2 放大电路模型放大电路模型所以，一个理想的电流放大器：输入电阻无限小所以，一个理想的电流放大器：输入电阻无限小 输出电阻无限大

5、输出电阻无限大输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端4. 互导放大模型（自学）互导放大模型（自学）5. 隔离放大电路模型（自学）隔离放大电路模型（自学） Ro + Ri Vi AVO V o + Vi + 1.2.2 1.2.2 放大电路模型放大电路模型3. 互阻放大模型（自学）互阻放大模型（自学） 1. 输入电阻输入电阻iiiIVR Rs+VsVi+RiIi放放大大电电路路1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 iOoVAVV RoVo+RLViAVO放放大大电电路路Ro+ViAVO放放大大电电路路+VoLoLiOoRRRVAVV 所以所以LLoooRRVVR 放大电

6、路放大电路IT+VTRo+Vs=0另一方法另一方法0TTos VIVR注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻2. 输出电阻输出电阻 1.2.3 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为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输出信号能量的能力其中其中(dB)lg20VA 电电压压增增益益 “ “甲放大电路的增益为甲放大电路的增益为-20-20倍倍”和和“乙放大电路的增益为乙放大电路的增益为-20dB”-20dB”，问哪个电路的增益大？问哪个电路的增益大？四种增益四种增益ioVVV

7、A ioIIIA ioRIVA ioGVIA IVAA、常用分贝（常用分贝（dBdB）表示）表示(dB)lg20IA 电电流流增增益益(dB)lg10PA 功功率率增增益益 1.2.3 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3. 增益增益A.A.放大电路的频率响应及带宽放大电路的频率响应及带宽 在输入正弦信号情况下，输入信号频率连续改变，输出在输入正弦信号情况下，输入信号频率连续改变，输出随之变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。随之变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL 1.2.3 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大

8、电路的主要性能指标4. 频率响应及带宽（频域指标）频率响应及带宽（频域指标）B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：对不幅度失真：对不同频率的信号增同频率的信号增益不同，产生的益不同，产生的失真。失真。 O t IO t O基波基波二次谐波二次谐波输入信号输入信号输出信号输出信号基波基波二次谐波二次谐波具体分析在后面具体分析在后面结合结合3.73.7节进行节进行由元器件非线性特性引起的失真。由元器件非线性特性引起的失真。非线性失真系数非线性失真系数: :O t IO t O%100o122o VVkk VO1是输出电压信号基波分量是输出电压信号基波分量的有效值，的有效值，Vo

9、k是高次谐波分是高次谐波分量的有效值，量的有效值，k k为正整数。为正整数。 1.2.3 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标5. 非线性失真非线性失真频率失真（线性失真）与非线性失真的区别频率失真（线性失真）与非线性失真的区别思考与习题思考与习题(放大电路的主要性能指标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 1.2.3 1.2.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标end3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路

10、的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定 利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标3.4.0 放大电路模型放大电路模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路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可以把三极管这个非线性器件所组成的

11、电路当作线性电路来处理。电路来处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的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。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模Ui= hiIi+ hrUoIo= hfIi+ hoUoUiUoIiIo二端口网络二端口网络0. H参数概念参数概念 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模 i0oiUiUhI输出端短路时的输入电阻；输出端短路时的输入电阻；输出端

12、短路时的正向电流传输系数；输出端短路时的正向电流传输系数；输入端开路时的反向电压传输系数；输入端开路时的反向电压传输系数；输入端开路时的输出电导；输入端开路时的输出电导； f0ooUiIhIi r0iIoUhUi o0oIoIhU对一个二端口网络，对一个二端口网络，H参数的描述公参数的描述公式为式为四个参数四个参数量纲各不量纲各不相同，故相同，故称为混合称为混合参数（参数（H H参参数）。数）。),(CEB1BEvifv CECEBEBBBEBEdddBCEvvviivvIV vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceiB=f(vBE) vCE=constiC=f(

13、vCE) iB=const),(CEB2Cvifi CECECBBCCdddBCEvviiiiiIV vBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络1. BJT的的H参数定义参数定义 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模对照对照H H参数的公式，可知：参数的公式，可知：vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevceCEBBEie Vivh CEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模Ui= hiIi+ hrUoIo= hfIi+ hoUo根据根据可得小信号

14、模型可得小信号模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络双口网络 H H参数是小信号参数，参数是小信号参数，即微变参数或交流参数。即微变参数或交流参数。 H H参数与工作点有关，参数与工作点有关，在放大区基本不变。在放大区基本不变。 H H参数只适合对交流信参数只适合对交流信号的分析。号的分析。BJT的的H参数模型参数模型2. H参数小信号模型参数小信号模型 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模hfeibicvceibvbehrevcehiehoe记记 rbe= hie = hfe uT = hre

15、 rce= 1/hoe则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeT vcerberce T很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ， rce很大，很大，约为约为100k 。故故一般可忽略它们的影响，一般可忽略它们的影响，得到简化电路得到简化电路3. 模型的简化模型的简化 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出； rbe 与与Q点有关，可用图点有关，可用图示仪测出。也可用公式示仪测出。也可用公式估算：估算： rbe= rb + (1+ ) re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 )mA()m

16、V(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 4. H参数的确定参数的确定 3.4.1 BJT3.4.1 BJT的小信号建模的小信号建模认识认识BJT H参数的物理意义参数的物理意义工程上工程上BJT H参数的确定参数的确定H参数小信号模型的讨论参数小信号模型的讨论 共射极放大电路共射极放大电路1. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点bBECCBRVVI 一般对硅管取一般对硅管取VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，且，且 已知已知。BCII cCCCCERIVV 3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电

17、路的小信号模型分析bIcIbIbIcIbIRbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路参数小信号等效电路2. 画小信号等效电路画小信号等效电路 3.4.2 3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIV bcII )/(LccORRIV beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV （公式）（公式）3. 求放大电路动态指标求放大电路

18、动态指标 3.4.2 3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR 令令0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以 3.4.2 3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 1. 电路如图所示。电路如图所示。试画出其试画出其小信号等效模型电路。小信号等效模型电路。-VCCRcRLReRb2Rb1Cb2Cb1+-vo+-vi+cebbIbI rbeebcbIbI RerbeebcbIiIiVbI Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbI Rb1Rb2Rerbe+-eb

19、cbIiIiVbI Rb1Rb2RcRerbe+-ebcbIiIiVbI oVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc 解：解：例题例题例题例题 解：解：（1）4Vk4mA212cCCCCE RIVVmA2uA4050BC IIuA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI（2） 863)mA()mV(26)1(200)mA()mV(26)1(200CEbeIIr 87.115)/(beLcioV rRRVVA 863/bebebirrRRk4co RR36.73)87.115(500863863VsiiiosisoVS ARRRVVVVVVAioVVVA soVSVVA 2. 放

20、大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、oi RR 、。已知已知 =50。end Rs + Vs Vi + 放大电路放大电路 Ri 思考与习题思考与习题思考题：P.101-3.4.1、3.4.4习题：P.143-3.4.1 (c),(d)、3.4.4 、3.4.5（其中第3问改为：分析电容C3的作用）人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。