lecture06三极管的低频小信号模型

模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系主讲：黄友锐第六讲3.2.3三极管的低频小信号模型•（１）模型的建立•（２）主要参数•（３）h参数•（４）h参数微变等效电路简化模型(1)模型的建立1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。三极管的低频小信号模型如图03.16所示。图03.16双极型三极管h参数模型（2)模型中的主要参数①rbe——三极管的交流输入电阻根据二极管的方程式1)e(T/SVvIi对于三极管的发射结TEB'TEB'/ES/ESEe1)e(VvVvIIi求发射结的动态电导，b相当基区内一个点，b是基极。TE/ESTEB'EeTEB'e1dd1ViIVvirVvre≈VT/iEreQ≈VT/IEQ=26(mV)/IEQ(mA)rbeQ=rbb'+rbe≈300+(1+)26/IEQ（03.11）②iB——输出电流源表示三极管的电流放大作用。反映了三极管具有电流控制电流源CCCS的特性。rbe—re归算到基极回路的电阻。rbb相当于基区的体电阻,对于小功率三极管rbb≈300，。图03.17h11和h12的意义h参数的物理含义见图03.17和图03.18。图03.18h21和h22的意义h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。h参数与工作点有关，在放大区基本不变。h参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。(4)h参数微变等效电路简化模型简化的三极管h参数模型，如图03.19所示。图中作了两处忽略1.h12反映三极管内部的电压反馈，因数量很小，一般可以忽略。2.h22具有电导的量纲，与电流源并联时，分流极小，可作开路处理。图03.19三极管简化h参数模型(3)h参数),(),(CEBCCEBBEvifivifvCE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEvviiiiivvviivvivivDDD+DDDDDDD+DDDDDDDD0CE)/(BBE11DDDvivh，称为输入电阻，即rbe。0B)/(CEBE12DDDivvh，称为电压反馈系数。0CE)/(BC21DDDviih，称为电流放大系数，即。0B)/(CEC22DDDivih，称为输出电导，即1/rce。三极管的模型也可以用网络方程导出。三极管的输入和输出特性曲线如下：3.2.4共射组态基本放大电路微变等效电路分析法•(1)共射组态基本放大电路•(2)直流计算•(3)交流计算(1)共射组态基本放大电路共发射极交流基本放大电路如图03.20（a）所示。(a)共射基本放大电路(b)h参数微变等效电路图03.20共射组态交流基本放大电路及其微变等效电路Rb1和Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通道中。Rc、RL相并联，处于输出回路的交流通道之中。（动画3-5）(2)直流计算图03.20电路的直流通道如图03.21(a)所示，用戴维宁定理进行变换后如图03.21(b)所示。(a)直流通路(b)用戴维宁定理进行变换图03.21基本放大电路的直流通道IB=(V'CC－VBE)/[R'b+(1+)Re]V'CC=VCCRb2/(Rb1+Rb2)R'b=Rb1∥Rb2IC=IBVC=VCC－ICRcVCE=VCC－ICRc－IERe=VCC－IC(Rc+Re)因此静态计算如下：(3)交流计算根据图03.20(b)的微变等效电路，有输出电阻Ro=rce∥Rc≈Rc(03.18)Ebb'bebeib/mV26)1(/IrrrVI++bcII'='LbLcoRIRIVLcL//='RRR输入电阻=rbe//Rb1//Rb2≈rbe=rbb'+(1+β)26mV/IE=300Ω+(1+β)26mV/IE(03.17)iii/IVR电压放大倍数=－βR'L/rbe(03.16)io/VVAv根据图03.04(a)求输出电阻的原理，应将图03.20(b)微变等效电路的输入端短路，将负载开路。在输出端加一个等效的输出电压V'o于是：输出电阻RoRo=rce∥RC≈RC（动画3-7）3.2.5共集组态基本放大电路共集电极组态基本放大电路如图03.22(a)所示。(a)共集组态放大电路(b)直流通道图03.22共集组态基本放大电路(1)直流分析将共集组态基本放大电路的直流通道画于图03.22(b)之中，于是有:IB=(V'CC－VBE)/[R'b+(1+)Re]IC=IBVCE=VCC－IERe=VCC－ICRe(2)交流分析将图03.22（a）的CC放大电路的中频微变等效电路画出，如图03.23所示。①中频电压放大倍数1')1(')1(LbeLoo+++RrRVVAv(03.19)比较CE和CC组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是三极管基极对地的交流输入电阻。②输入电阻Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+)R'L)](03.20)R'L=RL//Re图03.23CC组态微变等效电路③输出电阻输出电阻可从图3.24求出。图03.24求Ro的微变等效电路)21.03(1'+//''=)/'()]'+/(')1[('////',)'+/(')/'()1('sbeeoooeosbeoob2b1sssbeobeobbboe+++++++RrRIVRRVRrVIRRRRRrVIRVIIIIIR（动画3-6）将输入信号短路，负载开路，由所加的等效输出信号可以求出输出电流o'V3.2.6共基组态基本放大电路共基组态放大电路如图03.25所示，其直流通道如图03.26所示。(1)直流分析与共射组态相同。图03.25共基组态放大电路图03.26共基放大电路的直流通道(2)交流分析共基极组态基本放大电路的微变等效电路如图03.27所示。图03.27CB组态微变等效电路①电压放大倍数=βR'L/rbe②输入电阻③输出电阻Ro≈RCio/VVAv)22.03(1//1/beebeiii++rRrIVR例题:在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7KΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩRL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri,r0及ＡuRB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1++【解】RB1+UCCRCRB2RE2RE1直流通路如图所示。V312206020212++CCBBBBURRRVmA803603..RUVIIEBEBECA16500.8βIICBV8438068012)(11...RRIRIUUEEECCCCCE+（2）微变等效电路如图。KRrCo6+++Krbe961802651300I26)1300E..(ΩK1521BBBR//RR其中)..//(//305196115})1({+++EbeBiRβrRrK038261715..//EbeLuRβrRβA)1(++69830519616650...//+rbeRCRLiUiIbIcIoUbIβBRREeI++RB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1++3．3场效应三极管放大电路的分析方法3.3.1共源组态基本放大电路3.3.2共漏组态基本放大电路3.3.3共栅组态基本放大电路3.3.4三种组态基本放大电路的比较3.3.1共源组态基本放大电路对于采用场效应三极管的共源基本放大电路，可以与共射组态接法的基本放大电路相对应，只不过场效应三极管是电压控制电流源，即VCCS。共源组态的基本放大电路如图03.28所示。(a)采用结型场效应管(b)采用绝缘栅场效应管图03.28共源组态接法基本放大电路比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了。(1)直流分析将共源基本放大电路的直流通道画出,如图03.29所示。03.29共源基本放大电路的直流通道图中Rg1、Rg2是栅极偏置电阻，Rs是源极电阻，Rd是漏极负载电阻。与共射基本放大电路的Rb1、Rb2，Re和Rc分别一一对应。而且只要结型场效应管栅源间PN结是反偏工作，无栅流，那么JFET和MOSFET的直流通道和交流通道是一样的。根据图03.29可写出下列方程VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGSQ=VG－VS=VG－IDQRIDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2VDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)于是可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。图03.30微变等效电路(2)交流分析画出图03.28电路的微变等效电路，如图03.30所示。与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当开路。VCCS的电流源还并联了一个输出电阻rds，在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。gsmVg①电压放大倍数如果有信号源内阻RS时=－gmR'LRi/(Ri+RS)式中Ri是放大电路的输入电阻。LddsLLmgsLddsgsmLddsgsmo////'')////()////(RRrRRgVRRrVgARRrVgVvvA②输入电阻RVIRRiiig1g2//..③输出电阻为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络计算原则将放大电路画成图03.31的形式。图03.31计算Ro的电路模型将负载电阻RL开路，并想象在输出端加一个电源,将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算，于是ddsooo///=RrIVR交流参数归纳如下①电压放大倍数Lmio'RgVVAvddsdooo//''RrRIVR③输出电阻②输入电阻Ri=Rg1//Rg2或Ri=Rg+(Rg1//Rg2)3.3.2共漏组态基本放大电路共漏组态基本放大电路如图03.32所示图03.32共漏组态放大电路03.33直流通道其直流工作状态和动态分析如下。(1)直流分析将共漏组态基本放大电路的直流通道画于图03.33之中，于是有VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)VGSQ=VG－VS=VG－IDQRIDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2VDSQ=VDD－IDQR由此可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。LmLmLdsgsmgsLdsgsmio'1')////()////(RgRgRRrVgVRRrVgVVAv++(2)交流分析将图03.32的CD放大电路的微变等效电路画出，如图03.34所示。图03.34共漏放大电路的微变等效电路①电压放大倍数。式中LLdsL//////RRRRrR比较共源和共漏组态放大电路的电压放大倍数公式，分子都是gmR'L，分母对共源放大电路是1，对共漏放大电路是(1+gmR'L)。②输入电阻)//(g2g1giRRRR+③输出电阻计算输出电阻的原则与其它组态相同，将图03.34改画为图03.35。图03.35求输出电阻的微变等效电路mmmdsdsmdsooogsomdsogsmdsoo1//1)//(1//)/1//(//''',)]/1//(//[')//(''gRRgRgrRrRgrRIVRVVgrRVVgrRVI++交流参数归纳如下①电压放大倍数LmLmio'1'RgRgVVAv+