三極管的低頻小信號模型

(1)模型的建立

1.三極管可以用一個模型來代替。

2.對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。

3.小信號意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。三極管的低頻小信號模型如圖03.16所示。圖03.16雙極型三極管h參數(shù)模型（2)模型中的主要參數(shù)①rbe——三極管的交流輸入電阻

根據(jù)二極管的方程式對于三極管的發(fā)射結(jié)求發(fā)射結(jié)的動態(tài)電導(dǎo)，b

相當(dāng)基區(qū)內(nèi)一個點，b是基極。

re≈VT/iE

re

Q≈VT/IEQ=26

(mV)/IEQ(

mA)

rbe

Q=rbb'+rb

e≈300

+(1+

)26/IEQ

（03.11）

②

iB——輸出電流源

表示三極管的電流放大作用。反映了三極管具有電流控制電流源CCCS的特性。rb

e—re歸算到基極回路的電阻。rbb

相當(dāng)于基區(qū)的體電阻,對于小功率三極管rbb

≈300

，。

圖03.17h11和h12的意義

h參數(shù)的物理含義見圖03.17和圖03.18。

圖03.18h21和h22的意義

h參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。h參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。

(4)h參數(shù)微變等效電路簡化模型

簡化的三極管h參數(shù)模型，如圖03.19所示。

圖中作了兩處忽略

h12反映三極管內(nèi)部的電壓反饋，因數(shù)量很小，一般可以忽略。

h22具有電導(dǎo)的量綱，與電流源并聯(lián)時，分流極小，可作開路處理。圖03.19三極管簡化h參數(shù)模型

(3)h參數(shù)CE0BCECB0CEBCCCE0BCEBEB0CEBBEBEvviiiiivvviivvivivDDD+DDD=DDDD+DDD=D====DDDD，稱為輸入電阻，即rbe。，稱為電壓反饋系數(shù)。，稱為電流放大系數(shù)，即

。

，稱為輸出電導(dǎo)，即1/rce。三極管的模型也可以用網(wǎng)絡(luò)方程導(dǎo)出。三極管的輸入和輸出特性曲線如下：3.2.4共射組態(tài)基本放大電路

微變等效電路分析法(1)共射組態(tài)基本放大電路(2)直流計算(3)交流計算(1)共射組態(tài)基本放大電路共發(fā)射極交流基本放大電路如圖03.20（a）所示。

(a)共射基本放大電路(b)h參數(shù)微變等效電路圖03.20共射組態(tài)交流基本放大電路及其微變等效電路

Rb1和Rb2系偏置電阻。C1是耦合電容，將輸入信號vi耦合到三極管的基極。

Rc是集電極負載電阻。Re是發(fā)射極電阻，Ce是Re的旁路電容。C2是耦合電容，將集電極的信號耦合到負載電阻RL上。

Rb1、Rb2、Rc和Re處于直流通道中。Rc

、RL相并聯(lián)，處于輸出回路的交流通道之中。（動畫3-5）(2)直流計算

圖03.20電路的直流通道如圖03.21(a)所示，用戴維寧定理進行變換后如圖03.21(b)所示。

(a)直流通路(b)用戴維寧定理進行變換圖03.21基本放大電路的直流通道

IB=(V'CC－VBE)/[R'b+(1+

)Re]V'CC=VCCRb2/(Rb1+Rb2)R'b=Rb1∥Rb2

IC=

IB

VC=VCC

－ICRc

VCE=VCC

－ICRc－IERe=VCC

－IC(Rc+Re)因此靜態(tài)計算如下：(3)交流計算根據(jù)圖03.20(b)的微變等效電路，有輸出電阻Ro=rce∥Rc≈Rc(03.18)

輸入電阻

=rbe//Rb1//Rb2≈rbe

=rbb'+(1+β)26

mV/IE

=300Ω+(1+β)26

mV/IE(03.17)電壓放大倍數(shù)

=－βR'L/rbe

(03.16)

根據(jù)圖03.04(a)求輸出電阻的原理，應(yīng)將圖03.20(b)微變等效電路的輸入端短路，將負載開路。在輸出端加一個等效的輸出電壓V'o于是：輸出電阻RoRo=rce∥RC≈RC

（動畫3-7）3.2.5

共集組態(tài)基本放大電路共集電極組態(tài)基本放大電路如圖03.22(a)所示。

(a)共集組態(tài)放大電路(b)直流通道圖03.22共集組態(tài)基本放大電路

(1)直流分析將共集組態(tài)基本放大電路的直流通道畫于圖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

將圖03.22（a）的CC放大電路的中頻微變等效電路畫出，如圖03.23所示。①中頻電壓放大倍數(shù)(03.19)

比較CE和CC組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，它們的分子都是

乘以輸出電極對地的交流等效負載電阻，分母都是三極管基極對地的交流輸入電阻。②輸入電阻

Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+

)R'L)](03.20)

R'L=RL//

Re圖03.23CC組態(tài)微變等效電路③輸出電阻

輸出電阻可從圖3.24求出。圖03.24求Ro的微變等效電路（動畫3-6）

將輸入信號短路，負載開路，由所加的等效輸出信號可以求出輸出電流3.2.6共基組態(tài)基本放大電路

共基組態(tài)放大電路如圖03.25所示，其直流通道如圖03.26所示。(1)直流分析

與共射組態(tài)相同。

圖03.25共基組態(tài)放大電路圖03.26共基放大電路的直流通道(2)交流分析

共基極組態(tài)基本放大電路的微變等效電路如圖03.27所示。圖03.27CB組態(tài)微變等效電路①電壓放大倍數(shù)

=βR'L/rbe②輸入電阻

③輸出電阻

Ro≈RC例題:

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7KΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩRL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點IB、IC及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)輸入電阻ri,r0及ＡuRB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1++

【解】RB1+UCCRCRB2RE2RE1直流通路如圖所示。（2）微變等效電路如圖。rbeRCRLRE++

RB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1++

3．3場效應(yīng)三極管放大電路的分析方法3.3.1共源組態(tài)基本放大電路3.3.2共漏組態(tài)基本放大電路3.3.3共柵組態(tài)基本放大電路3.3.4三種組態(tài)基本放大電路的比較3.3.1共源組態(tài)基本放大電路

對于采用場效應(yīng)三極管的共源基本放大電路，可以與共射組態(tài)接法的基本放大電路相對應(yīng)，只不過場效應(yīng)三極管是電壓控制電流源，即VCCS。共源組態(tài)的基本放大電路如圖03.28所示。(a)采用結(jié)型場效應(yīng)管(b)采用絕緣柵場效應(yīng)管圖03.28共源組態(tài)接法基本放大電路

比較共源和共射放大電路，它們只是在偏置電路和受控源的類型上有所不同。只要將微變等效電路畫出，就是一個解電路的問題了。(1)直流分析

將共源基本放大電路的直流通道畫出,如圖03.29所示。03.29共源基本放大電路的直流通道

圖中Rg1、Rg2是柵極偏置電阻，Rs是源極電阻，Rd是漏極負載電阻。與共射基本放大電路的Rb1、Rb2，Re和Rc分別一一對應(yīng)。而且只要結(jié)型場效應(yīng)管柵源間PN結(jié)是反偏工作，無柵流，那么JFET和MOSFET的直流通道和交流通道是一樣的。

根據(jù)圖03.29可寫出下列方程

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2

VDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)

于是可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。圖03.30微變等效電路(2)交流分析畫出圖03.28電路的微變等效電路，如圖03.30所示。

與雙極型三極管相比，輸入電阻無窮大，相當(dāng)開路。VCCS的電流源還并聯(lián)了一個輸出電阻rds，在雙極型三極管的簡化模型中，因輸出電阻很大視為開路，在此可暫時保留。其它部分與雙極型三極管放大電路情況一樣。①電壓放大倍數(shù)

如果有信號源內(nèi)阻RS時

=－gmR'LRi/(Ri+RS)

式中Ri是放大電路的輸入電阻。②輸入電阻

③輸出電阻

為計算放大電路的輸出電阻，可按雙口網(wǎng)絡(luò)計算原則將放大電路畫成圖03.31的形式。圖03.31計算Ro的電路模型

將負載電阻RL開路，并想象在輸出端加一個電源,將輸入電壓信號源短路，但保留內(nèi)阻。然后計算

，于是

交流參數(shù)歸納如下①電壓放大倍數(shù)③輸出電阻②輸入電阻Ri=Rg1//Rg2

或

Ri=Rg+(Rg1//Rg2)3.3.2共漏組態(tài)基本放大電路共漏組態(tài)基本放大電路如圖03.32所示圖03.32共漏組態(tài)放大電路03.33直流通道其直流工作狀態(tài)和動態(tài)分析如下。(1)直流分析

將共漏組態(tài)基本放大電路的直流通道畫于圖03.33之中，于是有

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2

VDSQ=VDD－IDQR由此可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。(2)交流分析

將圖03.32的CD放大電路的微變等效電路畫出，如圖03.34所示。圖03.34共漏放大電路的微變等效電路①電壓放大倍數(shù)比較共源和共漏組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，分子都是gmR'L，分母對共源放大電路是1，對共漏放大電路是(1+

gmR'L)。②輸入電阻

③輸出電阻

計算輸出電阻的原則與其它組態(tài)相同，將圖03.34改畫為圖03.35。圖03.35求輸出電阻的微變等效電路交流參數(shù)歸納如下①電壓放大倍數(shù)③輸出電阻②輸入電阻Ri=Rg+(Rg1//Rg2)3.3.3共柵組態(tài)基本放大電路

共柵組態(tài)放大電路如圖03.36所示，其微變等效電路如圖03.37所示。

圖03.36共柵組態(tài)放大電路