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1、E4a0224 等效电路法等效电路法E4a02242 晶体管的晶体管的h参数等效电路参数等效电路 及动态参数的估算及动态参数的估算 1.1.晶体管的晶体管的h参数等效电路参数等效电路 晶体管h参数等效电路的推导有两种方法，一是从晶体管的特性曲线出发，模拟出晶体管输入回路和输出回路的等效电路模型；二是在低频线性条件下将晶体管看成一个线性双口网络，然后用输入和输出特性曲线方程式，通过求全微分来定义h参数，并建立等效电路模型。1.1 1.1 通过特性曲线建立等效电路通过特性曲线建立等效电路 晶体管的输入回路可以用输入特性曲线上工作点Q 附近的动态输入电阻 rbe 来模拟。图02.02.15 晶体管输
2、入回路的模拟 晶体管的输出特性曲线近似一个电流源，这个电流源受基极电流控制，属于电流控制电流源(CCCS)，所以，晶体管的输出回路可以用近似的电流源 来模拟。将输入和输出回路的模型合在一起，即构成了晶体管的简化模型。图02.02.15 晶体管输出回路的模拟图02.02.16 晶体管的简化模拟 低频线性条件下将晶体管看成一个线性双口网络，然后用输入和输出特性曲线方程式，通过求偏导数来定义h参数，并建立等效电路模型。1.2 1.2 通过特性曲线方程式建立等效电路通过特性曲线方程式建立等效电路 晶体管在输入和输出特性曲线方程式如下：在小信号条件下，为研究各变量间的关系，可对上列iC和uBE的函数求全
3、微分：式中出现的四个系数，分别为，称为输入电阻，符号h11也表示为h11e或hi e，即 rbe。，称为电压反馈系数，符号h12也表示为h12e 或hr e。，称为电流放大系数，符号h21也表示为h21e 或hf e，即。，称为输出电导，符号h22也表示为h22e或ho e，即1/rce。上述方程式如仅考虑正弦量，可用复数量表示，写成由此可画出晶体管低频交流小信号模型：图图02.02.15 晶体管晶体管h 参数低频交流等效电路参数低频交流等效电路 请注意，h参数是一种小信号参数，也称微变参数或交流参数。h参数的大小与工作点有关，在放大区基本不变，所以 h 参数只适合对交流小信号的分析。其次h参
4、数的求解都有一 定的条件，四个h参数也有一定的物理意义，将在下面介绍。晶体管低频小信号模型中的h12的数值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/h22则很大，一般在105以上，放大电路外围的电阻值一般在几千欧，所以也可以忽略。于是可以得到h参数简化模型，如图所示。图图02.02.16 晶体管低频小信号简化模型晶体管低频小信号简化模型2.h参数的求解参数的求解2.1 晶体管交流输入电阻晶体管交流输入电阻rbe的求解的求解2.1.1 通过晶体管输入特性曲线求解通过晶体管输入特性曲线求解rbe 晶体管的交流输入电阻rbe，输入特性曲线上的求解过程如下：QQUbeIb 在讨论这个问题时，可借助于晶体
5、管的物理结构示意图，见图02.02.17(图中受控源未画)，晶体管内部有发射区、集电区和基区，以及两个PN结，b相当基区内的一个点，b才是基极。晶体管发射结伏安特性曲线方程式如下：2.1.2 通过发射结伏安特性方程式求解通过发射结伏安特性方程式求解rbe其交流电导为 常温下UT26mV，所以reQUT/IEQ=26 mV/IEQ图图02.02.11 物理结构示意图物理结构示意图 在共射组态下，从基极b看进去的等效电阻为rbe，其中的电流是ib。所以rbe是两部分电阻之和，一个是rbb，另一个是re归算到基极回路的电阻值，所以有 对于小功率晶体管，rbb200300。大功率晶体管的rbb约十几欧
6、姆至几十欧姆。2.2 晶体管电流放大系数晶体管电流放大系数 的求解的求解 输入信号通过耦输入信号通过耦合电容加在三极管的合电容加在三极管的发射结于是有下列过发射结于是有下列过程：程：三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出电压2.2.放大原理放大原理2.2.动态参数的估算动态参数的估算3.3.放大电路中的电压波形放大电路中的电压波形在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流信号之上的。静态时的直流信号用信号之上的。静态时的直流信号用UBE、UCE表示；交流表示；交流信号用信号用ube、uce表示；交流直流叠加在一起用表示；交流直流叠加在一起用
7、uBE、uCE表表示。示。1 放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，一般来说输出信号的能量得到了加强。3.1 放大电路的基本概念3.1.1 3.1.1 放大的概念放大的概念 基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路，可以将基本放大电路看成一个双端口网络。2 输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理3.1.2.1
8、 3.1.2.1 共射组态基本放大电路的组成共射组态基本放大电路的组成 以以共共射射组组态态基基本本放放大大电电路路为为例例加加以以说说明明。电电路路如如下所示。下所示。构成放大电路必须保证三极构成放大电路必须保证三极管处于放大状态，即发射结正偏，管处于放大状态，即发射结正偏，集电结反偏；保证输入信号可以集电结反偏；保证输入信号可以加到三极管的输入回路，同时经加到三极管的输入回路，同时经三极管放大的信号，可以输送到三极管放大的信号，可以输送到负载上去。负载上去。基本放大电路的组成包括：基本放大电路的组成包括：1。三极管。三极管2。偏置电阻。偏置电阻3。负载电阻。负载电阻4。耦合电容。耦合电容5
9、。直流电源。直流电源三极管VT：放大信号，起的能量控制的作用；偏置电路Rb1、Rb2、Re：使三极管发射结正偏，集电结反偏，保证三极管具有放大能力；负载电阻：包括三极管的集电极负载电阻Rc，放大电路的负载电阻RL；耦合电容C1、C2：耦合电容对放大的交流信号可视为短路，C1、Ce可保证信号加到发射结，Ce 称旁路电容。C2可保证信号加到负载电阻RL上；直流电源VCC：向基本放大电路提供工作电流，以及在三极管的控制之下向负载输送转换成的信号能量。3.1.2.2 3.1.2.2 静态和动态静态和动态 静态静态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。放大电
10、路建立正确的静态，是保证动态工作放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态动态 时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称交流工作状态交流工作状态。直流通道 交流通道 直流电源和耦合电容对交流相当于短路 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc、Re、Rb1、Rb1。能通过交流的电路通道。如从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc/RL和偏置电阻Rb1、Rb2。若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时
11、，没有压降。设C1、C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。3.1.2.3 3.1.2.3 直流通道和交流通道直流通道和交流通道动画3-5 请注意，h 参数是一种小信号参数，也称微变参数或交流参数。h 参数的大小与工作点有关，在放大区基本不变，所以 h 参数只适合对交流小信号的分析。其次 h 参数的求解都有一定的条件，四个 h 参数也有一定的物理意义，将在下面介绍。晶体管低频小信号模型中的h12的数值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/h22则很大，一般在105以上，放大电路外围的电阻值一般在几千欧，所以也可以忽略。于是可以得到h参数简化模型，如图所示。