3.2.3 三极管的低频小信号模型 模拟电子技术基础课件

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对于三极管的发射结求发射结的动态电导，b相当基区内一个点，b是基极 re≈VT / iE re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03.17 h11和h12的意义h参数的物理含义见图03.17和图03.18。

图 03.18 h21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CE0BCEC B0CEBC CCE0BCEBE B0CEBBE BEvviiiiivvviivvivivDDD+DDD=DDDD+DDD=D====DDDD，称为输入电阻，即 rbe称为电压反馈系数称为电流放大系数，即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= VCC Rb2 / (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) 输入电阻 = rbe // Rb1// Rb2≈rbe= rbb' +(1+β)26 mV/ IE=300Ω+(1+β)26 mV/ IE (03.17)电压放大倍数= －βR'L / rbe (03.16)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(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03.23 CC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（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03.27 CB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 ≈RC例题:在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6kΩ, RE1= 300Ω， RE2= 2.7KΩ， RB1= 60kΩ， RB2= 20kΩ RL= 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2）微变等效电路如图rbeRCRLRE+ +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－IDQR IDQ= IDSS[1－(VGSQ /VGS(off))]2 VDSQ= 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②输入电阻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 ，于是交流参数归纳如下①电压放大倍数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。

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 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交流参数归纳如下①电压放大倍数③输出电阻②输入电阻Ri=Rg+(Rg1//Rg2)3.3.3 共栅组态基本放大电路共栅组态放大电路如图03.36所示，其 微变等效电路如图03.37所示图 03.36共栅组态放大电路 图 03.37 微变等效电路(1)直流分析与共源组态放大电路相同2)交流分析 ①电压放大倍数②输入电阻③输出电阻Ro≈Rd交流参数归纳如下①电压放大倍数. ②输入电阻③输出电阻Ro≈Rd3.3.4 三种接法基本放大电路的比较三种基本放大电路的比较如下组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CDbeLLbeLbeL+=CB)1()(1 =CC=CErRβARβrRβArRβAvvv+++&&&：：：电压放大倍数三种基本放大电路的比较如下组态对应关系： CE / CB / CC CS / CG / CD输入电阻Ri CB:CC:CE:CS：Rg1 // Rg2CD：Rg+ (Rg1 // Rg2 )CG：R//(1/gm)Re//[rbe/(1+) ]三种基本放大电路的比较如下组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD输出电阻Ro CS：rds // RdCD：R//(1/gm)CG：Rd。