體管的h參數(shù)等效電路及動態(tài)參數(shù)的估算.ppt

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E4a0224 等效電路法 E4a02242 晶體管的h參數(shù)等效電路 及動態(tài)參數(shù)的估算,1. 晶體管的h參數(shù)等效電路,晶體管h參數(shù)等效電路的推導有兩種方法，一是從晶體管的特性曲線出發(fā)，模擬出晶體管輸入回路和輸出回路的等效電路模型；二是在低頻線性條件下將晶體管看成一個線性雙口網(wǎng)絡，然后用輸入和輸出特性曲線方程式，通過求全微分來定義h參數(shù)，并建立等效電路模型。,1.1 通過特性曲線建立等效電路,,晶體管的輸入回路可以用輸入特性曲線上工作點Q 附近的動態(tài)輸入電阻 rbe 來模擬。,圖02.02.15 晶體管輸入回路的模擬,,晶體管的輸出特性曲線近似一個電流源，這個電流源受基極電流控制，屬于電流控制電流源(CCCS)，所以，晶體管的輸出回路可以用近似的電流源 來模擬。,將輸入和輸出回路的模型合在一起，即構成了晶體管的簡化模型。,圖02.02.15 晶體管輸出回路的模擬,圖02.02.16 晶體管的簡化模擬,低頻線性條件下將晶體管看成一個線性雙口網(wǎng)絡，然后用輸入和輸出特性曲線方程式，通過求偏導數(shù)來定義h參數(shù)，并建立等效電路模型。,1.2 通過特性曲線方程式建立等效電路,晶體管在輸入和輸出特性曲線方程式如下：,,在小信號條件下，為研究各變量間的關系，可對上列iC和uBE的函數(shù)求全微分：,,,,式中出現(xiàn)的四個系數(shù)，分別為,,,,,，稱為輸入電阻，符號h11也表示為h11e或hi e， 即 rbe。,，稱為電壓反饋系數(shù)，符號h12也表示為h12e 或hr e。,，稱為電流放大系數(shù)，符號h21也表示為h21e 或hf e，即?。,，稱為輸出電導，符號h22也表示為h22e或ho e， 即1 / rce。,,,,,上述方程式如僅考慮正弦量，可用復數(shù)量表示，寫成,,由此可畫出晶體管低頻交流小信號模型：,?,,圖02.02.15 晶體管h 參數(shù)低頻交流等效電路,,請注意，h參數(shù)是一種小信號參數(shù)，也稱微變參數(shù)或交流參數(shù)。h參數(shù)的大小與工作點有關，在放大區(qū)基本不變，所以 h 參數(shù)只適合對交流小信號的分析。其次h參數(shù)的求解都有一 定的條件，四個h參數(shù)也有一定的物理意義，將在下面介紹 。,,,,,,晶體管低頻小信號模型中的h12的數(shù)值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/ h22則很大，一般在105?以上，放大電路外圍的電阻值一般在幾千歐，所以也可以忽略。于是可以得到h參數(shù)簡化模型，如圖02.02.16所示。,圖02.02.16 晶體管低頻小信號簡化模型,2. h參數(shù)的求解,2.1 晶體管交流輸入電阻rbe的求解,2.1.1 通過晶體管輸入特性曲線求解rbe,晶體管的交流輸入電阻rbe ，輸入特性曲線上的求解過程如下：,Q,,,,,Q,,,,,在討論這個問題時，可借助于晶體管的物理結構示意圖，見圖02.02.17 (圖中受控源未畫) ，晶體管內部有發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和基區(qū)，以及兩個PN結，b相當基區(qū)內的一個點，b才是基極。晶體管發(fā)射結伏安特性曲線方程式如下：,2.1.2 通過發(fā)射結伏安特性方程式求解rbe,,其交流電導為,,,常溫下UT≈26mV，所以re?Q≈UT /IEQ=26 mV/ IEQ,圖02.02.11 物理結構示意圖,,在共射組態(tài)下，從基極b看進去的等效電阻為rbe，其中的電流是ib。所以rbe是兩部分電阻之和，一個是rbb? ，另一個是re歸算到基極回路的電阻值，所以有,對于小功率晶體管，rbb′≈200?～300?。大功率晶體管的rbb′約十幾歐姆至幾十歐姆。,2.2 晶體管電流放大系數(shù) ? 的求解,輸入信號通過耦合電容加在三極管的發(fā)射結于是有下列過程：,三極管放大作用,變化的 通過 轉 變?yōu)樽兓妮敵鲭妷?2. 放大原理,2. 動態(tài)參數(shù)的估算,,3. 放大電路中的電壓波形,在放大電路中變化的交流信號是疊加在靜態(tài)的直流信號之上的。靜態(tài)時的直流信號用UBE、 UCE表示；交流信號用ube、 uce表示；交流直流疊加在一起用uBE、 uCE表示。,1． 放大電路主要利用三極管或場效應管的控制作用放大微弱信號，輸出信號在電壓或電流的幅度上得到了放大，一般來說輸出信號的能量得到了加強。,3.1 放大電路的基本概念,3.1.1 放大的概念,基本放大電路一般是指由一個三極管或場效應管組成的放大電路，可以將基本放大電路看成一個雙端口網(wǎng)絡。,2． 輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉換成信號能量，提供給負載。,3.1.2 基本放大電路的組成及工作原理 3.1.2.1 共射組態(tài)基本放大電路的組成,以共射組態(tài)基本放大電路為例加以說明。電路如下所示。,構成放大電路必須保證三極管處于放大狀態(tài)，即發(fā)射結正偏，集電結反偏；保證輸入信號可以加到三極管的輸入回路，同時經(jīng)三極管放大的信號，可以輸送到負載上去。,基本放大電路的組成包括：1。三極管 2。偏置電阻 3。負載電阻 4。耦合電容 5。直流電源,三極管VT：放大信號，起的能量控制的作用；,偏置電路Rb1、 Rb2、Re ：使三極管發(fā)射結正偏，集電結反偏，保證三極管具有放大能力；,負載電阻：包括三極管的集電極負載電阻Rc，放大電路的負載電阻RL；,耦合電容C1、 C2：耦合電容對放大的交流信號可視為短路， C1、 Ce可保證信號加到發(fā)射結， Ce 稱旁路電容。 C2可保證信號加到負載電阻RL上；,直流電源VCC：向基本放大電路提供工作電流，以及在三極管的控制之下向負載輸送轉換成的信號能量。,,3.1.2.2 靜態(tài)和動態(tài),靜態(tài)—— 時，放大電路的工作狀態(tài)， 也稱直流工作狀態(tài)。,放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通道和交流通道。,動態(tài)—— 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。,,直流通道 交流通道 直流電源和耦合電容對交流相當于短路,即能通過直流的通道。從C、B、E向外 看，有直流負載電阻， Rc 、 Re 、 Rb1、 Rb1 。,能通過交流的電路通道。如從C、 B、E向外看，有等效的交流負載電阻， Rc//RL和偏置電阻Rb1、 Rb2 。,若直流電源內阻為零，交流電流流過直 流電源時，沒有壓降。設C1、 C2 足夠大，對 信號而言，其上的交流壓降近似為零。在交 流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。,3.1.2.3 直流通道和交流通道,動畫3-5,請注意，h 參數(shù)是一種小信號參數(shù)，也稱微變參數(shù)或交流參數(shù)。h 參數(shù)的大小與工作點有關，在放大區(qū)基本不變，所以 h 參數(shù)只適合對交流小信號的分析。其次 h 參數(shù)的求解都有一定的條件，四個 h 參數(shù)也有一定的物理意義，將在下面介紹 。,,,,,,晶體管低頻小信號模型中的h12的數(shù)值很小，一般小于10-4，可以忽略；而1/ h22則很大，一般在105?以上，放大電路外圍的電阻值一般在幾千歐，所以也可以忽略。于是可以得到h參數(shù)簡化模型，如圖02.02.16所示。,,