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事半功倍!有了三極管等效模型,輕松搞定參數(shù)分析

發(fā)布時(shí)間:2015-02-06 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】等效電路法就是低頻小信號(hào)模型。詳細(xì)的說(shuō)就是在低頻小信號(hào)的作用的放大電路中,放大電路的基本元件被看做線(xiàn)性雙口網(wǎng)絡(luò)。利用網(wǎng)絡(luò)的H參數(shù)來(lái)表示放大電路的輸入和輸出特性,這樣可以輕松獲得等效線(xiàn)性電路。

1 模擬電路中的常用放大電路

1.1 晶體管放大電路

晶體管放大電路的主要構(gòu)成元件為pnp型、npn型硅晶體管及若干電阻組成。它主要利用晶體管的特性對(duì)電路中電流進(jìn)行放大,通過(guò)對(duì)該電路的輸入特性與輸出特性的分析,得出該放大電路包含3種工作狀態(tài),即飽和區(qū)、放大區(qū)及截止區(qū),正常情況下應(yīng)使放大電路工作在放大區(qū)。常見(jiàn)電路形式如圖1所示。

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1.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

場(chǎng)效應(yīng)管也是作為一種最基本的放大電路,它的主要組成為場(chǎng)效應(yīng)管及若干電阻,其工作原理與電路形式和晶體管放大電路相同,相比晶體管放大電路,具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。常見(jiàn)電路形式如圖2所示。

1.3 差分放大電路

差分放大電路的主要構(gòu)成為晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及若干電阻,它的主要特點(diǎn)在于采用完全對(duì)稱(chēng)的電路結(jié)構(gòu)形式,以此來(lái)抑制基本放大電路產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移,使得工作點(diǎn)更加穩(wěn)定,常見(jiàn)電路形式如圖3所示。

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1.4 有源負(fù)載放大電路

有源負(fù)載放大電路主要構(gòu)成元件為晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及若干電阻,這種放大電路以電流源電路作為有源負(fù)載,這樣在電源電壓不變的情況下,既可獲得合適的靜態(tài)電流,對(duì)于交流信號(hào),又可以得到較大的等效電阻,從而提高電壓增益。常見(jiàn)電路形式如圖4所示。
 
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2 等效電路法在放大電路分析中的應(yīng)用實(shí)例

為了研究等效電路法在實(shí)際放大電路分析中的應(yīng)用,下面以晶體管放大電路分析為例。

2.1 等效電路法的具體應(yīng)用過(guò)程

首先將晶體管作為一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò),如圖5所示。

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以B-E作為輸入端口,以C-E作為輸出端口,則網(wǎng)絡(luò)外部的端電壓和電流之間的關(guān)系就是晶體管的輸入特性和輸出特性,如圖6和圖7所示。

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根據(jù)特性曲線(xiàn),可以將輸入特性、輸出特性寫(xiě)成關(guān)系式
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h參數(shù)的下標(biāo)e表示共發(fā)射極接法,i表示輸入;r表示反向傳輸;f表示正向傳輸;o表示輸出,其中
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由h參數(shù)方程可知,電壓vBE由兩部分組成,第一項(xiàng)表示由iB產(chǎn)生一個(gè)電壓,所以hie為一電阻;第二項(xiàng)vCE由產(chǎn)生一個(gè)電壓,因而hre無(wú)量綱;所以B-E間可以等效成一個(gè)電阻與一個(gè)受控電壓源串聯(lián)。

電流iC也由兩部分組成,第一項(xiàng)表示由iB控制產(chǎn)生一個(gè)電流,因而hfe無(wú)量綱;第二項(xiàng)表示由vCE產(chǎn)生一個(gè)電流,因而hoe為電導(dǎo);所以C-E間可以等效為一個(gè)受控電流源與一個(gè)電阻并聯(lián)。這樣得到的晶體管的等效模型如圖8所示。由于h參數(shù)方程中的4個(gè)h參數(shù)的量綱都不同,故稱(chēng)為h參數(shù)等效模型。

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2.2 等效電路法的簡(jiǎn)化模型

輸入回路:從前面對(duì)晶體管的特性分析可知,當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí),C-E間的電壓對(duì)輸入特性曲線(xiàn)的影響很小,即管子的內(nèi)反饋可以忽略不計(jì),可以vCE>;VBE用的任意一條特性曲線(xiàn)取代vCE>;VBE的所有特性曲線(xiàn)。因此,認(rèn)為hre=0,則晶體管的輸入回路只等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rBE(hie)。

輸出回路:當(dāng)晶體管工作在放大區(qū)時(shí),C-E間電壓的變化對(duì)iC的影響很小,即在放大區(qū)輸出特性曲線(xiàn)幾乎是橫軸的平行線(xiàn),可以認(rèn)為C-E間的動(dòng)態(tài)電阻1/hoe無(wú)窮大。因此,hoe近似為0,晶體管的輸出回路只等效為一個(gè)電流iB控制的電流源βiB(hfeiB)。簡(jiǎn)化后的h參數(shù)等效模型如圖9所示。

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結(jié)語(yǔ)

以上分析了晶體管等效模型,其分析結(jié)論可直接用于分析由晶體管所構(gòu)成放大電路的各種動(dòng)態(tài)參數(shù),該結(jié)論完全可以適用于場(chǎng)效應(yīng)管及其組成的放大電路中,而其他類(lèi)型放大電路如差分放大電路、功率放大電路,還有由許多基本電路構(gòu)成的集成運(yùn)算放大電路,由于其基本構(gòu)成與晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路相同,所以同樣可以采用等效電路法來(lái)分析。

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