三極管微變等效模型(小信號模型)的建立
發布時間:2011/11/4 9:37:33 訪問次數:7382
放大電路中含有非線性元件三極管,XPT4871這是一種非線性電路,非線性電路分析較為復雜。觀察圖2-13三極管工作點Q附近,近似為線性區,當三極管放大小信號時,就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替,從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理,這就需要對三極管建立線性模型,即為小信號建模,是把非線性問題線性化的工程處理方法。
對三極管的小信號建模,通常有兩種方法:一種是已知網絡的特性方程,按此方程畫出、小信號模型;另一種則是根據三極管呈現的物理特點加以分析,再用電阻、電容和電感等電路元件來模擬其物理過程,從而得出模型。本節從第二種方法出發結合特性曲線來建立小信號模型。
如圖2 -13所示是三極管的輸入、輸出特性曲線。在工作點Q附近因輸入信號的幅度很小,可用直線對輸入特性曲線線性化,經線性化后的三極管輸入端等效于一個電阻rbe,輸出端等效于一個強度為βib的受控電流源,NPN三極管與外電路的連接圖如圖2- 14(a)所示,三極管線性化后的微變等效電路(equivalent circuit)如圖2- 14(b)所示。
1.三極管的微變等效電路
三極管的輸入電壓和輸入電流的關系由輸入特性曲線表示。如果輸入信號很小,就可以把靜態工作點附近的曲線當作直線,即近似地認為輸入信號電流正比于輸入電壓,這樣就可以用一個等效電阻來代表輸入電壓和電流的關系
rbe=△UBE/△IB
rbe稱為三極管的輸入電阻,它的大小與靜態工作點有關,通常在幾百歐至幾千歐之間。
對于低頻小功率三極管,常用下式估算,式中rbb常取100~300Ω,IEQ是發射極靜態電流。
rbe=rbb+(1+β)26mV/IEQ(mV)=300+(1+β)26(mV)/IEQ(mV) (2-4)
在輸出端,三極管工作在放大區內,輸出特性曲線可近似看成是一組與橫軸平行的直線。集電極電流與UCE無關,而只受基極電流控制。 β=△Ic/△IB=ic/ib
因此三極管的輸出電路可用電流源△lc =β△IB來等效表示。但△Ic不是獨立電源,而是受△IB控制的電流源,稱為受控電流源。
2、注意事項
①等效電路中的電流源βib為一受控電流源,它的數值和方向都取決于基極電流ib不能隨意改動。ib的正方向可以任意假設,但一旦假設好之后,ib的方向就確定了。如果假設ib的方向為流人基極,則βib的方向必定從集電極流向發射極;反之,如果假設ib的方向為流出基極,則βib的方向必定從發射極流向集電極。無論電路如何變化,支路如何移動,上述方向必須嚴格保持。
放大電路中含有非線性元件三極管,XPT4871這是一種非線性電路,非線性電路分析較為復雜。觀察圖2-13三極管工作點Q附近,近似為線性區,當三極管放大小信號時,就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替,從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理,這就需要對三極管建立線性模型,即為小信號建模,是把非線性問題線性化的工程處理方法。
對三極管的小信號建模,通常有兩種方法:一種是已知網絡的特性方程,按此方程畫出、小信號模型;另一種則是根據三極管呈現的物理特點加以分析,再用電阻、電容和電感等電路元件來模擬其物理過程,從而得出模型。本節從第二種方法出發結合特性曲線來建立小信號模型。
如圖2 -13所示是三極管的輸入、輸出特性曲線。在工作點Q附近因輸入信號的幅度很小,可用直線對輸入特性曲線線性化,經線性化后的三極管輸入端等效于一個電阻rbe,輸出端等效于一個強度為βib的受控電流源,NPN三極管與外電路的連接圖如圖2- 14(a)所示,三極管線性化后的微變等效電路(equivalent circuit)如圖2- 14(b)所示。
1.三極管的微變等效電路
三極管的輸入電壓和輸入電流的關系由輸入特性曲線表示。如果輸入信號很小,就可以把靜態工作點附近的曲線當作直線,即近似地認為輸入信號電流正比于輸入電壓,這樣就可以用一個等效電阻來代表輸入電壓和電流的關系
rbe=△UBE/△IB
rbe稱為三極管的輸入電阻,它的大小與靜態工作點有關,通常在幾百歐至幾千歐之間。
對于低頻小功率三極管,常用下式估算,式中rbb常取100~300Ω,IEQ是發射極靜態電流。
rbe=rbb+(1+β)26mV/IEQ(mV)=300+(1+β)26(mV)/IEQ(mV) (2-4)
在輸出端,三極管工作在放大區內,輸出特性曲線可近似看成是一組與橫軸平行的直線。集電極電流與UCE無關,而只受基極電流控制。 β=△Ic/△IB=ic/ib
因此三極管的輸出電路可用電流源△lc =β△IB來等效表示。但△Ic不是獨立電源,而是受△IB控制的電流源,稱為受控電流源。
2、注意事項
①等效電路中的電流源βib為一受控電流源,它的數值和方向都取決于基極電流ib不能隨意改動。ib的正方向可以任意假設,但一旦假設好之后,ib的方向就確定了。如果假設ib的方向為流人基極,則βib的方向必定從集電極流向發射極;反之,如果假設ib的方向為流出基極,則βib的方向必定從發射極流向集電極。無論電路如何變化,支路如何移動,上述方向必須嚴格保持。
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