模拟电子中放大电路的基本分析方法
一.放大電路的直流通路和交流通路
為什么需要將一個放大電路中直流通路和交流通路分開來研究呢?通常放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用是同時存在的,這就會讓電路的分析復雜化。因此為了簡化分析電路,通常我們會將二者分開。
1.直流通路:只有直流電源作用下的電路,這也就意味著令交流源的電壓值為零,保留其內阻;電容視為開路;電感相當于短路;
2.交流通路:大電容相當于短路,直流電源相當于短路。
二.基本共射放大電路的直流通路和交流通路
1.直流通路
圖一為最基本的放大電路,圖二是這個電路的直流通路,直流通路只是針對靜態工作點的。根據直流通路我們能很輕松的求出靜態情況下各個電路數值
值得注意的一點是,雖然對于Ube的電壓并沒有一個十分確定的數值,但是我們在求解直流通路的物理量過程中可以將Ube作為一個確定的數來進行求解。
上圖是基本放大電路的交流通路。
2.阻容耦合單管放大電路的交流通路
從上圖中很明顯的就可以看出輸入端受到信號的作用后,在輸出端是Rc和Rl并聯輸出的。
三.等效電路法
半導體器件的非線性特性讓我們在分析電路特性的時候變得非常復雜,這個時候我們可以將晶體管看成黑盒子,通過研究黑盒子之外電路的特性來分析黑盒子的特性,也就是利用線性元件來建立模型去分析非線性器件的特性。
1.直流模型(我們為了在得到一個很好的放大倍數前提下并且保證整個電路不會失真,因此要選定一個合適的靜態工作點)這樣直流模型就應運而出,它適合靜態工作點的分析
在文章開頭部分我們求解輸入回路以及輸出回路的時候,就是將三極管Ube之間的電壓看成一個固定的值,Ic受控于Ib,這樣我們就能很簡單的得到三極管的直流模型,如下圖所示:
注:二極管是理想二極管,在這里的作用只是為了限制電流方向。
2.交流模型:
晶體管的h參數等效模型(交流等效模型)
在交流通路中我們可以將晶體管看成一個二端口網絡,輸入回路和輸出回路各自作為一個端口。
從輸入特性曲線中我們可以很明顯的看到,晶體管的開啟電壓Ube是Ib和Uce的函數,在輸出特性曲線中我們可以看到晶體管的電流Ic是Ib和Uce的函數。在變化的情況下想要求解三者之間的關系,就需要對其進行全微分。
對于上面的式子可以這樣的理解:在Uce不變的情況下,Ib的變化時如何影響Ube的,以及在Ib不變的情況下,Uce的變化時如何影響Ube的。后邊的微分是一個非常微小的量,在這里我們可以將其認為是電路中微小的動態量,因此就誕生出了下邊的h參數的基本模型:
下面我們來分析這個h參數的模型,在輸入端,Ube的動態電壓是h11與動態Ib的乘積加上h12與動態的Uce之間電壓,這樣h11就是一個電阻的量綱,h12是一個無量綱的數(這里可以理解為電壓控制的電壓源);在輸出端,動態的Ic是h21與輸入端動態Ib的乘積加上h22與動態的Uce的乘積。因此h21是一個無量綱的數(我們可以理解為電流控制的電流源),h22是一個電導的量綱。這樣我們就能畫出三極管的交流小信號h參數模型:
h參數的物理意義:
對于h11來說,它描述的是在Uce不變的前提下,Ube之間的變化量與Ib的變化量之比,因此它是一個動態電阻,我們用rbe來表示。
對于h12來說,是在Ib電壓保持不變的情況下,輸出回路Uce對于輸入回路Ube的影響,H12這個參數為內反饋系數。
對于h21來說,它是在Uce不變的前提下,Ic與Ib的比值,這個我們很熟悉了,它就是電流放大倍數β;
對于h22來說,它是在Ib電流不變的情況下,在輸出特性曲線上,當Uce進行變化的時候,Ic是如何進行變化的。這描述的是輸出特性曲線上翹的程度。
h參數的舍取:
讓我們先來回想一下小功率管的輸入特性,當時是這樣描述Uce對于Ube的影響的:對于小功率管子來說,當Uce>1的時候,它對于Ube的影響可以用一條曲線來代替。因此這個參數對于我們來說并不重要。
當管子做的比較好的時候,Rce是趨近于無窮大的,也就意味著輸出特性曲線基本平行于橫軸,因此在大多數情況下這個參數是可以忽略不計的。
由于基區做的比較薄并且載流子數量很小,因此它的電阻比較大,不可忽略。發射結電阻可以根據PN結的公式以及靜態工作點計算出來,因此rbe是可以得到的。
3.基本共射放大電路的動態分析:
注:電壓放大倍數的負號指的是輸出和輸入時反向的。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的模拟电子中放大电路的基本分析方法的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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