由于放大电路中BJT是一个非线性器件,电路的分析不能运用我们在电路理论中已掌握的公式和定律。如能在一定条件下,建立BJT的线性化模型,将BJT非线性器件线性化,那么,对放大电路的分析就迎刃而解了。从实际的BJT特性曲线可见,在小范围内可将其非线性作线性化处理,此时,BJT的电流、电压有线性关系存在。这样,在小信号范围可建立BJT的线性模型了。
BJT为有源双口网络,它可以采用H参数来进行分析。
BJT在共射极电路的输入回路和输出回路有
设BJT在小信号下工作,对上两式取全微分,得
(1)
(2)
将无限小的信号增量用有限的增量来代替,式(1)及式(2)写成下列形式
输出端交流短路时的输入电阻,单位为欧姆(W);
输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数(无量纲);
输入端交流开路时的反向电压传输比(无量纲);
输入端交流开路时的输出电导,单位为西门子(S);
hie,hre,hfe,hoe称为BJT在共射极接法下的H参数
在小信号条件下,对BJT求H参数有:
(1)
(2)
式(1)表明输入电压vbe是由hieib和hrevce两个电压相加构成,即得如图左边的输入等效电路。
式(2)表明输出电流ic由hfeib和
两个并联支路的电流相加而成。这样,又得到图右边的输出端等效电路。
以上所得电路就是把BJT线性化后的线性模型。在分析计算时,可以利用这个模型来代替BJT,从而,可以把BJT当作线性电路来处理,使非线性复杂电路的计算得以解决。
由于BJT的H参数与Q点有关,因此在电路动态分析前,必须首先确定电路的Q点。
获得H参数的方法:
1、可采用H参数测试仪,或利用BJT特性图示仪测量
2、也可以借助下面的公式进行估算:
rbe= rb+(1+b)re(1)
式中:rb为基区体电阻,低频小功率管的rb约为200 左右。
re为发射结电阻。re的值为VT(mV)/IE(mA)。
式(1)可改写为
(2)
式中:在室温(300K)时,VT的值为26mV。式(2)的适用范围为0.1mA<IE<5mA。
共射极接法的BJT的小信号模型,H参数的数量级一般为
由以上数字可见,在输入回路中hrevce比vbe小得多,而输出回路中负载电阻Rc(或RL)比BJT输出电阻1/hoe小得多,所以在模型中常常可以把hre和hoe忽略掉。用rbe代替hie并且b代替hfe,用mr代替hre,用rce代替1/ hoe。则图1可得图2所示简化模型。图2所示简化模型常用来分析低频放大电路所得放大电路的各主要指标。
图1 图2为正确使用BJT的H参数小信号模型分析电路,对BJT H参数小信号模型的讨论如下:
① 模型中电流源hfeib的性质:电流源hfeib实质上只是代表BJT的电流控制作用,它受控于ib,称为受控电源。
② 电流源的流向:BJT H参数小信号模型中电流源hfeib的流向是在假定正向的原则下定出的。根据BJT工作的物理实质和hfe的定义,ib的流向与ic的流向相同。
同理,等效电压源hrevce也是一个受控电源,也具有从属性,它在电路中的极性根据hre的定义,不能随意假定。
③ 模型的对象是变化量:小信号模型中所讨论电压、电流也都是变化量,因此不能利用小信号模型来求Q点,或者利用它来计算某一时间的电压和电流总值。
利用BJT的H参数小信号模型分析放大电路的步骤:
1.根据直流通路估算静态工作点,并确定H参数;
2.画出放大电路的交流通路;
3.根据交流通路用BJT的H参数小信号模型代替电路中的BJT,画出放大电路的小信号模型等效电路。
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