萬能的三極管等效模型！幫你搞定各種參數(shù)分析

一般來說等效電路法又稱為低頻小信號模型，其具體為：在低頻小信號作用下的放大電路中，將放大電路中的基本元件看成一個(gè)線性雙口網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)的h參數(shù)來表示放大電路的輸入與輸出特性便可得到一個(gè)等效線性電路，所以也稱為h參數(shù)等效模型。

　　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電路中電流進(jìn)行放大，通過對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)。常見電路形式如圖1所示。

　　1.2 場效應(yīng)管放大電路

　　場效應(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)。常見電路形式如圖2所示?！　?.3 差分放大電路

　　差分放大電路的主要構(gòu)成為晶體管、場效應(yīng)管及若干電阻，它的主要特點(diǎn)在于采用完全對稱的電路結(jié)構(gòu)形式，以此來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，常見電路形式如圖3所示。

　　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，對于交流信號，又可以得到較大的等效電阻，從而提高電壓增益。常見電路形式如圖4所示。

　　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)用過程

　　首先將晶體管作為一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

　　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。

　　根據(jù)特性曲線，可以將輸入特性、輸出特性寫成關(guān)系式

　　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

　　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，故稱為h參數(shù)等效模型。

　　2.2 等效電路法的簡化模型

　　輸入回路：從前面對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間的電壓對輸入特性曲線的影響很小，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取代vCE>；VBE的所有特性曲線。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iC的影響很小，即在放大區(qū)輸出特性曲線幾乎是橫軸的平行線，可以認(rèn)為C-E間的動(dòng)態(tài)電阻1/hoe無窮大。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)。簡化后的h參數(shù)等效模型如圖9所示。

　　3 結(jié)束語

　　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效應(yīng)管及其組成的放大電路中，而其他類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、場效應(yīng)管放大電路相同，所以同樣可以采用等效電路法來分析。