等效電路法在放大電路分析中的應用

在介紹了幾種常見放大電路的基礎上，主要以晶體管放大電路為例，闡述了放大電路等效模型的建立過程。分析證明，該結論適用于場效應管及其組成的放大電路中。

等效電路法，又稱為低頻小信號模型，即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線性雙口網(wǎng)絡，利用該網(wǎng)絡的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 場效應管放大電路
場效應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。常見電路形式如圖2所示。

1．3 差分放大電路
差分放大電路的主要構成為晶體管、場效應管及若干電阻，它的主要特點在于采用完全對稱的電路結構形式，以此來抑制基本放大電路產(chǎn)生的零點漂移，使得工作點更加穩(wěn)定，常見電路形式如圖3所示。

1．4 有源負載放大電路
有源負載放大電路主要構成元件為晶體管、場效應管及若干電阻，這種放大電路以電流源電路作為有源負載，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用實例
為了研究等效電路法在實際放大電路分析中的應用，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用過程
首先將晶體管作為一個雙口網(wǎng)絡，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)絡外部的端電壓和電流之間的關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、輸出特性寫成關系式

h參數(shù)的下標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，第一項表示由iB產(chǎn)生一個電壓，所以hie為一電阻；第二項vCE由產(chǎn)生一個電壓，因而hre無量綱；所以B-E間可以等效成一個電阻與一個受控電壓源串聯(lián)。
電流iC也由兩部分組成，第一項表示由iB控制產(chǎn)生一個電流，因而hfe無量綱；第二項表示由vCE產(chǎn)生一個電流，因而hoe為電導；所以C-E間可以等效為一個受控電流源與一個電阻并聯(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，當晶體管工作在放大區(qū)時，C-E間的電壓對輸入特性曲線的影響很小，即管子的內反饋可以忽略不計，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，認為hre=0，則晶體管的輸入回路只等效為一個動態(tài)電阻rBE(hie)。
輸出回路：當晶體管工作在放大區(qū)時，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，可以認為C-E間的動態(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 結束語
分析了晶體管等效模型，其分析結論可直接用于分析由晶體管所構成放大電路的各種動態(tài)參數(shù)，該結論完全可以適用于場效應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成的集成運算放大電路，由于其基本構成與晶體管、場效應管放大電路相同，所以同樣可以采用等效電路法來分析。