模电学习总结

放大电路的主要性能指标

➢电压放大倍数 (电压增益)
➢输入电阻.
➢输出电阻
➢通频带
➢非线性失真系数、最大输出不失真电压、最大输出功率与效率.

$A_{u}=\frac{u_{o}}{u_{i}}=\frac{\dot{U}_{o}}{\dot{U}_{I}}$
$R_{i}=\frac{u_{i}}{i_{i}}$
$R_{o}=\left.\frac{u_{o}}{i_{o}}\right|_{u_{i}=0}$

$r_{\mathrm{be}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{be}}}{\dot{I}_{\mathrm{b}}}=r_{\mathrm{bb}^{\prime}}+(1+\beta) \frac{26 \mathrm{mV}}{I_{\mathrm{EQ}}}=r_{\mathrm{bb}^{\prime}}+\frac{26 \mathrm{mV}}{I_{\mathrm{BQ}}}$

核心

因为基区参杂浓度很低，所以基区体电阻远大于发射区和集电区的体电阻，所以忽略 $r_c,r_e$,且 $r_{\mathrm{b}^{\prime} e^{\prime}} \approx r_{\mathrm{b}^{\prime} e}$

放大电路的等效电路法

1、固定偏置(基本)共射电路

• 动态分析

1. 交流通路：在输入信号作用下交流电流流经的通路。
   画法：理想直流电源和大容量的电容皆短路。相当于简略了 $V_{CC}和V_{BB}$,把直流电源理想化(忽略内阻)，简略电容。
2. 动态分析模型建立：
   
   

外加电压法的原理是戴维宁定理，所以会有信号源短路保留内阻 $R_{s}$。

关于为什么求输出电阻 $R_o$时，受控源内阻看作无穷大:

输入电压与输出电压反相

2、工作点稳定共射放大电路

静态分析：

①采用近似法计算静态工作点
在满足 $R_{\mathrm{e}} \gg \frac{R_{\mathrm{b}}}{1+\beta}$的条件下采用近似法;否则采用戴维南定理进行计算。

为什么老师在教学 的时候不给些典型的数据，没有数据理解这些变量之间的数量 关系就不知道，学了也不会设计电路。

$R_{b1}和R_{b2}的选取原则$
$I_{1} \approx I_{2}=(5 \sim 10) I_{B}$，所以 $R_{\mathrm{b} 1},R_{\mathrm{b} 2}$不能太大。

$V_{B}=(5 \sim 10) U_{B E}=\left\{\begin{array}{l}S_{i}: 3 \sim 7 V \\ G_{e}: 1 \sim 3 V\end{array}\right.,U_{BE}主要由晶体管决定$

$R_{b 1}=\frac{V_{B}}{I_{1}}, R_{b 2}=\frac{V_{C C}-V_{B}}{I_{2}}$

$V_{\mathrm{B}} \approx \frac{R_{\mathrm{b} 2}}{R_{\mathrm{b} 1}+R_{\mathrm{b} 2}} V_{\mathrm{CC}}$	主要受 $R_{\mathrm{b} 1},R_{\mathrm{b} 2}影响$
$I_{\mathrm{CQ}} \approx I_{\mathrm{EQ}}=\frac{U_{\mathrm{B}}-U_{\mathrm{BEQ}}}{R_{\mathrm{e}}}$	$U_{\mathrm{BEQ}}$由晶体管和环境温度决定
$I_{\mathrm{BQ}} \approx \frac{I_{\mathrm{CQ}}}{\beta}$
$\begin{aligned} U_{\mathrm{CEQ}} &=V_{\mathrm{CC}}-I_{\mathrm{CQ}} R_{\mathrm{c}}-I_{\mathrm{EQ}} R_{\mathrm{e}} \\ & \approx V_{\mathrm{CC}}-I_{\mathrm{CQ}}\left(R_{\mathrm{c}}+R_{\mathrm{e}}\right) \end{aligned}$

动态分析：
依据放大电路画出H参数等效电路。
画法：

1. 对交流通路(含有电容)，把电容短路，理想直流电源接地(或者理解为短路)，R_{b1},R_{c}上端经翻转后接地，得到交流通路。(相当于简略了电容和直流偏置电源)。
2. 然后用晶体管简化的H参数等效模型，取代图中的晶体管，并正确标出电流和电压有效值的相量，得到H参数等效电路。

如图：

分两种情况：
1. 没有电容 $C_E$的时候：

增益较小，但是非常稳定

$\dot{U}_{\mathrm{i}}=\dot{I}_{\mathrm{b}} r_{\mathrm{be}}+(1+\beta) \dot{I}_{\mathrm{b}} R_{\mathrm{e}}$

$\dot{U}_{\mathrm{o}}=-\beta \dot{I}_{\mathrm{b}}\left(R_{\mathrm{c}} / / R_{\mathrm{L}}\right)=-\beta \dot{I}_{\mathrm{b}} R_{\mathrm{L}}^{\prime}$

$\dot{A}_{\mathrm{u}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{o}}}{\dot{U}_{\mathrm{i}}}=-\frac{\beta R_{\mathrm{L}}^{\prime}}{r_{\mathrm{be}}+(1+\beta) R_{\mathrm{e}}}$

$R_{\mathrm{i}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{\dot{I}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{b}_{1}} / / R_{\mathrm{b}_{2}} / /\left[r_{\mathrm{be}}+(\mathbf{1}+\beta) R_{\mathrm{e}}\right]$

$R_o$计算：外加电压法，受控电流源内阻为无穷大。于是 $R_{\mathrm{o}} \approx R_{\mathrm{c}}$

电压放大倍数由于Re的存在而减小,所以可以在 $R_e$两端并联一个点解电容 $C_e$提高放大倍数。这种情况下 $R_{e}$被 $C_e$短路，所以H参数等效模型如下：

2. 并联电容 $C_E$的时候：

与前面固定式偏置电路相比较，交流放大的性能是一样的

$\dot{U}_{\mathrm{i}}，\dot{U}_{\mathrm{o}}不变$

$\dot{A}_{\mathrm{u}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{o}}}{\dot{U}_{\mathrm{i}}}=-\frac{\beta R_{\mathrm{L}}^{\prime}}{r_{\mathrm{be}}}$

$R_{\mathrm{i}}=R_{\mathrm{b} 1} / / R_{\mathrm{b}_{2}} / / r_{\mathrm{be}}$

$\mathbf{r}_{\mathrm{be}}+(\mathbf{1}+\boldsymbol{\beta}) R_{\mathrm{e}}$的由来：流过 $r_{be}$的电流为 $I_b$,流过 $R_{e}$的电流为 $I_{e} = (1+\beta)I_b$,所以 $\dot{U_i} = I_b * r_{be} + (1+\beta)I_b*R_{e}$，于是求得等效电阻。

输入电压与输出电压反相

3、共集基本放大电路

该电路是以晶体管的基极输入信号，发射极输出信号。直流电源对交流信相当于对地短路，此时集电极作为输入，输出回路的公共端，故称为共集基本放大电路。

$R_b$:基极偏置电阻
$R_e$:发射极电阻, $R_b$, $R_e$共同为晶体管提供偏置。
Re还将发射极交流电流的变化转换成发射极交流电压的变化。
$C_1,C_2$为耦合电容。

对比固定偏置共射电路：

1、静态分析

$\begin{aligned} V_{\mathrm{CC}} &=I_{\mathrm{BQ}} R_{\mathrm{b}}+U_{\mathrm{BEQ}} +(1+\beta) I_{\mathrm{BQ}} R_{\mathrm{e}} \end{aligned} \\ I_{\mathrm{BQ}}=\frac{V_{\mathrm{CC}}-U_{\mathrm{BEQ}}}{R_{\mathrm{b}}+(1+\beta) R_{\mathrm{e}}} \\I_{\mathrm{CQ}} \approx \beta I_{\mathrm{BQ}}$
$\begin{aligned} U_{\mathrm{CEQ}} &=V_{\mathrm{CC}}-I_{\mathrm{EQ}} R_{\mathrm{e}} \approx V_{\mathrm{CC}}-I_{\mathrm{CQ}} R_{\mathrm{e}} \end{aligned}$

2、动态分析
与前面分析动态的方法致，先要依据画交流通路的方法画出交流通路，集电极和发射极翻转 $180^o$ ,然后用晶体管的简化H参数等效模型代替图中的晶体管，并正确的标出电流和电压有效值的相量即可。

分析方法总结:
交流通路：是分标计算动态指标的基础
输入电阻与输出电阻的计算通过H参数等效电路计算。

$\begin{aligned} \dot{U}_{\mathrm{i}} &=\dot{I}_{\mathrm{b}} r_{\mathrm{be}}+\dot{I}_{\mathrm{e}}\left(R_{\mathrm{e}} / / R_{\mathrm{L}}\right) =\dot{I}_{\mathrm{b}}\left[r_{\mathrm{b}_{\mathrm{e}}}+(1+\beta) R_{\mathrm{L}}^{\prime}\right] \end{aligned}$,这个计算方法可以不用考虑受控电流源直接得出Ui。
$\begin{aligned} \dot{U}_{\circ} &=\dot{I}_{\mathrm{e}}\left(R_{\mathrm{e}} / / R_{\mathrm{L}}\right) =(1+\beta) \dot{I}_{\mathrm{b}} R_{\mathrm{L}^{\prime}} \end{aligned}$

$\dot{A}_{\mathrm{u}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{c}}}{\dot{U}_{\mathrm{i}}}=\frac{(1+\beta) R_{\mathrm{L}}^{\prime}}{r_{\mathrm{be}}+(1+\beta) R_{\mathrm{L}}^{\prime}}$
$\dot{A}_{\mathrm{u}}$为+，略小于1，表明 $\dot{U}_{\mathrm{o}}$与 $\dot{U}_{\mathrm{i}}$不仅同相，而且幅值基本相同。所以还放大电路又叫做射极跟随器。

$\begin{array}{c} \dot{I}_{\mathrm{i}}=\frac{\dot{U}_{1}}{R_{\mathrm{b}}}+\dot{I}_{\mathrm{b}}=\frac{\dot{U}_{1}}{R_{\mathrm{b}}}+\frac{\dot{U}_{1}}{r_{\mathrm{be}}+(1+\beta)\left(R_{\mathrm{e}} / / R_{\mathrm{L}}\right)} \\ R_{\mathrm{i}}=\frac{\dot{U}_{1}}{\dot{I}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{b}} / I\left[r_{\mathrm{be}}+(1+\beta) R_{\mathrm{L}}^{\prime}\right] \end{array}$

$\begin{array}{c} \dot{I}_{\mathrm{T}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{T}}}{R_{\mathrm{e}}}+\left(-\dot{I}_{\mathrm{e}}\right)=\frac{\dot{U}_{\mathrm{T}}}{R_{\mathrm{e}}}-(1+\beta) \dot{I}_{\mathrm{b}} \\ =\frac{\dot{U}_{\mathrm{T}}}{R_{\mathrm{e}}}-(1+\beta) \frac{-\dot{U}_{\mathrm{T}}}{R_{\mathrm{s}} / / R_{\mathrm{b}}+r_{\mathrm{b} e}}=\dot{U}_{\mathrm{T}}\left(\frac{1}{R_{\mathrm{e}}}+\frac{1+\beta}{r_{\mathrm{b} e}+R_{\mathrm{s}_{\mathrm{b}}}}\right) \\ R_{\mathrm{o}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{T}}}{\dot{I}_{\mathrm{T}}}=R_{\mathrm{e}} / / \frac{r_{\mathrm{be}}+R_{\mathrm{sb}}}{1+\beta} \end{array}$

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判断晶体管的组态问题就是看信号从晶体管的哪端输八和输出。
例如共集基本放大电路中基极是输入，发射极是输出，集电极是公共端。
所以即使在共集基本放大电路的集电极加上集电极电阻Rc还是同一个组态，并没有改变电路形式。
Re还将发射极交流电流的变化转换成发射极交流电压的变化。
Uo与Ui同相

4、共基基本放大电路

组态： 发射极输入信号，集电极输出信号，对于交流信号电容Cb相当于短路，则基极作为输入输出回路的公共端。

电路：

直流电源Vcc，基极偏置电阻Rb1和Rb2，发射极电阻Re和集电极负载电阻RC，为晶体管提供静态偏置，使晶体管处于放大状态。由于基极旁路电容Cb将基极交流接地，这样就使得输入信号通过耦合电容C1将信号加在发射结上。放大的信号通过耦合电容C2输出给负载。

静态分析
直流通路和分压式共射放大电路完全相同。
①采用近似法计算静态工作点
在满足 $R_{\mathrm{e}} \gg \frac{R_{\mathrm{b}}}{1+\beta}$的条件下采用近似法;否则采用戴维南定理进行计算。

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静态工作点合适后进行动态分析。
动态分析

1. 在交流通路中，由于耦合电容和旁路电容短路电源VCC接地，使得Rb和Rb2皆被短接掉。将Rc上端经翻转后接地得到交流通路。
2. 然后用晶体管简化的H参数等效模型取代图中的晶体管,并正确标出电流和电压的有效值相量，这样便得到了H参数等效电路。

参数计算
$\dot{U_{\mathrm{i}}}=-\dot{I}_{\mathrm{b}} r_{\mathrm{be}}$
$\dot{\boldsymbol{U}}_{\mathrm{o}}=-\beta \boldsymbol{I}_{\mathrm{b}}\left(\boldsymbol{R}_{\mathrm{c}} / / \boldsymbol{R}_{\mathrm{L}}\right)=-\beta \boldsymbol{i}_{\mathrm{b}} \boldsymbol{R}_{\mathrm{L}}^{\prime}$
$\dot{A_{\mathrm{u}}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{o}}}{\dot{U}_{\mathrm{i}}}=\frac{\beta R_{\mathrm{L}}^{\prime}}{r_{\mathrm{be}}}$同相。
上式表明共基极放大电路的电压放大倍数在数值上与固定偏置共射电路一致。所不同的是输出电压与输入电压同相。

$\begin{array}{c} \dot{I}_{\mathrm{i}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{R_{\mathrm{e}}}+\left(-\dot{I}_{\mathrm{e}}\right)=\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{R_{\mathrm{e}}}-(1+\beta) \dot{I}_{\mathrm{b}} \\ =\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{R_{\mathrm{e}}}-(1+\beta)\left(-\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{r_{\mathrm{be}}}\right)=\dot{U}_{\mathrm{i}}\left(\frac{1}{R_{\mathrm{e}}}+\frac{1+\beta}{r_{\mathrm{be}}}\right) \\ R_{\mathrm{i}}=\frac{\dot{U}_{\mathrm{i}}}{\dot{I}_{\mathrm{i}}}=R_{\mathrm{e}} / / \frac{r_{\mathrm{be}}}{1+\beta} \end{array}$

$\left(R_{o} \approx R_{c}\right)$

Uo与Ui同相