08. 晶体管的交流工作分析
本文最后更新于 2024年12月18日 上午
晶体管的交流工作分析
交流工作下的基极偏置
耦合电容
在交流状态下工作的电容器称为耦合电容,耦合电容的特性可以用一句话总结:耦合电容会阻碍直流分量并允许交流分量通过,即“隔直流,通交流”。
根据电容的容抗计算公式:
当直流分量通过电容时,电容的容抗会非常的大,电容视为断路。
当交流分量通过电容时,如果频率非常的高,则电容视为短路。一般认为
在晶体管电路中,耦合电容的作用是阻止交流源电压源和输出电阻改变晶体管的静态工作点。
基极偏置电路分析
电路特点:
- 在输入端(基极)和输出端(集电极)各有一个耦合电容。
- 输入电压(即基极处的电源)
是一个交流信号,不含有直流分量。
- 供电电压
是一个直流信号,不含有交流分量。
当晶体管的基极和集电极存在耦合电容时,基极端的交流电源和输出端的输出电阻对晶体管的工作状态不会有任何的影响。
电路中所有的电流都可以分解为直流分量和交流分量两部分:
因此,交流状态下的基极偏置只需要按照对应静态工作点计算出直流分量的值,在加上或减去交流分量即可。
同时,由于耦合电容的特性,输出端的耦合电容会将直流分量完全去除,最终在输出电阻
大信号模型
晶体管的大小信号模型针对基极的输入电压含有直流分量和交流分量时的电路进行分析。基极输入电压信号幅值较大时的电路分析模型称为大信号模型。
在大信号模型下,
根据上述关系,可以将集电极的等效二极管近似看做是一个电压控制电流源,发射极的等效二极管保持不变:
同时,希望在CE出导出输出电压,得到一个电压放大器(小的输出电压
那么,在大信号模型电路中输出电压
在大信号模型下,
小信号模型
基极输入电压的
小信号模型可以看做是大信号模型在放大模式下的表现。
电压变换特性
输入电压
当
小信号模型的电流分析
在小信号模型下,如果将
那么对输出
由于小信号模型是大信号模型的一部分,因此
跨导
定义
有:
小信号模型中的直流分量和交流分量
由于小信号模型满足线性条件,因此电路中的直流分量和交流分量可以完全独立分别计算,然后将计算直流分量的结果与计算交流分量的结果相加。
小信号模型中,直流分量的作用是确定晶体管所处的静态工作点。
交流分量的作用是携带信息,因此在小信号模型中更关注交流分量的变化。
小信号模型的交流参数
小信号模型中直流分量的来源为集电极供电
基极电流
由
输入阻抗
定义输入阻抗为输入端电压与电流之比。
当发射极接地,信号从基极输入时:
厄利效应
厄利效应/基区宽度调制效应(Early Effect),是指晶体管的
厄利效应可以等效为一个横跨在
等效小信号模型
π模型
当发射极接地时,信号从基极输入。
通过对交流参数的分析,由
考虑厄利效应,有:
T模型
当基极接地时,信号从发射极输入。 由
由
考虑厄利效应:
当E极在等效后没有电阻时,使用π模型进行分析。在等效后有电阻时,使用T模型进行分析。
电阻反射定律(Resistance Reflection Rule)
T模型中发射极的电阻可以通过投射定理与π模型中基极的电阻相互转换。
由于:
因此,发射极的所有电阻值可以乘上