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考研模电·零基础讲义 第05讲(下)|小信号模型(H 参数 / r_be)与动态分析:Av、Ri、Ro

约 19 分钟 5871 字 华南师范大学模拟电子技术考研模电零基础讲义

考研模电·零基础讲义 · 第 05 讲(下)|小信号模型(H 参数 / rber_{be}⁠)与动态分析:AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o 学完这一讲,你能把三极管换成"rber_{be} + 受控电流源βib\beta i_b"的小信号模型,按固定步骤画出共射电路的小信号等效电路,算出电压增益AvA_v⁠、源电压增益AvsA_{vs}⁠、输入电阻RiR_i和输出电阻RoR_o⁠,并说清"带负载能力"。预计用时 120 分钟。

本讲地图

  • 为什么能线性化:信号足够小时,特性曲线在QQ点附近近似直线 → 管子可以用线性元件等效。
  • H 参数模型:四个参数hieh_{ie}⁠、hreh_{re}⁠、hfeh_{fe}⁠、hoeh_{oe}(了解)→ 简化模型:b-e 间一个rber_{be}⁠,c-e 间一个βib\beta i_b(必会)。
  • rber_{be}的估算:rbe=rbb′+(1+β)VTIEQr_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{V_T}{I_{EQ}}⁠,由QQ点决定。
  • 动态分析四步:求QQ → 求rber_{be} → 画小信号等效电路 → 求AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o(还有AvsA_{vs}⁠)。
  • 共射电路结论:Av=−βRL′rbeA_v=-\dfrac{\beta R_L'}{r_{be}}(阻容耦合固定偏置),Ri=Rb/ ⁣/rbe≈rbeR_i=R_b/\!/r_{be}\approx r_{be}⁠,Ro≈RcR_o\approx R_c⁠。
  • 华师怎么考:考纲"静态和动态分析"的"动态"就是本讲;2026 回忆题 2(4)"电压增益公式、带负载能力"用的就是本讲的方法(射极偏置电路的版本在第 06 讲下)。
  • 教材对应:第 5 章 5.3.2 节(例 5.3.2)。
  • 重要度:⭐⭐⭐ 必考核心 / ⭐⭐ 理解 / ⭐ 了解。

前置知识

  • 放大电路的电压增益、输入电阻、输出电阻、源电压增益及测量方法:见第 01 讲(下)。
  • 交流通路的画法(电容、VCCV_{CC}短路)、RL′=Rc/ ⁣/RLR_L'=R_c/\!/R_L⁠、QQ点估算:见第 05 讲(上)。
  • 输入、输出特性曲线:见第 04 讲(下)。

一、为什么可以用"小信号模型" ⭐⭐

1.1 大白话:放大镜下的曲线是直的

把一条弯曲的山路放到地图上看,它弯弯曲曲;可要是你只盯着脚下一两米,它几乎就是一段直线。

三极管的特性曲线是弯的(非线性),所以不能直接用欧姆定律、KVL 那套线性电路方法。但放大电路里的信号很小,工作点只在QQ点附近一小段范围内移动——在这一小段里,曲线近似是直线。于是就可以把三极管换成几个线性元件(电阻、受控源),整个放大电路就变成一个线性电路,用学过的电路方法算就行。

这就是小信号模型分析法(也叫微变等效电路法)。

1.2 适用条件(简答、判断常考)

  1. 低频:不考虑管子内部的结电容(高频时要用第 09 讲的模型);
  2. 小信号:信号幅度足够小,工作点在QQ附近线性范围内移动;
  3. 只能用来求交流(动态)量,不能用来求QQ点——模型里的参数本身是在QQ点上求出来的,要先有QQ才有模型。

二、H 参数小信号模型及其简化 ⭐⭐(简化模型 ⭐⭐⭐)

2.1 H 参数(了解即可)

把共射接法的 BJT 看成一个二端口网络:输入端口 b-e(⁠vbev_{be}⁠、ibi_b⁠),输出端口 c-e(⁠vcev_{ce}⁠、ici_c⁠)。以ibi_b⁠、vcev_{ce}为自变量,在QQ点附近取全微分,得到两个线性方程:

vbe=hieib+hrevcev_{be}=h_{ie}i_b+h_{re}v_{ce} ic=hfeib+hoevcei_c=h_{fe}i_b+h_{oe}v_{ce}
参数 含义 典型量级
hieh_{ie} 输出交流短路时的输入电阻,就是rber_{be} 103 Ω10^3\ \Omega
hreh_{re} 输入交流开路时的反向电压传输比(⁠vcev_{ce}对输入回路的影响) 10−3∼10−410^{-3}\sim10^{-4}
hfeh_{fe} 输出交流短路时的电流放大系数,就是β\beta 10210^2
hoeh_{oe} 输入交流开路时的输出电导,1/hoe=rce1/h_{oe}=r_{ce} 10−5 S10^{-5}\ \text{S}

四个参数单位各不相同(有电阻、有电导、有纯数),所以叫"混合(Hybrid)参数"。

2.2 简化模型(必会)

hreh_{re}和hoeh_{oe}都很小——放大区里vCEv_{CE}对vBEv_{BE}和iCi_C的影响都很小(输入特性曲线重合、输出特性曲线平坦)。忽略它们:受控电压源hrevceh_{re}v_{ce}短路,电阻1/hoe1/h_{oe}开路,就得到简化模型:

BJT 的 H 参数小信号模型与简化模型(a) H 参数小信号模型(共射)becehie(rbe)+−hrevcehfeib1/hoeibic+vbe−(b) 简化模型(忽略 hre、hoe)bcerbeβibibic=βib输入端:一个电阻 rbe;输出端:一个受 ib 控制的电流源

图 1:(a) 完整的 H 参数小信号模型;(b) 简化模型——输入端是电阻rber_{be}⁠,输出端是受ibi_b控制的电流源βib\beta i_b

逐行拆解简化模型:

  • b-e 之间:一个电阻rber_{be}(读"r-b-e"),叫 BJT 的输入电阻(交流电阻),反映"vbev_{be}变化引起ibi_b变化"——vbe=ibrbev_{be}=i_br_{be}⁠;
  • c-e 之间:一个受控电流源 βib\beta i_b⁠,方向由ibi_b的方向决定(⁠ibi_b流入基极,βib\beta i_b从 c 流向 e)。ib=0i_b=0时它就不存在;
  • c-e 之间相当于一个"理想电流源",内阻无穷大——这是第三节求RoR_o时的关键;
  • NPN 和 PNP 的小信号模型完全相同(教材原话)。因为模型里全是交流变化量,与直流极性无关。

一句话:输入看进去是个电阻rber_{be}⁠,输出看进去是个电流源βib\beta i_b⁠。

⚠️ 易错点:

  1. 小写rber_{be}是交流(动态)电阻,不是 b-e 之间的直流电阻VBEQ/IBQV_{BEQ}/I_{BQ}⁠。用万用表欧姆挡测 b、e 间的电阻不是 rber_{be}(教材复习思考题 5.3.5)——万用表测的是在它自己给出的直流电流下的直流电阻,而rber_{be}是工作点上曲线的斜率倒数,与IEQI_{EQ}有关。
  2. 受控电流源的箭头方向不要乱画:ibi_b参考方向流入 b,则βib\beta i_b从 c 指向 e。
  3. 如果负载电阻与rce=1/hoer_{ce}=1/h_{oe}(几十 kΩ 以上)可比,就不能忽略rcer_{ce}⁠,此时把rcer_{ce}并在 c-e 之间(了解即可)。

三、rber_{be}怎么求 ⭐⭐⭐

3.1 公式

rbe=rbb′+(1+β)VTIEQ≈rbb′+(1+β)26 mVIEQr_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\frac{V_T}{I_{EQ}}\approx r_{bb'}+(1+\beta)\frac{26\ \text{mV}}{I_{EQ}}

逐行拆解:

  • rbb′r_{bb'}(读"r-b-b 撇"):基区体电阻——基区很薄、掺杂淡,电流从基极引线走到有效基区 b′ 要经过一段电阻。小功率管几十到几百欧,题目不给时常取 200 Ω(也有取 300 Ω 的,以题为准);
  • VTV_T⁠:温度的电压当量,常温下约 26 mV;
  • IEQI_{EQ}⁠:静态发射极电流,单位用 mA 时26/IEQ26/I_{EQ}直接得到 Ω;
  • VTIEQ=re\dfrac{V_T}{I_{EQ}}=r_e是发射结的交流电阻(PN 结电流方程求导得到),流过它的是ie=(1+β)ibi_e=(1+\beta)i_b⁠;折算到基极回路要乘(1+β)(1+\beta)⁠,所以出现(1+β)re(1+\beta)r_e⁠;
  • 适用范围:0.1 mA<IEQ<5 mA0.1\ \text{mA}<I_{EQ}<5\ \text{mA}⁠,超出范围误差较大。

rber_{be}由QQ点决定:IEQI_{EQ}越大,rber_{be}越小。这就是"先静态、后动态"的原因——不先求IEQI_{EQ}⁠,就没法求rber_{be}⁠。

3.2 例题

例题 1:某管β=100\beta=100⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠。求IEQ=0.5 mAI_{EQ}=0.5\ \text{mA}⁠、1 mA1\ \text{mA}⁠、2 mA2\ \text{mA}时的rber_{be}⁠。

解:

IEQ=1 mA: rbe=200+101×261=200+2626=2826 Ω≈2.83 kΩI_{EQ}=1\ \text{mA}:\ r_{be}=200+101\times\frac{26}{1}=200+2626=2826\ \Omega\approx2.83\ \text{k}\Omega

IEQ=0.5 mAI_{EQ}=0.5\ \text{mA}⁠:rbe=200+101×52=5452 Ωr_{be}=200+101\times52=5452\ \Omega⁠;IEQ=2 mAI_{EQ}=2\ \text{mA}⁠:rbe=200+101×13=1513 Ωr_{be}=200+101\times13=1513\ \Omega⁠。

规律:IEQI_{EQ}翻倍,(1+β)VT/IEQ(1+\beta)V_T/I_{EQ}那一项减半;rber_{be}一般在 1 kΩ 左右的量级。

⚠️ 易错点:

  1. 公式里是IEQI_{EQ}(发射极电流),题目给ICQI_{CQ}时用IEQ=(1+β)IBQ≈ICQI_{EQ}=(1+\beta)I_{BQ}\approx I_{CQ}⁠;粗算时直接用ICQI_{CQ}也行,但要前后一致。
  2. 系数是(1+β)(1+\beta)不是β\beta⁠,单位:mV ÷ mA = Ω。

四、画小信号等效电路:四步模板 ⭐⭐⭐

第 1 步:画出 BJT 的简化模型(b、c、e 三个点,b-e 间rber_{be}⁠,c-e 间βib\beta i_b⁠)。 第 2 步:按交流通路原则——耦合电容、旁路电容短路,直流电压源VCCV_{CC}短路接地——把与 b、c、e 相连的元件逐个画上。 第 3 步:标出viv_i⁠、vov_o⁠、ibi_b⁠、ici_c的参考方向(⁠ibi_b流入 b,βib\beta i_b由 c 向 e)。 第 4 步:标出RiR_i(从输入端往里看)和RoR_o(从输出端往里看,不含 RLR_L⁠)的位置。

以第 05 讲(上)的阻容耦合固定偏置电路为例:

阻容耦合共射放大电路的小信号等效电路+vsRsiRbrbebe(地)ibii+vi−cβibRcRL+vo−RiRo

图 2:阻容耦合共射放大电路的小信号等效电路。RbR_b与rber_{be}都接在 b 与地之间(并联),βib\beta i_b⁠、RcR_c⁠、RLR_L都接在 c 与地之间(并联)

逐行拆解:

  • RbR_b原来接在 b 与VCCV_{CC}之间,VCCV_{CC}交流接地 → RbR_b变成 b 对地;
  • RcR_c原来接在 c 与VCCV_{CC}之间 → RcR_c变成 c 对地,与RLR_L并联;
  • 发射极直接接地 → e 就是公共地;
  • 输入回路与输出回路之间只通过受控源βib\beta i_b联系(没有导线直接连接 b 和 c)。

五、基本共射电路的AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o ⭐⭐⭐

5.1 阻容耦合固定偏置电路(最常考)

电压增益AvA_v:

输入:vi=ibrbev_i=i_br_{be}(⁠rber_{be}两端电压就是viv_i⁠)。

输出:βib\beta i_b流过Rc/ ⁣/RLR_c/\!/R_L⁠,参考方向与vov_o相反,所以vo=−βib(Rc/ ⁣/RL)=−βibRL′v_o=-\beta i_b(R_c/\!/R_L)=-\beta i_bR_L'⁠。

Av=vovi=−βibRL′ibrbe=−βRL′rbeA_v=\frac{v_o}{v_i}=\frac{-\beta i_bR_L'}{i_br_{be}}=-\frac{\beta R_L'}{r_{be}}

输入电阻RiR_i:从输入端看进去,RbR_b与rber_{be}并联:

Ri=viii=Rb/ ⁣/rbe≈rbe(Rb≫rbe)R_i=\frac{v_i}{i_i}=R_b/\!/r_{be}\approx r_{be}\quad(R_b\gg r_{be})

输出电阻RoR_o:用"加压求流法"(第 01 讲下):令vs=0v_s=0⁠、去掉RLR_L⁠,在输出端加测试电压vtv_t⁠,求iti_t⁠。

用加压求流法求共射电路的输出电阻Rsivs=0Rbrbeib=0(输入端没有激励)βib=0→ 相当于开路Rc+vtitRo = vt / it(vs=0,RL 去掉)= Rc

图 3:求RoR_o⁠。vs=0v_s=0时输入端没有激励,ib=0i_b=0⁠,受控源βib=0\beta i_b=0相当于开路,从输出端只看到RcR_c

Ro=vtit∣vs=0, RL=∞=RcR_o=\frac{v_t}{i_t}\Big|_{v_s=0,\ R_L=\infty}=R_c

源电压增益AvsA_{vs}(信号源有内阻RsiR_{si}时,输出对信号源电压的增益):RsiR_{si}与RiR_i分压,vi=RiRsi+Rivsv_i=\dfrac{R_i}{R_{si}+R_i}v_s⁠,所以

Avs=vovs=Av⋅RiRsi+RiA_{vs}=\frac{v_o}{v_s}=A_v\cdot\frac{R_i}{R_{si}+R_i}

逐行拆解(四个结论要会讲道理):

  • 负号:输出与输入反相(相差 180°);
  • ∣Av∣|A_v|与β\beta⁠、RL′R_L'成正比,与rber_{be}成反比;RLR_L越小,RL′R_L'越小,增益越小;
  • RiR_i只有约 1 kΩ(⁠≈rbe\approx r_{be}⁠),偏小:会从信号源"抢"走较多电流,RsiR_{si}上损失较多电压,使∣Avs∣<∣Av∣|A_{vs}|<|A_v|⁠;
  • Ro=RcR_o=R_c一般几 kΩ,偏大:带负载能力一般(见第六节)。

5.2 例题

例题 2(教材例 5.3.2):阻容耦合固定偏置共射电路,VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rb=300 kΩR_b=300\ \text{k}\Omega⁠,Rc=4 kΩR_c=4\ \text{k}\Omega⁠,RL=4 kΩR_L=4\ \text{k}\Omega⁠,β=40\beta=40⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠。求AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o⁠;若RLR_L开路,AvA_v如何变化?

解:

第 1 步,求IEQI_{EQ}(教材用近似):

IEQ≈βIBQ≈βVCCRb=40×12 V300 kΩ=1.6 mAI_{EQ}\approx\beta I_{BQ}\approx\beta\frac{V_{CC}}{R_b}=40\times\frac{12\ \text{V}}{300\ \text{k}\Omega}=1.6\ \text{mA}

第 2 步,求rber_{be}⁠:

rbe=200+41×261.6≈200+666=866 Ωr_{be}=200+41\times\frac{26}{1.6}\approx200+666=866\ \Omega

第 3 步,RL′=4/ ⁣/4=2 kΩR_L'=4/\!/4=2\ \text{k}\Omega⁠,

Av=−βRL′rbe=−40×2 kΩ0.866 kΩ≈−92.4A_v=-\frac{\beta R_L'}{r_{be}}=-\frac{40\times2\ \text{k}\Omega}{0.866\ \text{k}\Omega}\approx-92.4

第 4 步,Ri=Rb/ ⁣/rbe=11300+10.866 kΩ≈0.8635 kΩ≈0.866 kΩR_i=R_b/\!/r_{be}=\dfrac{1}{\frac{1}{300}+\frac{1}{0.866}}\ \text{k}\Omega\approx0.8635\ \text{k}\Omega\approx0.866\ \text{k}\Omega(⁠RbR_b太大,并联后几乎就是rber_{be}⁠)。

第 5 步,Ro≈Rc=4 kΩR_o\approx R_c=4\ \text{k}\Omega⁠。

第 6 步,RLR_L开路:Av=−40×40.866≈−184.8A_v=-\dfrac{40\times4}{0.866}\approx-184.8⁠,数值增大一倍。

精确算法对照(考试建议按此写,或者与题目给的近似保持一致):IBQ=12−0.7300 mA=37.67 μAI_{BQ}=\dfrac{12-0.7}{300}\ \text{mA}=37.67\ \mu\text{A}⁠,IEQ=(1+β)IBQ≈1.544 mAI_{EQ}=(1+\beta)I_{BQ}\approx1.544\ \text{mA}⁠,rbe=200+41×261.544≈890 Ωr_{be}=200+41\times\dfrac{26}{1.544}\approx890\ \Omega⁠,Av≈−89.9A_v\approx-89.9(空载−179.7-179.7⁠)。两种算法相差约 3%,都算对;关键是步骤完整、单位正确。

例题 3(源电压增益):例题 2 中信号源内阻Rsi=500 ΩR_{si}=500\ \Omega(取rbe=866 Ωr_{be}=866\ \Omega⁠)。求AvsA_{vs}⁠;vsv_s振幅 10 mV 时,输出电压振幅是多少?

解:

Avs=AvRiRsi+Ri=−92.4×0.86350.5+0.8635≈−58.6A_{vs}=A_v\frac{R_i}{R_{si}+R_i}=-92.4\times\frac{0.8635}{0.5+0.8635}\approx-58.6

输出振幅≈58.6×10 mV≈586 mV\approx58.6\times10\ \text{mV}\approx586\ \text{mV}⁠。由于RiR_i只有 0.86 kΩ,信号源内阻上"损失"了约 37% 的信号。

例题 4(教材原理电路——RbR_b串在信号通路里):第 05 讲(上)图 1a 的双电源原理电路,VBB=4 VV_{BB}=4\ \text{V}⁠,Rb=220 kΩR_b=220\ \text{k}\Omega⁠,VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rc=5.1 kΩR_c=5.1\ \text{k}\Omega⁠,β=80\beta=80⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠,输出端开路。求Av=vo/vsA_v=v_o/v_s和RiR_i⁠。

解:这个电路里信号vsv_s经RbR_b 串联到基极(教材图 5.3.13),所以vs=ib(Rb+rbe)v_s=i_b(R_b+r_{be})⁠。

第 1 步,IBQ=15 μAI_{BQ}=15\ \mu\text{A}(第 05 讲上例题 3),IEQ=81×15 μA=1.215 mAI_{EQ}=81\times15\ \mu\text{A}=1.215\ \text{mA}⁠。

第 2 步,rbe=200+81×261.215≈1933 Ωr_{be}=200+81\times\dfrac{26}{1.215}\approx1933\ \Omega⁠。

第 3 步,

Av=−βRL′Rb+rbe=−80×5.1220+1.933≈−1.84A_v=-\frac{\beta R_L'}{R_b+r_{be}}=-\frac{80\times5.1}{220+1.933}\approx-1.84

第 4 步,Ri=Rb+rbe≈221.9 kΩR_i=R_b+r_{be}\approx221.9\ \text{k}\Omega⁠。

增益只有 1.84!原因是巨大的RbR_b 串在信号回路里,信号电压几乎全降在RbR_b上。这再次说明为什么实用电路要把RbR_b改接到VCCV_{CC}⁠、信号经电容直接加到基极——那样RbR_b是并在输入端的。

公式对比(别混):RbR_b串联(原理电路):Av=−βRL′Rb+rbeA_v=-\dfrac{\beta R_L'}{R_b+r_{be}}⁠,Ri=Rb+rbeR_i=R_b+r_{be}⁠;RbR_b并联(阻容耦合实用电路):Av=−βRL′rbeA_v=-\dfrac{\beta R_L'}{r_{be}}⁠,Ri=Rb/ ⁣/rbeR_i=R_b/\!/r_{be}⁠。先看清电路,再写公式。

例题 5(设计):固定偏置共射电路,VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,β=60\beta=60⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠,要求ICQ=1 mAI_{CQ}=1\ \text{mA}⁠、空载∣Av∣≥100|A_v|\ge100⁠。求RcR_c的最小值;取Rc=3 kΩR_c=3\ \text{k}\Omega时验算AvA_v⁠、VCEQV_{CEQ}⁠,并求RbR_b⁠。

解:

第 1 步,IEQ≈ICQ=1 mAI_{EQ}\approx I_{CQ}=1\ \text{mA}⁠,rbe=200+61×26=1786 Ωr_{be}=200+61\times26=1786\ \Omega⁠。

第 2 步,∣Av∣=βRcrbe≥100|A_v|=\dfrac{\beta R_c}{r_{be}}\ge100 → Rc≥100×1.78660≈2.98 kΩR_c\ge\dfrac{100\times1.786}{60}\approx2.98\ \text{k}\Omega⁠。

第 3 步,取Rc=3 kΩR_c=3\ \text{k}\Omega⁠:Av=−60×31.786≈−100.8A_v=-\dfrac{60\times3}{1.786}\approx-100.8 ✓;VCEQ=12−1×3=9 VV_{CEQ}=12-1\times3=9\ \text{V}⁠,在放大区 ✓。

第 4 步,IBQ=1/60 mA≈16.7 μAI_{BQ}=1/60\ \text{mA}\approx16.7\ \mu\text{A}⁠,Rb=12−0.71/60≈678 kΩR_b=\dfrac{12-0.7}{1/60}\approx678\ \text{k}\Omega⁠。

例题 6(PNP 管):PNP 管组成的阻容耦合共射电路,β=50\beta=50⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠,IEQ=2 mAI_{EQ}=2\ \text{mA}⁠,Rc=RL=3 kΩR_c=R_L=3\ \text{k}\Omega⁠。求AvA_v⁠。

解:PNP 的小信号模型与 NPN 相同,公式照用。rbe=200+51×13=863 Ωr_{be}=200+51\times13=863\ \Omega⁠,RL′=1.5 kΩR_L'=1.5\ \text{k}\Omega⁠,Av=−50×1.50.863≈−86.9A_v=-\dfrac{50\times1.5}{0.863}\approx-86.9⁠。输出同样与输入反相。


六、带负载能力——真题 2(4) 的另一半 ⭐⭐⭐

6.1 大白话

放大电路的输出端对负载来说,就像一个"电池 + 内阻"(第 01 讲下的电压放大模型):开路电压是AvoviA_{vo}v_i(⁠AvoA_{vo}是空载增益),内阻就是RoR_o⁠。接上负载后,RoR_o和RLR_L分压:

vo=Avovi⋅RLRo+RLv_o=A_{vo}v_i\cdot\frac{R_L}{R_o+R_L}

RoR_o越小,接上负载后输出电压掉得越少——输出电阻越小,带负载能力越强。

例题 7:例题 2 的电路(空载Avo=−184.8A_{vo}=-184.8⁠,Ro=4 kΩR_o=4\ \text{k}\Omega⁠)分别接RL=4 kΩR_L=4\ \text{k}\Omega⁠、1 kΩ1\ \text{k}\Omega⁠,用两种方法求AvA_v⁠,并评价带负载能力。

解:

方法一(公式−βRL′/rbe-\beta R_L'/r_{be}⁠):RL=4R_L=4 kΩ 时RL′=2R_L'=2 kΩ,Av=−92.4A_v=-92.4⁠;RL=1R_L=1 kΩ 时RL′=0.8R_L'=0.8 kΩ,Av=−40×0.80.866≈−36.95A_v=-\dfrac{40\times0.8}{0.866}\approx-36.95⁠。

方法二(输出端戴维南等效):Av=AvoRLRo+RLA_v=A_{vo}\dfrac{R_L}{R_o+R_L}⁠:−184.8×48=−92.4-184.8\times\dfrac{4}{8}=-92.4⁠;−184.8×15≈−36.96-184.8\times\dfrac{1}{5}\approx-36.96⁠。两法一致 ✓。

评价:RLR_L从开路降到 1 kΩ,增益掉到原来的 1/5。共射电路的Ro=RcR_o=R_c(几 kΩ)较大,带负载能力较弱,负载变化时增益变化明显。要带"重"负载(小RLR_L⁠),常在后面接一级共集电极电路(射极跟随器,RoR_o很小),见第 07、08 讲。

6.2 答题模板("写出电压增益公式,说明带负载能力")

电压增益Av=−β(Rc/ ⁣/RL)rbeA_v=-\dfrac{\beta(R_c/\!/R_L)}{r_{be}}⁠,其中rbe=rbb′+(1+β)26 mVIEQr_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{26\ \text{mV}}{I_{EQ}}⁠;负号表示输出与输入反相。输出电阻Ro≈RcR_o\approx R_c⁠。接入负载后RL′=Rc/ ⁣/RLR_L'=R_c/\!/R_L减小,∣Av∣|A_v|下降;RLR_L越小下降越多。由于Ro≈RcR_o\approx R_c为数千欧,较大,故共射电路带负载能力较弱。

(第 06 讲下会把这个模板改写成分压式射极偏置电路的版本——有旁路电容时公式相同,没有旁路电容时分母多一项(1+β)Re(1+\beta)R_e⁠。)


七、QQ点对动态性能的影响 ⭐⭐

由rbe=rbb′+(1+β)26IEQr_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{26}{I_{EQ}}⁠:

  • IEQI_{EQ}增大 → rber_{be}减小 → ∣Av∣|A_v|增大、RiR_i减小;
  • 但IEQI_{EQ}也不能一味加大:QQ点升高会靠近饱和区(第 05 讲中),功耗也增大。

例题 8:例题 2 电路中,若通过减小RbR_b使IEQI_{EQ}由 1.6 mA 增大到 3.2 mA(假设仍在放大区),rber_{be}和带载AvA_v变为多少?

解:rbe=200+41×263.2≈533 Ωr_{be}=200+41\times\dfrac{26}{3.2}\approx533\ \Omega⁠,Av=−40×20.533≈−150A_v=-\dfrac{40\times2}{0.533}\approx-150⁠。增益增大了,但此时VCEQ=12−3.2×4≈−0.8 VV_{CEQ}=12-3.2\times4\approx-0.8\ \text{V}——实际早已饱和!所以"假设仍在放大区"不成立。这个例子提醒:提高增益要和QQ点合理性一起考虑(要提高IEQI_{EQ}就得同时减小RcR_c⁠)。


八、两种分析方法的比较 ⭐

图解法(第 05 讲中) 小信号模型法(本讲)
适用 大信号、看失真、求动态范围、求QQ点 小信号、低频;求AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o
优点 直观 计算方便,适合复杂电路
缺点 作图误差大,难求RiR_i⁠、RoR_o 不能求QQ点、不能分析失真

实际做题:QQ点用估算法,动态用小信号模型法,失真用图解法的结论。


速记卡

项目 内容
小信号模型条件 低频、小信号;只算交流量,不能求QQ
简化模型 b-e:rber_{be}⁠;c-e:受控电流源βib\beta i_b(内阻 ∞);NPN、PNP 相同
rber_{be} rbb′+(1+β)26 mVIEQr_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{26\ \text{mV}}{I_{EQ}}⁠,rbb′r_{bb'}常取 200 Ω;适用0.1<IEQ<50.1<I_{EQ}<5 mA
画等效电路 电容、VCCV_{CC}短路;RbR_b⁠、RcR_c上端接地
阻容耦合固定偏置 Av=−βRL′rbeA_v=-\dfrac{\beta R_L'}{r_{be}}⁠,Ri=Rb/ ⁣/rbe≈rbeR_i=R_b/\!/r_{be}\approx r_{be}⁠,Ro≈RcR_o\approx R_c
原理电路(⁠RbR_b串联) Av=−βRL′Rb+rbeA_v=-\dfrac{\beta R_L'}{R_b+r_{be}}⁠,Ri=Rb+rbeR_i=R_b+r_{be}
源电压增益 Avs=AvRiRsi+RiA_{vs}=A_v\dfrac{R_i}{R_{si}+R_i}
求RoR_o vs=0v_s=0⁠、去RLR_L⁠、加压求流;ib=0i_b=0 → 受控源开路
带载能力 vo=AvoviRLRo+RLv_o=A_{vo}v_i\dfrac{R_L}{R_o+R_L}⁠;RoR_o越小越强;共射Ro≈RcR_o\approx R_c较大 → 较弱
QQ点影响 IEQ↑I_{EQ}\uparrow → rbe↓r_{be}\downarrow → ∣Av∣↑\lvert A_v\rvert\uparrow⁠、Ri↓R_i\downarrow
共射特点 增益大、反相;RiR_i小、RoR_o大

自测练习

1.(概念)BJT 小信号模型是在什么条件下建立的?能否用它求静态工作点?为什么?

答案与提示

低频、小信号(工作点在QQ附近线性范围内)条件下建立。不能求QQ点:模型中只有交流变化量,且其参数(⁠rber_{be}等)本身是在QQ点处求得、依赖IEQI_{EQ}的,必须先求出QQ点。

2.(计算)β=80\beta=80⁠,rbb′=300 Ωr_{bb'}=300\ \Omega⁠,IEQ=1.5 mAI_{EQ}=1.5\ \text{mA}⁠,求rber_{be}⁠。

答案与提示

rbe=300+81×261.5=300+1404=1704 Ωr_{be}=300+81\times\dfrac{26}{1.5}=300+1404=1704\ \Omega⁠。

3.(综合计算)阻容耦合固定偏置共射电路:VCC=12 VV_{CC}=12\ \text{V}⁠,Rb=280 kΩR_b=280\ \text{k}\Omega⁠,Rc=RL=3 kΩR_c=R_L=3\ \text{k}\Omega⁠,β=50\beta=50⁠,rbb′=200 Ωr_{bb'}=200\ \Omega⁠,VBEQ=0.7 VV_{BEQ}=0.7\ \text{V}⁠,信号源内阻Rsi=1 kΩR_{si}=1\ \text{k}\Omega⁠。(1) 求QQ点中的IEQI_{EQ}⁠;(2) 求rber_{be}⁠;(3) 画小信号等效电路,求AvA_v⁠、RiR_i⁠、RoR_o⁠、AvsA_{vs}⁠。

答案与提示

(1) IBQ=11.3/280≈40.36 μAI_{BQ}=11.3/280\approx40.36\ \mu\text{A}⁠,IEQ=51IBQ≈2.058 mAI_{EQ}=51I_{BQ}\approx2.058\ \text{mA}(⁠ICQ≈2.018I_{CQ}\approx2.018 mA,VCEQ≈5.95V_{CEQ}\approx5.95 V,放大区)。 (2) rbe=200+51×26/2.058≈844 Ωr_{be}=200+51\times26/2.058\approx844\ \Omega⁠。 (3) RL′=1.5 kΩR_L'=1.5\ \text{k}\Omega⁠,Av=−50×1.5/0.844≈−88.9A_v=-50\times1.5/0.844\approx-88.9⁠;Ri=280 k/ ⁣/0.844 k≈841.5 ΩR_i=280\ \text{k}/\!/0.844\ \text{k}\approx841.5\ \Omega⁠;Ro≈3 kΩR_o\approx3\ \text{k}\Omega⁠;Avs=−88.9×0.84151+0.8415≈−40.6A_{vs}=-88.9\times\dfrac{0.8415}{1+0.8415}\approx-40.6⁠。

4.(带负载能力)例题 2 的电路空载增益−184.8-184.8⁠、Ro=4 kΩR_o=4\ \text{k}\Omega⁠,接RL=2 kΩR_L=2\ \text{k}\Omega时AvA_v是多少?

答案与提示

Av=−184.8×24+2≈−61.6A_v=-184.8\times\dfrac{2}{4+2}\approx-61.6⁠。(用−βRL′/rbe-\beta R_L'/r_{be}⁠:RL′=4/ ⁣/2=1.333R_L'=4/\!/2=1.333 kΩ,−40×1.333/0.866≈−61.6-40\times1.333/0.866\approx-61.6⁠,一致。)

5.(概念)在例题 2 电路中,其他不变,只把β\beta换成 80(假设管子仍在放大区),AvA_v会变成原来的 2 倍吗?为什么?

答案与提示

不会正好 2 倍。IEQ≈βVCC/RbI_{EQ}\approx\beta V_{CC}/R_b也随β\beta加倍,(1+β)26IEQ(1+\beta)\dfrac{26}{I_{EQ}}这一项几乎不变,rber_{be}基本不变(约 860 Ω 左右),所以AvA_v约为原来的 2 倍——这里近似成立。但要注意:β=80\beta=80时ICQ≈3I_{CQ}\approx3 mA,VCEQ≈0V_{CEQ}\approx0⁠,实际已饱和(见第 05 讲上例题 7),"仍在放大区"的假设不成立,电路根本不能放大。

6.(华师真题风格)画出阻容耦合共射放大电路的小信号等效电路,写出电压增益、输入电阻、输出电阻的表达式,并说明负载电阻RLR_L减小对电压增益的影响以及该电路的带负载能力。

答案与提示

等效电路见图 2。Av=−β(Rc/ ⁣/RL)rbeA_v=-\dfrac{\beta(R_c/\!/R_L)}{r_{be}}⁠,Ri=Rb/ ⁣/rbeR_i=R_b/\!/r_{be}⁠,Ro≈RcR_o\approx R_c⁠,rbe=rbb′+(1+β)26 mVIEQr_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{26\ \text{mV}}{I_{EQ}}⁠。RLR_L减小 → Rc/ ⁣/RLR_c/\!/R_L减小 → ∣Av∣|A_v|减小。Ro≈RcR_o\approx R_c较大(数千欧),带负载能力较弱。

7.(概念)用万用表欧姆挡测 b、e 间电阻,得到的是rber_{be}吗?

答案与提示

不是。万用表测的是在表内电池提供的某个直流电流下的直流电阻;rber_{be}是在静态工作点处vBEv_{BE}-iBi_B曲线的动态电阻(斜率倒数),与IEQI_{EQ}有关,换不同挡位还会得到不同读数。


下一讲预告

第 06 讲(上)针对固定偏置电路"QQ点随温度、β\beta漂移"的毛病,引入基极分压式射极偏置电路:它怎样用ReR_e的直流负反馈自动稳定QQ点,QQ点怎么估算——这是 2026 回忆题第 2 题的主角。

👉 点击进入下一讲:第06讲(上)|静态工作点的稳定:基极分压式射极偏置电路

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