r參數小信號模型在模擬電子學教學中的應用

摘要小信號模型分析法是分析放大電路的最基本方法，本文在介紹在r參數與h參數模型的基礎上，論述了采用r參數小信號模型分析電路的教學思路，提出在求電路輸出電阻時采用開路電壓比短路電流的方法。通過教學實踐表明，本文提供的方法與大多教材上r參數的分析方法相比具有簡單、易懂的特點，更能進一步提高教學效果。

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

0 引言

模擬電子技術是電類各專業的一門實踐性較強的專業基礎課程，它是研究各種半導體器件的基本工作原理、基本電路及其應用的學科。基本放大電路的分析是其中最基本的、最關鍵的內容，因此要重點掌握放大電路的動態分析方法即小信號模型分析法。國內大多教材和參考資料都采用了h參數模型的小信號模型分析法，作者在進行教學的過程中發現r參數模型具有簡單、易懂的特點，更易為教師學生所接受。本文在分析r參數模型的基礎上，論述了采用r參數小信號模型分析電路的教學思路。

1 r參數模型

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立三極管的小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。建立小信號模型的思路是當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理，這樣的線性電路又稱為三極管的微變等效電路。

表1r參數

1.1r參數模型

阻抗r是討論三極管最常用的五個參數，表1中列舉了五個r參數的定義。根據圖1三極管結構可以做以下簡化，基區交流電阻值rbb'很小，可以忽略并用短路代替。集電結電阻大小約為數百千歐，視為開路。所以得到圖2所示的簡化r參數模型。在簡化模型中re是r參數中最重要的參數，它是處于正向偏壓的發射結的阻抗值，與靜態工作點有關，re = 26mV/IE;而三極管的集電結可等效為一個受控電流源，大小為ic = ib; 一般用測試儀測出，數字萬用表就提供此功能。

1.2 h參數模型

hi ，hr ，hf ，ho 稱為BJT的h參數，四個參數的物理意義見表2。用rbe代替hie并且代替hfe，用r代替hre，用rce代替1/ hoe，可得圖3中所示的簡化模型。hie與Q點有關，

rbe = rbb' + (1+)re

其中，對于小功率三極管rbb'為 200~300，re = 26mV/IE。

通過圖2與圖3比較可知，在輸入回路中通過歐姆定律，可知h參數中的rbe與r參數中的re有如下關系:

ube = ibrbe = iere rbe = iere/ib = re*

另外根據公式，將h參數模型的參數 rbe = rbb' + (1+)re中的rbb'忽略為零， = +1，則rbe= re ，rbe與re 的關系同* 式，因此兩種模型是等效的，參數之間可以相互轉換。

2 基于r參數模型的電路分析過程

采用小信號模型分析放大電路就是要通過計算的辦法求解放大電路的一些技術指標，主要有電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻等。放大電路r參數小信號模型分析法的步驟:

(1)根據直流通路估算靜態工作點，并確定re參數。

(2)畫出放大電路的交流通路，注意直流信號源接地，電容短路，并對電路進行整理。

(3)根據交流通路用BJT的r參數模型代替電路中的BJT，畫出放大電路的小信號模型等效電路。

(4)根據放大電路的小信號模型等效電路計算放大電路的交流指標電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等。其中，

而輸出電阻的計算方法根據具體電路可以有多種方法計算得到:加壓求流法，可變負載電壓法，開路電壓比短路電流法。作者在通過多年的理論和實踐教學過程中發現加壓求流法是最常用的方法原理也比較簡單，但當電路稍復雜時計算麻煩，甚至需要考慮電阻rce;可變負載電壓法適合實驗室測量;而開路電壓比上短路電流法來源于戴維南定理，(下轉第44頁)(上接第42頁)原理、計算都比較簡單，同時也適合于實驗室測量。具體其公式采用負載開路時的電壓比上負載短路時的電流:

Rout =

3 電路分析舉例

基極分壓式偏置電路的動態分析，電路圖如圖4所示。分析:在畫小信號等效圖時，原圖中電容看成交流短路，Vcc看成交流短路并接地，整理電路得到圖5所示的交流等效電路。

圖4基極分壓式偏置電路

圖5r參數小信號等效電路

解:先通過靜態工作點，求出r參數，然后再求各個動態參數:

VB = ，IE = ，re =

4 小結

這部分內容在模擬電子技術教材中至關重要， 通過對r參數模型的分析和基極分壓式偏置電路的解析使學生能基本掌握簡單的小信號模型分析法的基本原理和分析技能， 將理論知識與實例應用結合起來。

基金項目:2006年，南京工業大學模擬電子技術精品課程建設項目

參考文獻

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