等效电路法在放大电路分析中的应用

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在介绍了几种常见放大电路的基础上，主要以晶体管放大电路为例，阐述了放大电路等效模型的建立过程。分析证明，该结论适用于场效应管及其组成的放大电路中。

等效电路法，又称为低频小信号模型，即在低频小信号作用下的放大电路中，将放大电路中的基本元件看成一个线性双口网络，利用该网络的h参数来表示放大电路的输入与输出特性便可得到一个等效线性电路，所以也称为h参数等效模型。
1 模拟电路中的常用放大电路
1．1 晶体管放大电路
晶体管放大电路的主要构成元件为pnp型、npn型硅晶体管及若干电阻组成。它主要利用晶体管的特性对电路中电流进行放大，通过对该电路的输入特性与输出特性的分析，得出该放大电路包含3种工作状态，即饱和区、放大区及截止区，正常情况下应使放大电路工作在放大区。常见电路形式如图1所示。


1．2 场效应管放大电路
场效应管也是作为一种最基本的放大电路，它的主要组成为场效应管及若干电阻，其工作原理与电路形式和晶体管放大电路相同，相比晶体管放大电路，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好等优点。常见电路形式如图2所示。

1．3 差分放大电路
差分放大电路的主要构成为晶体管、场效应管及若干电阻，它的主要特点在于采用完全对称的电路结构形式，以此来抑制基本放大电路产生的零点漂移，使得工作点更加稳定，常见电路形式如图3所示。


1．4 有源负载放大电路
有源负载放大电路主要构成元件为晶体管、场效应管及若干电阻，这种放大电路以电流源电路作为有源负载，这样在电源电压不变的情况下，既可获得合适的静态电流，对于交流信号，又可以得到较大的等效电阻，从而提高电压增益。常见电路形式如图4所示。




2 等效电路法在放大电路分析中的应用实例
为了研究等效电路法在实际放大电路分析中的应用，下面以晶体管放大电路分析为例。
2．1 等效电路法的具体应用过程
首先将晶体管作为一个双口网络，如图5所示。


以B-E作为输入端口，以C-E作为输出端口，则网络外部的端电压和电流之间的关系就是晶体管的输入特性和输出特性，如图6和图7所示。


根据特性曲线，可以将输入特性、输出特性写成关系式



h参数的下标e表示共发射极接法，i表示输入；r表示反向传输；f表示正向传输；o表示输出，其中


由h参数方程可知，电压vBE由两部分组成，第一项表示由iB产生一个电压，所以hie为一电阻；第二项vCE由产生一个电压，因而hre无量纲；所以B-E间可以等效成一个电阻与一个受控电压源串联。
电流iC也由两部分组成，第一项表示由iB控制产生一个电流，因而hfe无量纲；第二项表示由vCE产生一个电流，因而hoe为电导；所以C-E间可以等效为一个受控电流源与一个电阻并联。这样得到的晶体管的等效模型如图8所示。由于h参数方程中的4个h参数的量纲都不同，故称为h参数等效模型。


2．2 等效电路法的简化模型
输入回路：从前面对晶体管的特性分析可知，当晶体管工作在放大区时，C-E间的电压对输入特性曲线的影响很小，即管子的内反馈可以忽略不计，可以vCE>VBE用的任意一条特性曲线取代vCE>VBE的所有特性曲线。因此，认为hre=0，则晶体管的输入回路只等效为一个动态电阻rBE(hie)。
输出回路：当晶体管工作在放大区时，C-E间电压的变化对iC的影响很小，即在放大区输出特性曲线几乎是横轴的平行线，可以认为C-E间的动态电阻1／hoe无穷大。因此，hoe近似为0，晶体管的输出回路只等效为一个电流iB控制的电流源βiB(hfeiB)。简化后的h参数等效模型如图9所示。



3 结束语
分析了晶体管等效模型，其分析结论可直接用于分析由晶体管所构成放大电路的各种动态参数，该结论完全可以适用于场效应管及其组成的放大电路中，而其他类型放大电路如差分放大电路、功率放大电路，还有由许多基本电路构成的集成运算放大电路，由于其基本构成与晶体管、场效应管放大电路相同，所以同样可以采用等效电路法来分析。