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偏置后的 BJT：使用小信号模型分析 BJT
接线图
2025年02月15日 13:01 24
admin
确定晶体管工作模式以及流入或流出其基极、集电极和发射极的总电流的直流电流和电压。
BJT 还能够放大小幅度信号，此类放大器应用将我们带入“小信号”领域。该境界不取代大信号条件；相反，小信号操作叠加在大信号操作上。我们使用大信号条件来偏置晶体管，而给定电路施加的偏置条件会影响 BJT 的小信号行为。
小信号模型
BJT 偏置后，我们可以专注于小信号操作，当我们用可产生与晶体管等效功能的更简单电路元件替换 BJT 时，小信号分析会更容易。请记住，这些模型仅与小信号操作相关，而且，在建立大信号偏置条件之前，您不能使用这些模型。
混合π模型
集电极电流等于 β 乘以 I B，这并不奇怪。 I B由 V BE和 R π决定，这就是偏置条件发挥作用的地方：
$$R_{\pi}=\frac{\beta}{g_m}$$
$$g_m=跨导=\frac{I_{C_{BIAS}}}{V_t}$$
因此我们需要 I B来确定 I C，需要 R π来确定 I B，需要 g m来确定 R π，需要 I CBIAS（即大信号集电极电流）来确定 g m。
可以重新表述混合π模型，以便直接从 V BE计算到 I C。如果将 β 替换为 g m R π，则有 I C = I B g m R π = g m V BE。
T型
$$R_E=\frac{\alpha}{g_m}$$
可以使用以下公式计算参数α：
$$\alpha=\frac{\beta}{\beta+1} $$
BJT 小信号模型可以直接替代电路图中的 BJT 符号。确定偏置条件后，移除 BJT，插入小信号模型，并将之前的基极、集电极和发射极节点连接到模型的基极、集电极和发射极端子。
下一步并不是那么明显：您需要用短路替换每个直流电压源，用开路替换每个直流电流源，因为这对应于它们在小信号操作中的行为。请注意，原理图中出现的“电压轨”（例如，V CC、V DD）仅作为电源电压变为接地连接，因为电压轨实际上是绘制具有一个端子的正常电压源的简写方式接地。
此时，您已将电路从大信号转换为小信号，并且准备好继续进行标准电路分析程序。
考虑早期效应
如果您需要更全面的解释，我有一篇文章可以介绍早期效果。然而，长话短说，早期效应是指 BJT 内部发生的一种现象，导致有源模式集电极电流受到集电极电压的影响。更具体地，集电极-发射极电压的增加导致集电极电流的增加。
如果您思考上面显示的小信号模型，您会发现它们没有包含早期效应：影响集电极电流的唯一小信号变量是基极电流、发射极电流或基极电流。发射极电压。如果我们希望小信号模型更加准确，我们需要考虑早期效应。
$$R_{O_{SS}}=\frac{V_A+V{_{CE_{BIAS}}}}{I_{C_{BIAS}}}$$
早期电压 (V A ) 通常会明显大于集电极到发射极电压，因此您可以将其简化如下：
$$R_{O_{SS}}=\frac{V_A}{I_{C_{BIAS}}}$$
添加此电阻具有直观意义：早期效应告诉我们，较高的集电极到发射极电压将导致较高的集电极电流，通过添加此电阻，我们在集电极和发射极之间打开一条直接受到影响的附加电流路径由集电极到发射极电压。
结论
我们简要介绍了在放大器分析的背景下将大信号条件与小信号行为分开的概念，并且我们研究了与小信号功能相对应的两种电路结构（混合 π 模型和 T 模型）双极结型晶体管。
BJT 还能够放大小幅度信号，此类放大器应用将我们带入“小信号”领域。该境界不取代大信号条件；相反，小信号操作叠加在大信号操作上。我们使用大信号条件来偏置晶体管，而给定电路施加的偏置条件会影响 BJT 的小信号行为。
小信号模型
BJT 偏置后，我们可以专注于小信号操作，当我们用可产生与晶体管等效功能的更简单电路元件替换 BJT 时，小信号分析会更容易。请记住，这些模型仅与小信号操作相关，而且，在建立大信号偏置条件之前，您不能使用这些模型。
混合π模型
我们将讨论的第一个小信号模型称为混合 π 模型，它看起来像这样（对于 NPN 晶体管）：
集电极电流等于 β 乘以 I B，这并不奇怪。 I B由 V BE和 R π决定，这就是偏置条件发挥作用的地方：
$$R_{\pi}=\frac{\beta}{g_m}$$
$$g_m=跨导=\frac{I_{C_{BIAS}}}{V_t}$$
因此我们需要 I B来确定 I C，需要 R π来确定 I B，需要 g m来确定 R π，需要 I CBIAS（即大信号集电极电流）来确定 g m。
可以重新表述混合π模型，以便直接从 V BE计算到 I C。如果将 β 替换为 g m R π，则有 I C = I B g m R π = g m V BE。
T型
在某些情况下，您可能更愿意使用以下混合 π 模型的替代方案：
$$R_E=\frac{\alpha}{g_m}$$
可以使用以下公式计算参数α：
$$\alpha=\frac{\beta}{\beta+1} $$
与混合π模型一样，T模型可以使用电压或电流作为控制电流源的变量。在 T 模型中，电流源的表达式为 g m V BE（如上所示）或 αI E：
BJT 小信号模型可以直接替代电路图中的 BJT 符号。确定偏置条件后，移除 BJT，插入小信号模型，并将之前的基极、集电极和发射极节点连接到模型的基极、集电极和发射极端子。
下一步并不是那么明显：您需要用短路替换每个直流电压源，用开路替换每个直流电流源，因为这对应于它们在小信号操作中的行为。请注意，原理图中出现的“电压轨”（例如，V CC、V DD）仅作为电源电压变为接地连接，因为电压轨实际上是绘制具有一个端子的正常电压源的简写方式接地。
此时，您已将电路从大信号转换为小信号，并且准备好继续进行标准电路分析程序。
考虑早期效应
如果您需要更全面的解释，我有一篇文章可以介绍早期效果。然而，长话短说，早期效应是指 BJT 内部发生的一种现象，导致有源模式集电极电流受到集电极电压的影响。更具体地，集电极-发射极电压的增加导致集电极电流的增加。
如果您思考上面显示的小信号模型，您会发现它们没有包含早期效应：影响集电极电流的唯一小信号变量是基极电流、发射极电流或基极电流。发射极电压。如果我们希望小信号模型更加准确，我们需要考虑早期效应。
幸运的是，这很容易做到。我们所需要的只是在集电极和发射极之间连接一个电阻。
$$R_{O_{SS}}=\frac{V_A+V{_{CE_{BIAS}}}}{I_{C_{BIAS}}}$$
早期电压 (V A ) 通常会明显大于集电极到发射极电压，因此您可以将其简化如下：
$$R_{O_{SS}}=\frac{V_A}{I_{C_{BIAS}}}$$
添加此电阻具有直观意义：早期效应告诉我们，较高的集电极到发射极电压将导致较高的集电极电流，通过添加此电阻，我们在集电极和发射极之间打开一条直接受到影响的附加电流路径由集电极到发射极电压。
结论
我们简要介绍了在放大器分析的背景下将大信号条件与小信号行为分开的概念，并且我们研究了与小信号功能相对应的两种电路结构（混合 π 模型和 T 模型）双极结型晶体管。
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