re建模的基本思路是，將BJT晶體管的輸入端口（通常為發(fā)射結(jié)）近似視為一個(gè)等效二極管，將輸出端端口（通常為集電極和一個(gè)公共端子，公共端子是B還是E，取決于電路是共基接法還是共射接法）近似視為一個(gè)等效的受控電流源。

下面我們分別詳細(xì)介紹共基、共射、共集組態(tài)的re模型。

1. 共基組態(tài)

共基組態(tài)的基本接法和近似等效電路如下圖所示，我們這里先對npn型晶體管進(jìn)行分析：

圖4-4.01

圖中，黑色字體的v和i是標(biāo)準(zhǔn)二端口的規(guī)定方向，而實(shí)際BJT中的電壓電流方向我們用藍(lán)色予以表示。

注意上面電路中的電壓/電流符號用的都是交直流總和形式，下面我們進(jìn)行直流和交流的分離：對于二極管，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近可等效視為為一個(gè)交流電阻（參見：1-4 二極管的電阻）；而對于受控電流源，其直流α參數(shù)和交流α參數(shù)是非常接近的。因此，可以得到純交流部分的等效電路如下圖所示：

圖4-4.02

對于純交流電路，我們所有的電壓電流參數(shù)使用的都是相量表示法（變量大寫、下標(biāo)小寫，如：Vi、Ie），這個(gè)和交流分量的寫法（如：vi、ie）的含義是一致的，寫成相量形式表示法，對今后的計(jì)算會(huì)比較方便。

（題外話：在電路基本理論中，這個(gè)名詞的寫法是“相量”（phasor），不是數(shù)學(xué)中的“向量”（vector），相量是一個(gè)復(fù)數(shù)！）

下面我們計(jì)算共基組態(tài)re模型的4個(gè)典型交流參數(shù)：（交流）輸入阻抗、（交流）輸出阻抗、（交流）電壓放大倍數(shù)、（交流）電流放大倍數(shù)。為敘述簡潔，人們一般都會(huì)省略“交流”兩字，但你心里要清楚，這4個(gè)量都是基于交直流分離后的純交流電路而言的。

● 輸入阻抗：

輸入阻抗比較簡單，從圖中一眼就可以看出，輸入阻抗就是二極管交流電阻：

● 輸出阻抗：

從上圖4-4.02中可以看到，在二端口的輸出部分是一個(gè)受控電流源，其電流僅受輸入端的電流Ie控制，基本不受輸出端電壓Vo的影響。根據(jù)電路理論，理想電流源的內(nèi)阻為無窮大（不管是獨(dú)立電流源還是受控電流源），因此，輸出阻抗為無窮大。

比如：假設(shè)將輸入電流Ie置于0，則輸出電流Ic也為0，不管在輸出端外加多大的電壓Vo，輸出端口始終無電流通過，相當(dāng)于開路狀態(tài)。則根據(jù)輸出電阻的定義式：

事實(shí)上，上面這個(gè)結(jié)論只是由我們的re簡化模型的電路圖得出的理想情況。共基組態(tài)真實(shí)的輸出阻抗應(yīng)該從晶體管共基組態(tài)的輸出曲線上讀出。從下圖的共基組態(tài)輸出曲線中可以看出，在放大區(qū)，每一根“輸出總電壓（VCB）”與“輸出總電流（Ic）”曲線的斜率都接近水平（即斜率k接近于0），則動(dòng)態(tài)電阻（為斜率k的倒數(shù)）接近無窮大，但并不是真正的無窮大。一般根據(jù)廠商的實(shí)測數(shù)據(jù)，共基組態(tài)的BJT晶體管的輸出阻抗Zo通常都在兆歐級。在通常的簡化計(jì)算中，我們將其近似看作無窮大。

圖4-4.03

● 電壓放大倍數(shù)：

計(jì)算電壓放大倍數(shù)，需要在輸出端接上負(fù)載電阻，如下圖所示：

圖4-4.04

輸入電壓Vi和輸出電壓Vo分別為：

因此電壓放大倍數(shù)為：

說明：從上式可以看到，共基放大電路的電壓放大倍數(shù)不僅取決于BJT本身的性能，還取決于外接的負(fù)載電阻RL的值。

● 電流放大倍數(shù)：

電流放大倍數(shù)為輸出電流Io和輸入電流Ii的比值：

案例4-4-1：對于下圖的共基組態(tài)re等效模型，已知IE=3mA，α=0.98，試求：（1）輸入阻抗；（2）電壓放大倍數(shù)；（3）電流放大倍數(shù)；

圖4-04.a1

解：（1）輸入阻抗re由二極管的靜態(tài)工作電流決定：

（2）電壓放大倍數(shù)為：

（3）電流放大倍數(shù)為：

對于pnp型晶體管，其分析方法也是類似的，只是其中有些電流與電壓的方向不同：輸入電流iI與輸入端口的實(shí)際電流iE同方向；輸出電流iO與輸出端口的實(shí)際電流iC反向，如下圖所示：

圖4-4.05

其4個(gè)典型交流參數(shù)的最終計(jì)算結(jié)果與npn型的結(jié)論是一致的：

2. 共射組態(tài)

共射組態(tài)的基本接法和近似等效電路如下圖所示，我們這里同樣先對npn型晶體管進(jìn)行分析：

圖4-4.06

然后進(jìn)行直流和交流的分離：對于二極管，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近可等效視為為一個(gè)交流電阻；而對于受控電流源，其直流β參數(shù)和交流β參數(shù)也是非常接近的。因此，可以得到純交流部分的等效電路如下圖所示：

圖4-4.07

下面我們計(jì)算共基組態(tài)re模型的4個(gè)典型交流參數(shù)：

● 輸入阻抗：

輸入阻抗的計(jì)算式為：

而Vbe為：

將Vbe代入上式得：

對于共射組態(tài)，一般的β典型值在幾十到幾百左右，re的典型值大概為幾歐到十幾歐左右，故輸入阻抗Zi的典型值一般為幾kΩ量級。

算出輸入阻抗后，我們可以對共射組態(tài)的re模型電路作等效變形，把輸入和輸出的電路分離開，如下圖所示的樣子：

圖4-4.08

輸入阻抗化為一個(gè)獨(dú)立的βre（嚴(yán)格來講應(yīng)該是(1+β)re，近似為βre），輸出電流仍然同Ic，并且受Ib控制。電路作了以上等效變形后，在后續(xù)的計(jì)算上會(huì)方便很多。后文中，我們都將使用這個(gè)等效變形后的共射組態(tài)re模型電路。

● 輸出阻抗：

在二端口的輸出部分是一個(gè)受控電流源，其電流僅受輸入端的電流Ib控制，基本不受輸出端電壓Vo的影響。根據(jù)電路理論，理想電流源的內(nèi)阻為無窮大（不管是獨(dú)立電流源還是受控電流源），因此，輸出阻抗為無窮大。

比如，假設(shè)將輸入電流Ib置于非常?。ń朴?），則根據(jù)輸出電阻的定義式：

同樣的，上面這個(gè)式子只是由re簡化模型的電路圖得出的理想情況。真正的輸出阻抗應(yīng)該從晶體管共射組態(tài)的輸出曲線上讀出，其輸出曲線如下圖所示。

圖4-4.09

輸出阻抗實(shí)質(zhì)上就是輸出曲線的動(dòng)態(tài)電阻。不過和共基組態(tài)相比，共射組態(tài)的各條輸出曲線并不那么水平，因此，其真正的輸出阻抗要比共基組態(tài)小得多，其在各點(diǎn)的輸出阻抗即為輸出曲線在這個(gè)點(diǎn)處的斜率的倒數(shù)，而且在不同點(diǎn)的輸出阻抗都不相同。靜態(tài)集電極電流IC越大，則斜率越陡，輸出阻抗越小。

一般廠商在數(shù)據(jù)手冊中都會(huì)給出幾個(gè)典型工作點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)，對于共射組態(tài)的輸出阻抗Zo，其典型值大約在幾十kΩ左右。

下圖是修正過的共射組態(tài)的re模型，圖中加上了非理想輸出電阻ro的影響：

圖4-4.10

● 電壓放大倍數(shù)：

計(jì)算電壓放大倍數(shù)，需要在輸出端接上負(fù)載電阻，為簡化說明概念，我們暫時(shí)先不考慮非理想輸出電阻ro的影響。如下圖所示：

圖4-4.11

輸入電壓Vi和輸出電壓Vo分別為：

因此電壓放大倍數(shù)為：

說明：從上式可以看到，共射放大電路的電壓放大倍數(shù)也不僅取決于BJT本身的性能，還取決于外接的負(fù)載電阻RL的值。負(fù)號表明，輸出電壓和輸入電壓的方向相反。

● 電流放大倍數(shù)：

電流放大倍數(shù)為輸出電流Io和輸入電流Ii的比值：

● 厄利電壓：

我們回顧一下上面的共射組態(tài)的輸出特性曲線（圖4-4.09），雖然各條曲線的斜率都各不相同，但它們之間其實(shí)是有規(guī)律的，所有的放大區(qū)的直線反向延長后都會(huì)交于一點(diǎn)，如下圖所示：

圖4-4.12

這個(gè)規(guī)律最早在1952年由James M. Early發(fā)現(xiàn)的，故圖中這個(gè)交點(diǎn)處的電壓VA稱為Early電壓（厄利電壓）。一般厄利電壓的典型值在50~300V左右。知道了這個(gè)特性，輸出阻抗（即輸出曲線的動(dòng)態(tài)電阻）就可以從靜態(tài)電壓電流計(jì)算得到，上圖中Q1點(diǎn)處的斜率為：

關(guān)于厄利電壓，一般只要知道一下其原理即可，實(shí)際應(yīng)用中不常會(huì)用到。

3. 共集組態(tài)

對于共集電極組態(tài)，通常采用和共射組態(tài)相同的re模型，其主要的應(yīng)用就是“射極跟隨器”，在后面的章節(jié)中我們會(huì)詳細(xì)分析。
編輯：hfy