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请教小信号的概念

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sioca|  楼主 | 2011-3-15 17:39 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 sioca 于 2011-3-16 11:32 编辑

关于小信号的概念,小弟做以下思考,不知道哪里有错误,
请大侠指正,请新手一起思考:
小信号模型参数包含的信息十分有限,即将二端口网络理解成线性器件,理解成S参数恒定的器件。
1.除A类功放以外的其他功放,例如B类C类,由于相对电流变化太大,肯定不能用小信号模型。
2.A类功放也要分别考虑:BJT特定偏置(Ice=40mA),输出功率17dBm,那么50ohm系统交流电流ice在10mA数量级,变化的数量级与Ice相当,也不能用小信号模型。只有当ice(或其他对S参数变化敏感的指标)<<Ice时,可以认为S参数基本不变,可以用小信号参数建模。此条作为判定是否为小信号的唯一依据。
3.假设输出功率在1dB压缩点以下,在功放线性放大区,也不能说可以用小信号S参数建模,要依照第2条提到的依据来判定是否可以用小信号参数,线性放大区和一开始提到的线性器件不是一个概念。
4.大信号S参数需要根据自己的工作点、输入功率自己测量,理论上讲大信号工作时S参数在随输入信号的改变做周期改变。此时测试出的“S参数”是周期性变化S参数一个平均值,或者说等效值。
5.引申到高频书上的话:“C类功放由于工作点变化,LC变换推导出的阻抗匹配的概念已经不适用了,调整外部LC的值,使在规定的输入下,输出功率能到达给定的指标,此时就认为电路输入输出处在“匹配”状态了。”
6.(感谢您有耐心看到这里)这时阻抗匹配的方法就是盲调了。能达到DATASHEET上指明的特定工作点,特定输入情况下的增益,即匹配好了。设计功放时,小信号参数已经没有参考价值了。

20110316:
谢谢HWM chunyang指教,小弟归纳一下:
HWM:小信号《=》近似成线性
chunyang:高频应该考虑分布参数的影响,分布参数会导致小信号分析结果不准。
请问哪位大虾能看一下主贴,指正一下我在主贴中的几个理解(是关于“小信号”和"输入功率究竟有多小"的),谢谢!

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沙发
icecut| | 2011-3-15 17:43 | 只看该作者
不懂,你是大侠

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板凳
HWM| | 2011-3-15 20:33 | 只看该作者
to LZ:

所谓“小信号”意指系统可采用线性建模处理的信号幅度范围,相应模型一般便称之为小信号模型。有源器件原则上都是非线性器件,但若信号小到一定的程度且偏置合适的话,含有源器件的系统可采用近似的线性模型描述。当然,具体系统的线性模型适用范围以及界定各有不同。

具体分析,一般是按泰勒展开取前四项——即零次项到三次项:

  Vo = a0 + a1 Vi + a2 Vi^2 + a3 Vi^3 + ....

其中 Vo 为输出,Vi 为输入。若 Vi = V cos(ω t),代入有:

  Vo = a0 + a1 V cos(ω t) + a2 [V cos(ω t)]^2 + a3 [V cos(ω t)]^3 + ....
        = (a0 + (1/2) a2 V^2) + (a1 V + (3/4) a3 V^3) cos(ω t) + (1/2) a2 V^2 cos(2 ω t) + (1/4) a3 V^3 cos(3 ω t) + ....

可见,有直接影响的是一次(a1)和三次项(a3),即 (a1 V + (3/4) a3 V^3)。对于二次项,其对应的是高次谐波,可以通过谐振带通滤波去除。

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地板
chunyang| | 2011-3-15 23:12 | 只看该作者
甲类、乙类放大器都适用小信号分析法,高频电路需要额外考虑的是分布参数问题,这时原则上小信号分析法仍适用,但问题在于实际电路的模型很难准确建立,这时简化的小信号分析法不适用的原因不是小信号分析法本身,而是在于分布参数的影响无法准确体现。

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5
sioca|  楼主 | 2011-3-16 11:07 | 只看该作者
谢谢HWM chunyang指教,小弟归纳一下:
HWM:小信号《=》近似成线性
chunyang:高频应该考虑分布参数的影响,分布参数会导致小信号分析结果不准。
请问哪位大虾能帮忙指正一下我在主贴中的几个理解(是关于“小信号”和"输入功率究竟有多小"的)

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6
HWM| | 2011-3-16 12:22 | 只看该作者
to 5L:

小信号模型就是线性近似,这没什么可纠结的....

对于一个给定阻抗的系统,信号(如电压)和功率呈现平方关系。因此功率不是线性叠加的。高频电路中(特别是射频和微波),由于通常考虑的是能量波(纯行波),因此一般采用S参数(入射和反射,即散射关系)描述系统。由于器件的高频特性和频率有着密切的关系,所以其S参数(其实是个矩阵)也是频率的函数。但对于某一固定频率,小信号下S参数与信号幅度关系不大,因此呈现近似线性关系。这就是小信号下的S参数模型。注意,高频小信号S参数是复数,体现了其分布参数特性,虽然看似集总参数器件。

当信号大到一定程度以后,由三楼的分析可见,其高次成分将突现出来,表现为明显的非线性特性。因此,小信号模型不在奏效,必须采用其他方法取代之。相关方法很多,其中所谓的大信号S参数就是其中一个(主要适用于高频领域)。至于大小信号的分水岭,前面说了,就是看是否存在简单的线性建模,没其他的特殊条件。

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7
sioca|  楼主 | 2011-3-16 12:26 | 只看该作者
to 5L:

小信号模型就是线性近似,这没什么可纠结的....

对于一个给定阻抗的系统,信号(如电压)和功率呈现平方关系。因此功率不是线性叠加的。高频电路中(特别是射频和微波),由于通常考虑的是能量波(纯行波 ...
HWM 发表于 2011-3-16 12:22

谢谢HWM,我们平时听到最多的一句话是“功放不能用小信号参数”,那实际应用中一般如何判定小信号模型是否适用呢?

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8
HWM| | 2011-3-16 12:37 | 只看该作者
to 7L:

“功放不能用小信号参数”这个不对,至少没说到点子上。

如果功率放大器是线性的(出于效率考虑,虽然通常不是如此),则同样可以归入所谓的“小信号”模型。前面说了,大小信号的分水岭是看是否存在线性性。

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9
bnyuli| | 2011-3-16 13:23 | 只看该作者
功率问题吗? 还是技术性相关性差的原因 啊?

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10
chunyang| | 2011-3-16 13:39 | 只看该作者
分布参数不会导致小信号分析不准,只要是近似线性系统就可以用小信号分析,问题在于需要准确建模,在高频电路中,分布参数很难取得而非小信号分析不灵,非小信号系统一样要考虑分布参数,没有准确的分布参数就不能定量计算,跟是否小信号系统没有关联,当然,非小信号系统中的分布参数也会变得更复杂。

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