小信号与大信号放大器定义--很多人说不清的概念

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 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 18:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 xukun977 于 2013-6-18 21:29 编辑


刚才逛了圈论坛,点击进入看了下!
然后搜索论坛相关主题,结果发现类似提问有好多。
回答的里面很多是985大学研究生(TOP5的),回答的内容可分为三类:

第一类:大信号分析的是非线性电路,小信号分析的是线性电路.------这种回答跟没说一样。
第二类:用泰勒级数把伏安特性表示出来,高阶项忽略,得到线性电路了-----这个相当于复述一遍课本。
第三类:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX-----实在看不懂他们到底想表达什么。


其实,提问者想得到的是数量上的定义,而非空虚的定性解释。比如上面的第二类回答,提问者肯定会问:多小算小?

造成这种局面的原因是:CAD工具的盛行,代替了人脑思考,导致人们无需知道到底什么是小信号了。
比如进行小信号分析,直接用CAD中的AC分析。最要命的是AC分析时,得到数值的大小与实际脱节,比如交流源幅度为1V,增益为1000,则输出就是1000V,这与实际相去甚远。

对于BJT放大器,由于增益与失真度是需要折中考虑的关系,所以,小信号的定义通常依据能容忍的失真度给出:
假设最大能容忍的THD为3.5%,则/Vbe/最大为5mV,如果能容忍的THD为7%,则/Vbe/最大为10mV,如果是15%,则为20mV.
注:上面的/Vbe/不一定就是Vin的幅度,因为BE结承受的是Vin的部分分压,对于共射、共基等三种结构,管子发射极有降阶电阻RE的,线性输入范围扩大(1+gm*RE)倍。

 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 18:48 | 显示全部楼层
1,声明: 拜托,千万别把课本上泰勒展开式拿出来了,什么f(x)=ax+bx^2.....因为网上很多人都在不知疲倦地重复说这个,看多了脑袋疼。

2,光有了数量上的定义还是不行的,因为实践中经常违反上述定义,比如功放。有时严重违反上述定义,却依然能输出线性度良好的输出,原因解释如下:

先看谢沅清书上的两幅图:




上图是电压源为激励时的输出,可见当输入VBE=30mV时,输出波形已严重失真;
下图是电流源激励时的输出,可见当VBE已严重变形,而输出波形依然漂亮。

以上现象看起来与上面的线性定义相悖。但是作者只是贴了个图,其它的什么都没解释。

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 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 18:52 | 显示全部楼层

有人观察到上面现象后,立马撰文,说:小信号模型的定义是错的

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大笨毛 发表于 2013-6-18 19:59 | 显示全部楼层
实际常看是否要将管子驱动到 接近1db功率压缩点,(一般小信号设计没必要看)
至于BJT 经验法则也不是看vbe,而是看IC电流变化占偏置点的多少百分比,相对直观些;

真正的大信号电路下, 戴文宁 诺顿等效电路都失效了,
基于小信号模型之类的经典模拟设计方法不能硬套上去
同一个管子,大信号设计不能达到到小信号设计的高增益,
但是大信号的设计方法可获得更高的 1DB压缩点,最终可以驱动到最大限度的电压和电流摆幅
大信号分析可以看功放的书籍比较详细,太多了;某些振荡器的书也讲一点。

 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 20:06 | 显示全部楼层
两种激励下,输出线性“变好”的原因:
第一种,激励为电流源时的简单图示,可见当忽略beta的非线性时,ic可以较好地复原输入电流iin.



由于常用的免费仿真器模型过于简单,基本把beta视作定值,所以在仿真性真表现优良,但与手册曲线不符:





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 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 20:21 | 显示全部楼层

第二种,电压源激励时,此时在仿真环境里表现很糟糕,但在实际情形中考虑到beta的非线性,照样可以使输出线性度较好。
图示如下:



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 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 20:38 | 显示全部楼层

综合考虑以上两个方面,有结论:电流激励时,仿真表现优秀,但实测可能不太好;电压激励,仿真表现糟糕,但实测可能很好。

由以上两种情况分析知,都属于非线性大信号工作情形,结果之所以线性度好,是“以毒攻毒”的结果,所以与小信号无关。或者说这两种情况下表现“线性度”较好,并不能反过来证明小信号模型是错误的。

IB-IC线性良好,是由于beta的非线性和晶体管输入特新非线性部分补偿的结果,而这种补偿效果是不可控的,比如beta本身就具有较大的离散性,生产调试成本高,严重依赖于beta的设计是失败的。所以功率放大器中最佳源内阻一般是通过实验确定的,所以元元要不知所以然大范围调节源阻Rg,使两个非线性曲线中心重合。
SBFX 发表于 2013-6-18 20:41 | 显示全部楼层
强人在5楼用的是什么仿真软件呀
 楼主| xukun977 发表于 2013-6-18 21:54 | 显示全部楼层




仿真表明:
TOTAL HARMONIC DISTORTION =   3.534888E+00 PERCENT
IC变化在ICQ的20%以内

可见,小信号模型还是很准的。

总之,小信号是可以有确切数量定义的,而不应该在设计时,还把泰克、迈克劳林什么拿出来。

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大笨毛 发表于 2013-6-18 22:21 | 显示全部楼层
小弟觉得:其实就用 1db压缩点,还是比较直观的,测量也容易,这方法在业界都用一个世纪了吧

评论

你知道射频和低频区别吗?  发表于 2013-6-18 22:30
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