信號模型分析方法

⑴ 數字電路的分析方法

數字電路主要研究對象是電路的輸出與輸入之間的邏輯關系，因而在數字電路中不能採用模擬電路的分析方法，例如，小信號模型分析法。由於數字電路中的器件主要工作在開關狀態，因而採用的分析工具主要是邏輯代數，用功能表、真值表、邏輯表達式、波形圖等來表達電路的主要功能。
隨著計算技術的發展，為了分析、模擬與設計數字電路或數字系統，還可以採用硬體描述語言，使用如ABEL語言等軟體，藉助計算機來分析、模擬與設計數字系統。

⑵ 數字信號處理中如何畫零點和極點分布圖

先畫一個復坐標系，然後求出傳遞函數G (x)的零點和極點，標在坐標系中即可，零點為分子為零的點，極點為分母為零的點！

在頻域中描述信號特性的一種分析方法，不僅可用於確定性信號，也可用於隨機性信號。所謂確定性信號可用既定的時間函數來表示，它在任何時刻的值是確定的；隨機信號則不具有這樣的特性，它在某一時刻的值是隨機的。

因此，隨機信號處理只能根據隨機過程理論，利用統計方法來進行分析和處理，如經常利用均值、均方值、方差、相關函數、功率譜密度函數等統計量來描述隨機過程的特徵或隨機信號的特性。

(2)信號模型分析方法擴展閱讀：

在實際中觀測到的數據是有限的。這就需要利用一些估計的方法，根據有限的實測數據估計出整個信號的功率譜。針對不同的要求，如減小譜分析的偏差，減小對雜訊的靈敏程度，提高譜解析度等。已提出許多不同的譜估計方法。

在線性估計方法中，有周期圖法，相關法和協方差法；在非線性估計方法中,有最大似然法,最大熵法，自回歸滑動平均信號模型法等。譜分析和譜估計仍在研究和發展中。

數字信號處理與模擬信號處理都是信號處理的子集，范疇均屬於信號處理，所謂"信號處理"，就是要把記錄在某種媒體上的信號進行處理，以便抽取出有用信息的過程。

它是對信號進行提取、變換、分析、綜合等處理過程的統稱。但數字信號處理以及模擬信號處理所處理的對象不一致，因此處理的具體流程也不盡相同，但目的都是為了提取出有用的信息。

⑶ 求模擬電路中，大信號模型和小信號模型有何區別

確切的說，應該是「大信號圖解分析法和小信號模型分析法」。
大信號圖解分析法：就是當輸入信號的能量很大時，或者通俗的說就是，
當輸入電壓的幅值很大時，三極體有可能會進入飽和狀態而不是放大狀態，
此時三極體的輸出電壓的幅值就會失真（和輸入波形不一樣），所以針對會出現這種情況，
我們選用宏觀的分析方法，即，大信號圖解分析法。
小信號模型分析法：顧名思義，輸入信號的電壓的幅值很小，
你用宏觀的分析方法大信號圖解分析法，顯然結果會很不精確，
所以就用小信號模型分析法。小信號模型，
就是把抽象元件三極體等效成由電阻、受控電流源等元件組成的二埠網路。
這些等效元件有具體數值，可直接數字計算。從而在這個基礎上對信號進行分析。

⑷ 時間序列信號模型

圖1-7 離散平穩隨機信號x（n）的有理傳輸函數模型

隨機序列主要採用自相關函數和功率譜密度函數進行研究。對於平穩隨機序列，這些年來從時間序列分析角度，又提出另外一種研究方法，即時間序列信號模型法。這種模型是一個線性模型，它具有連續功率譜的特性，在功率譜估計方面，表現出很大的優點，對於研究平穩隨機序列是一種很有效的方法。許多平穩隨機序列都可以看成是由典型雜訊源激勵一個線性系統產生的，這種雜訊源一般是白雜訊序列源。假設該線性穩定系統的系統函數用H（z）表示，實際應用中所遇到的隨機過程大多數可以用有理傳輸函數（系統函數）模型很好地逼近，如圖1-7所示，圖中，輸入激勵ε（n）是均值為零、方差為

的白雜訊序列，線性系統傳輸函數為

地球物理信息處理基礎

式中：b_k是前饋（或滑動平均）支路的系數，稱為MA（Moving Average）系數；a_k是反饋（或自回歸）支路的系數，稱為AR（Autoregressive）系數。系統的輸出序列x（n）是被建模的離散隨機信號。該模型的輸出和輸入之間滿足差分方程

地球物理信息處理基礎

由式（1-106）知，輸出功率譜和輸入功率譜之間存在下列關系：

地球物理信息處理基礎

這是因為

地球物理信息處理基礎

或

地球物理信息處理基礎

若h（n）是實的，則H^*（1/z^*）=H（z^-1），於是

地球物理信息處理基礎

以下討論的都是這種情況。

由於｜H（e^jω）｜的增益系數可並入

進行考慮，不失一般性，可假設a₀=1和b₀=1。

⑸ 三極體誰懂

1．半導體三極體的結構
（1）半導體三極體從結構上可分為NPN型和PNP型兩大類，它們均由三個摻雜區和兩個背靠背的PN結構成，但兩類三極體的電壓極性和電流方向相反。
（2）三個電極：基極 b、集電極 c、和發射極 e。從後面工作原理的介紹中可以看到，發射極和集電極的命名是因為它們要分別發射與接收載流子。
（3）內部結構特點：發射區的摻雜濃度遠大於集電區的摻雜濃度；基區很薄，且摻雜濃度最低。
（4）三個區作用：發射區發射載流子、基區傳輸和控制載流子、集電區收集載流子。2．電流的分配和控製作用（1）條件
內部條件：三極體的結構。外部條件：發射結正偏、集電結反偏。
對NPN型：Vc> VB> VE Si管：VBE=0.7V Ge管：VBE=0.2V
對PNP型：Vc< VB< VE Si管：VBE=-0.7V Ge管：VBE=-0.2V
（2）內部載流子的傳輸過程（參閱難點重點）
（3）電流分配關系
在眾多的載流子流中間，僅有發射區的多子通過發射結注入、基區擴散和復合以及集電區收集三個環節，轉化為正向受控作用的載流子流Ic，其它載流子流只能分別產生兩個結的電流，屬於寄生電流。
為了表示發射極電流轉化為受控集電極電流Ic的能力，引入參數α，稱為共基極電流傳輸系數。其定義為α=Ic／IE令β＝α／（1－α），稱為共射極電流傳輸系數。3．各極電流之間的關系 IE＝Ic＋IB （1）共基接法 (IE對Ic 的 控製作用)
Ic＝αIE +ICBO
IB＝（1-α）IE -ICBO （2）共射接法 (IB對Ic 的 控製作用)
Ic＝βIB +ICEO
IE＝（1+α）IB +ICEO
ICEO＝（1+β）ICBO 4．共射極電路的特性曲線(以NPN型管為例)
（1）輸入特性曲線 IB=f(VBE，VCE )
輸入特性曲線是指當VCE為某一常數時，IB和BE之間的關系。
特點：VCE=0的輸入特性曲線和二極體的正向伏安特性曲線類似；隨著VCE增大，輸入特性曲線右移；繼續增大VCE，輸入特性曲線右移很少。
在工程上，常用VCE=1時的輸入特性曲線近似代替VCE>1V時的輸入特性曲線簇。
（2）輸出特性曲線
輸出特性曲線是指當IB為某一常數時，IC和VCE之間的關系，可分為三個區： 截止區：發射結反偏，集電結反偏，發射區不能發射載流子，IB≈0，IC≈0。
放大區：發射結正偏，集電結反偏。其特點是：VBE≈0.7V(或0.2V)，IB>0，IC與IB成線性關系,幾乎與
VCE無關。
飽和區：發射結正偏，集電結正偏，隨著集電結反偏電壓的逐漸減小（並轉化為正向偏壓），集電結的空間電荷
區變窄，內電場減弱，集電結收集載流子的能量降低，IC不再隨著IB作線性變化，出現發射極發射有
余，而集電極收集不足現象。其特點是：VCE很小，在估算小功率管時，對硅管可取0.3V（鍺0.1V）。
對PNP型管，由於電壓和電流極性相反，所以特性在第三象限。4．主要參數
電流放大倍數，集電極最大允許電流ICM，集電極耗散功率PCM，反向擊穿電壓V（BR）CEO等3.2共射極放電電路1．放大的原理和本質（以共發射極放大電路為例）
交流電壓vi通過電容C1加到三極體的基極，從而使基極和發射極兩端的電壓發生了變化：由VBE→VBE ＋vi，由於PN結的正向特性很陡，因此vBE的微小變化就能引起iE發生很大的變化：由IE→IE+ △IE，由於三級管內電流分配是一定的，因此iB和iC作相同的變化，其中IC→IC +△IC。
iC流過電阻Rc，則Rc上的電壓也就發生變化：由VRc→VRc +△VRc。由於vCE=VCC-vRc，因此當電阻Rc上的電壓隨輸入信號變化時，vCE也就隨之變化，由VCE→VCE+△VCE，vCE中的變化部分經電容C2傳送到輸出端成為輸出電壓vo。如果電路參數選擇合適，我們就能得到比△vi大得多的△vo。
所以，放大作用實質上是放大器件的控製作用，是一種小變化控制大變化。2．放大電路的特點
交直流共存和非線性失真3．放大電路的組成原則
正確的外加電壓極性、合適的直流基礎、通暢的交流信號傳輸路徑4．放大電路的兩種工作狀態 （1）靜態：輸入為0，IB、IC、VCE都是直流量。 （2）動態：輸入不為0，電路中電流和電壓都是直流分量和交流分量的疊加。保證在直流基礎上實現不失真放
大。5．放大電路的分析步驟 （1）先進行靜態分析：用放大電路的直流通路。 直流通路：直流信號的通路。放大電路中各電容開路即可得到。 （2）在靜態分析的基礎上進行動態分析：用放大電路的交流通路。 交流通路：交流信號的通路。放大電路中各電容短接，直流電源交流短接即可得到 3.3圖解分析法1．靜態分析
（1）先分析輸入迴路
首先把電路分為線性和非線性兩部分，然後分別列出它們的端特性方程。在線性部分，其端特性方程為VBE＝VCC－IB*RB將相應的負載線畫在三極體的輸入特性曲線上，其交點便是所求的（IBQ，VBQ）。
（2）再分析輸出迴路
用同樣的方法，可得到輸出迴路的負載線方程（直流負載方程）為VCE＝VCC－IC*RC將相應的負載線（直流負載線，斜率為1/Rc）畫在三極體的輸出特性曲線上，找到與IB=IBQ相對應的輸出特性曲線，其交點便是所求的（ICQ，VCEQ）。2．動態分析（參閱難點重點）交流負載線：是放大電路有信號時工作點的軌跡，反映交、直共存情況。其特點為過靜態工作點Q、斜率為
1/（Rc//RL）。3．放大電路的非線性失真及最大不失真輸出電壓
（1）飽和失真：靜態工作點偏高，管子工作進入飽和區（NPN管，輸出波形削底；PNP管，輸出波形削頂）
（2）截止失真：靜態工作點偏低，管子工作進入截止區（NPN管，輸出波形削頂；PNP管，輸出波形削底）
觀看動畫 （3）最大不失真輸出電壓Vom如圖 Vom1=VCE-VCES 且因為ICEO趨於0 ， Vom2=ICQ*（RC//RL）
所以Vom為Vom1及Vom2中較小者，以保證輸出波形不失真。 4．圖解分析法的特點
圖解分析法的最大特點是可以直觀、全面地了解放大電路的工作情況，並能幫助我們理解電路參數對工作點的影響，並能大致估算動態工作范圍，另外還可幫助我們建立一些基本概念，如交直流共存、非線性失真等。圖解分析法實例（工作點移動對輸出波形的影響） 3.4小信號模型分析法指導思想：在一定條件下，把半導體三極體所構成的非線性電路轉化為線性電路。1．半導體三極體的小信號模型
（1）三極體小信號模型的引出，是把三級管作為一個線性有源雙口網路，列出輸入和輸出迴路電壓和電流的關系，然後利用取全微分或泰勒展開的方法得到H參數小信號模型。
（2）關於小信號模型的討論：
①小信號模型中的各參數，如rbe、β均為微變數，其值與靜態工作點的位置有關，並非常數。
②受控電流源的大中、流向取決於ib
③小信號模型適用的對象是變化量，因此電路符號不允許出現反映直流量或瞬時總量的大下標符號。2．用H參數小信號模型分析共射基本放大電路（1）畫出小信號等效電路 方法：先畫出放大電路的交流通路（電容及電源交流短接），然後將三極體用小信號模型代替。
（2）求電壓放大倍數
（3）求輸入電阻
（4）求輸出電阻以下給出了一共射基本放大電路的分析過程，觀看動畫。3.5放大電路的工作點穩定問題偏置電路：一是提供放大電路所需的合適的靜態工作點；二是在環境溫度、電源電壓等外界因素變化時，保持靜態工作點的穩定。1．溫度對放大電路靜態工作點的影響T↑→VBE↓、β↑、ICBO↑→IC↑靜態工作點變化，可能導致放大電路輸出波形失真。2．穩定靜態工作點方法：在放大電路中引電流負反饋（常用射極偏置電路）、採用補償法。3．射極偏置電路
穩定靜態工作點的過程：（1）利用Rb1和Rb2組成的分壓器以固定基極電位；（2）利用Re產生的壓降反饋到輸入迴路，改變VBE，從而改變IC。 3.6共射極電路、共集電極電路和共基極電路特點1．共射極電路
共射極電路又稱反相放大電路，其特點為電壓增益大，輸出電壓與輸入電壓反相，低頻性能差，適用於低頻、和多級放大電路的中間級。2．共集電極電路
共集電極電路又稱射極輸出器、電壓跟隨器，其特點是：電壓增益小於1而又近似等於1，輸出電壓與輸入電壓同相，輸入電阻高，輸出電阻低，常用於多級放大電路的輸入級、輸出級或緩沖級。3．共基極電路
電路特點：輸出電壓與輸入電壓同相，輸入電阻底，輸出電阻高，常用於高頻或寬頻帶電路。3.7放大電路的頻率響應
1．頻率響應的基本概念
（1）頻率響應：放大電路對不同頻率的穩態響應。
（2）頻率失真：包括幅度失真和相位失真，均屬於線性失真。2．RC低通電路的頻率響應
（1）幅頻響應：
（2）相頻響應：
ψ=-argtg(f／fH) 3．RC高通電路的頻率響應
RC高通電路與RC低通電路成對偶關系。4．波特圖
為了能同時觀察到低頻和高頻段幅頻變化特性，在繪制幅頻特性曲線時，通常橫坐標和縱坐標均採用對數坐標形式，稱之為波特圖。5．放大電路存在頻率響應的原因
放大電路存在容抗元件（例如外接的耦合電容、旁路電容和三極體的極間電容），使的放大電路對不同頻率的輸出不同。通常外接電容可以等效為RC高通電路，因而影響下限頻率，而三極體的極間電容可以等效為RC低通電路，因而影響上限頻率。 例1．半導體三極體為什麼可以作為放大器件來使用，放大的原理是什麼？試畫出固定偏流式共發射極放大電路的電路圖，並分析放大過程。答：放大的原理是利用小信號對大信號的控製作用，利用vBE的微小變化可以導致iC的大變化。固定偏流式共發射極放大電路的放大過程，參閱「內容提要——第2頁」。例2．電路如圖所示，設半導體三極體的β=80，試分析當開關K分別接通A、B、C三位置時，三級管各工作在輸出特性曲線的哪個區域，並求出相應的集電極電流Ic。
解：（1）當開關K置A，在輸入迴路IB．Rb+VBE=Vcc，可得IB=Vcc/Rb=0.3mA假設工作在放大區，則IC=β．IB=24mA，VCE=Vcc-IC．Re< 0.7V，故假設不成立，三級管工作在放大區。此時，VCE=VCES=0.3V，IC=Vcc/Re=3mA
（2）當開關K置B，同樣的方法可判斷三級管工作在放大區，IC=β．IB=1.92mA
（3）當開關K置C，三級管工作在截止狀態，IC=0例3.某固定偏流放大電路中三極體的輸出特性及交、直流負載線如圖所示，試求：
（1）電源電壓VCC、靜態電流IB、IC和VCE。
（2）電阻Rb、Rc的值。
（3）輸出電壓的最大不失真幅度。
（4）要使該電路能不失真地放大，基極正弦電流的最大幅度是多少？
解： （1）直流負載線與橫坐標的交點即VCC值,IB=20uA,Ic=1mA VCE=3V
（2）因為是固定偏聽偏流放大電路,電路如圖所示
Rb=VCC/IB=300KΩ Rc=(VCC-VCE)/IC=3KΩ
（3）由交流負載線和輸出特性的交點可知,在輸入信號的正半周,輸出電壓vCE從3V到0.8V,變化范圍為2.2V，在輸入信號的負半周,輸出電壓vCE從3V到4.6V,變化范圍為1.6V。綜合考慮，輸出電壓的最大不失真幅度為1.6V。
（4）同樣的方法可判斷輸出基極電流的最大幅值是20μA. 例4.電路如圖所示，已知三極體的β=100，VBE=-0.7V
（1）試計算該電路的Q點；
（2）畫出簡化的H參數小信號等效電路；
（3）求該電路的電壓增益AV，輸入電阻Ri,輸出電阻Ro。
（4）若VO中的交流成分出現如圖所示的失真現象，問是截止失真還是飽和失真？為消除此失真，應調節電路中的哪個元件，如何調整？
解：(1)IB=VCC/Rb=40μA
VCE=-(VCC-IC.RC)=-4V
(2)步驟：先分別從三極體的三個極（b、e、c）出發，根據電容和電源交流短接，畫出放大電路的交流通路；再將三極體用小信號模型替代；並將電路中電量用瞬時值或相量符號表示，即得到放大電路的小信號等效電路。注意受控電流源的方向。（圖略）
(3)rbe=200+(1+β)26mA/IEQ =857Ω
AV=-β(RC//RL)/rbe=-155.6
(4)因為vEB=-vi+VCb1=-vi+VEB
從輸出波形可以看出，輸出波形對應vs正半周出現失真，也即對應vEB減小部分出現失真，即為截止失真。減小Rb，提高靜態工作點，可消除此失真。
說明：
分析這類問題時，要抓住兩點：（1）發生飽和失真或截止失真與發射結的電壓有關（對於NPN型管子，為vBE；對於PNP型管子為vEB），發射結電壓過大（正半周），發生飽和失真；過小（負半周），發生截止失真。（2）利用放大電路交、直流共存的特點，找出發射結電壓與輸入信號之間的關系。這里，要利用耦合電容兩端的電壓不變（因為為大電容，在輸入信號變化的范圍內，其兩端的電壓認為近似不變），如上題式子中的VCb1=VEB。 例5.電路如圖所示為一兩級直接耦合放大電路，已知兩三極體的電流放大倍數均為β，輸入電阻為rbe，電路參數如圖，計算放大電路的電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。
解：本放大電路為一兩級直接耦合放大電路，兩極都是共集電極組態。計算其性能指標時，應注意級間的相互影響。（1）求電壓放大倍數 AV=VO/Vi畫出放大電路的小信號等效電路。AV1=VO1/Vi=（1+β）（Re1//RL1）/[rbe+（1+β）（Re1//RL1）]AV2=VO/VO1=（1+β）（Re2//RL）/[rbe+（1+β）（Re2//RL）]AV=VO/Vi=AV1*AV2其中：RL1為第一級放大電路的負載電阻，RL1=rbe+（1+β）（Re2//RL）（2）輸入電阻RiRi=Vi/Ii=Rb1//[rbe+（1+β）（Re1//RL1）（3）輸出電阻RoRo=Re2//[（rbe+Ro1）/（1+β）]其中：Ro1為第一級放大電路的輸出電阻，Ro1=Re1//[（rbe+（Rb1//Rs））/（1+β）]難點重點1．半導體三極體內部載流子的傳輸過程
（1）發射區向基區注入電子由於發射結外加正向電壓，發射結的內電場被削弱，有利於該結兩邊半導體中多子的擴散。流過發射極的電流由兩部分組成：一是發射區中的多子自由電子通過發射結注入到基區，成為集區中的非平衡少子而形成的電子電流IEN，二是基區中的多子空穴通過發射結注入到發射區，成為發射區的非平衡少子而形成的空穴電流IEP。由於基區中空穴的濃度遠低於發射區中電子的濃度，因此，與電子電流相比，空穴的電流是很小的，即
IE=IEN+IEP（而IEN>>IEP）（2）非平衡載流子在基區內的擴散與復合由發射區注入基區的電子，使基區內少子的濃度發生了變化，即靠近發射結的區域內少子濃度最高，以後逐漸降低，因而形成了一定的濃度梯度。於是，由發射區來的電子將在基區內源源不斷地向集電結擴散。另一方面，由於基區很薄，且摻雜濃度很低，因而在擴散過程中，只有很少的一部分會與基區中的多子（空穴）相復合，大部分將到達集電結。（3）集電區收集載流子由於集電結外加反向電壓，集電結的內電場被加強，有利於該結兩邊少子的漂移。流過集電極的電流IC，除了包括由基區中的熱平衡少子電子通過集電結形成的電子電流ICN2和集電區中的熱平衡少子空穴通過集電結形成的空穴電流ICP所組成的反向飽和電流ICBO以外，還包括由發射區注入到基區的非平衡少子自由電子在基區通過邊擴散、邊復合到達集電結邊界，而後由集電結耗盡層內的電場將它們漂移到集電區所形成的正向電子傳輸電流ICN1，因此IC=ICN1+ICN2+ICP=ICN1+ICBO
式中ICBO＝ICN2+ICP基極電流由以下幾部分組成：通過發射結的空穴電流IEP，通過集電結的反向飽和電流ICBO以及IEN轉化為ICN1過程中在基區的復合電流（IEN-ICN1），即IB=IEP+（IEN-ICN1）-ICBO

⑹ BJT放大電路分析方法有2種：圖解分析法和小信號模型法

圖解分析法是一種近似的方法，但功能強，還可以分析晶體管的非線性工作狀態，譬如微波功率放大晶體管的分析。
小信號模型法是一種精確的計算方法，但只能用於晶體管的線性、小信號狀態分析，因為這時輸出信號與輸入信號才具有相同的頻率，可以給出一種等效電路（等效電路元件的數值確定）——小信號模型。小信號模型也適用於較高頻率的分析，只要不超出線性工作范圍；所以小信號模型有低頻等效電路，也有高頻等效電路。當然，在微波工作時除外，因為這時往往有許多寄生效應將會帶來非線性效應。
在大信號（信號幅度很大）情況下就不是這樣，這時輸入一個頻率的信號，就有可能產生出多個頻率的信號——如大功率放大電路、振盪電路等，這時就不能採用一個統一的等效電路來分析，但可用圖解法分析。

⑺ 圖解分析法和小信號模型分析法的特點及其應用范圍是什麼

圖解法得有三極體的輸入輸出特性曲線，必須要很精確的作圖，才能得到比較准確的結果，因此，通常用來作定性分析，如靜態工作點的大致位置，失真情況。小信號模型是比較精確的模型，可以用來手工計算，通常用來作定量分析。同時，它也是電路模擬軟體所使用的器件模型的簡化。

⑻ 什麼是大信號和小信號

「大信號和小信號」是相對於放大器的動態范圍來說的信號分類，是兩個不同層面或角度上對放大器特性的描述。

任何實際器件都不是理想線性的，特別是在其整個動態范圍內。如果將信號（或討論）的范圍限制在整個動態范圍中相對較小且近似線性的范圍內，剝離直流偏置取其微分特性，則就得到一個近似的線性模型——即小信號模型。這將有利於分析和設計。但如果信號范圍比較大（如接近器件的動態范圍），小信號模型就不再奏效，而需考慮大信號（滿功率）下的器件特性。這通常是非線性的。

針對運放而言，小信號下就有增益帶寬積這個參數，而大信號下則為擺率。這是兩個不同場合下使用的參數，雖然其有一定的關聯。

⑼ 什麼叫做小信號模型

小信號模型（英語：Small-signal modeling）是電子工程中的一項常用的分析模型，即利用線性方程來近似計算非線性元件的性質。二極體的計算就是一個典型的例子。流經二極體的電流I與電壓V之間的關系具有非線性關系：

在有的電子電路中，非線性元件被避免使用，因為它們在輸入信號達到一定幅度的情況下可能產生失真。大信號和小信號都是相對的概念。對於不同的電路，小信號的實際幅度是不同的。