晶体管高频小信号等效电路与参数ppt课件.ppt

3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 返回 1 引言 本页完 引言 返回 晶体管在高频小信号运用时 它的等效电路主要有两种形式 物理模拟等效电路 混合 参数等效电路 和形式等效电路 y参数等效电路 形式等效电路通常亦称为y参数等效电路 是选取输入电压和输出电压为自变量 输入电流和输出电流为参变量 利用导纳参数 y参数 并且不涉及晶体管内部物理过程 物理模拟等效电路通常称为混合 等效电路 是把晶体管内部物理过程用集中元件RLC表示 用物理模拟方法表示等效电路 这在模拟电子技术中曾提及 2 本节学习要点要求 晶体管高频小信号等效电路与参数 返回 1 晶体管混合 等效电路 2 晶体管y参数等效电路 3 参数与y参数的转换 4 晶体管的高频参数 结束 3 晶体管结构示意图 继续 本页完 rbb rb e Cb e c e b b 集电结电容 数值很小 C Cb c 发射结电容 数值很小 C rb c 晶体管h参数模型 晶体管h参数模型只适用于电路工作在中频和低频信号的状态下 rbb 和rb e的串联值就是h参数等效电路中的晶体管输入电阻rbe 1 晶体管混合 等效模型 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 当电路工作在高频信号时 晶体管的等效模型必须考虑极间电容效应 晶体管高频状态下的等效模型称为混合 参数模型 以下借助h参数模型得出 参数模型 rc为集电区体电阻 数值很小可忽略 rb c为集电结电阻 rbb 为基区体电阻 rb e为发射结电阻 re为发射区体电阻 数值很小可忽略 4 因为有rb c的分流作用 此时受控电流源不受Ib控制而受Ib 控制 分析起来不大方便 所以也改写为受Ub e控制 成为压控电流源 控制能力也由 改为跨导gm 继续 本页完 晶体管结构示意图 借鉴h参数绘出等效电路 考虑到集电结电阻rb c横跨cb 间 亦把此电阻画在图上 rb c rbb rb e Cb e c e b b C Cb c C rb c 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 1 晶体管混合 等效模型 这个电路就是晶体管混合 模型 C 横跨在集电结电阻rb c两端 C C 横跨在发射结电阻rb e两端 5 继续 本页完 由h参数等效电路知 rce非常大 对Ic的分流作用很小 可忽略 2 晶体管简化的混合 等效模型 rb c是集电结反偏时的电阻 其阻抗远大于C 的容抗 亦可看成开路忽略其作用 简化后晶体管的混合 模型 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 完整的晶体管混合 模型 6 2 晶体管简化的混合 等效模型 继续 本页完 采用密勒转换把C 拆分为两个电容C 和C 分别与输入和输出回路并接 推导过程可参考童诗白编 模拟电子技术基础 P214 简化后晶体管的混合 模型 C C 本等效电路由于C 横跨在输入和输出之间 令输入与输出相互牵连 使得对电路的分析变得十分复杂 应想法把晶体管的输入和输出回路相互独立 以便分析 e e 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 7 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 晶体管简化的混合 等效模型 继续 简化后晶体管的混合 模型 C C 晶体管单向化后的混合 模型 本页完 C e e e e 8 继续 C C 晶体管单向化后的混合 模型 本页完 简化后的晶体管单向化混合 模型 通过对晶体管的混合 模型简化后发现 其等效电路与h参数等效电路相比较只是多了一个电容C C 对输入信号的低频成分呈很大的容抗 可忽略 但C 对输入信号的高频成分呈很小的容抗 起到分流作用 使得晶体管的放大能力有所下降 这就是我们在高频时要考虑的因素 e e 输入信号的高频成份被电容C 分流 令晶体管对高频的放大能力下降 C 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 晶体管简化的混合 等效模型 9 继续 本页完 1 基区电阻rbb 3 混合 模型的主要参数 基区电阻rbb 与h参数电路一样 可查手册 2 发射结电阻rb e 这也与h参数电路一样 其中 0是中频时晶体管的值 简化后的晶体管单向化混合 模型 e e 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 10 继续 本页完 3 跨导gm 联立以上三式解得 晶体管单向化简化后的混合 模型 e e 其中 0是中频时晶体管的值 3 混合 模型的主要参数 一 晶体管混合 等效电路 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 跨导gm是晶体管工作在高频时放大能力的参数 以下推导gm的表达式 11 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 继续 本页完 1 晶体管y参数等效电路 yi是晶体管的输入导纳 输入电阻的倒数 yi yo yo是晶体管的输出导纳 输出电阻的倒数 二 y参数等效电路 12 继续 本页完 yi 输出短路时的输入导纳 yr 输入短路时的反向传输导纳 1 晶体管y参数等效电路 yi yo 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 二 y参数等效电路 yf 输出短路时的正向传输导纳 yo 输入短路时的输出导纳 yfV1也是电流量 是受控电流源 其中yf为等效导纳 输入信号V1通过yf控制输出端的电流 yf本质上是放大能力的参数 可以与 互换 13 继续 本页完 2 共射放大器的y参数等效电路 共射极放大电路的y参数等效电路 yoe 由y参数等效电路可得 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 通过这三个式子可以求出放大电路的输入导纳 输入阻抗 输出导纳 输出阻抗 和电压增益 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 二 y参数等效电路 14 继续 本页完 放大电路的y参数等效电路 yoe 由y参数等效电路可得 3 共射电路的输入导纳Yi Yi 由结果可知 输入导纳Yi与负载YL有关 这反映了晶体管的内部反馈 而这个反馈是由反向传输导纳yre所引起的 通过这三个式子找出I1 V1 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 二 y参数等效电路 4 共射电路的输出导纳Yo Yo 断开电流源 YL 由结果可知 输出导纳Yo与信号源导纳YS有关 这也反映了晶体管的内部反馈 而这个反馈仍是由反向传输导纳yre所引起的 15 继续 本页完 放大电路的y参数等效电路 yoe V2 IS YS YL 由y参数等效电路可得 Yi Yo 如果上式中的y参数全是实数 则说明电路的输出电压与输入电压反相 这就是低频放大器中的结果 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 二 y参数等效电路 16 继续 本页完 三 参数与y参数的转换 1 晶体管y参数等效电路的电流方程 y参数电流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 晶体管混合 等效电路的电流方程 本支路电流表达式 yb c 节点b 的电流方程为 式3 2 14 yb e 17 继续 本页完 yb e yb c 式3 2 13 式3 2 15 研究输出端节点c的电流方程 整理此式得 3 2 15 式 三 参数与y参数的转换 1 晶体管y参数等效电路的电流方程 y参数电流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 晶体管混合 等效电路的电流方程 18 继续 本页完 y参数电流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 三 参数与y参数的转换 1 晶体管y参数等效电路的电流方程 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 晶体管混合 等效电路的电流方程 19 四 晶体管的高频参数 1 共发射极截止频率f 继续 共发射极截止频率f 设三极管在低频时的共射电流放大倍数为 0 此时为最大值 当工作频率升高至使三极管的 下降至0 707 0时所对应的工作频率 称为共发射极截止频率f 本页完 f f 0 0 707 0 由曲线知 在较低频率段是不变 数值为 0 但当频率高于某一数值后 开始下降 0 这个频率f 就称为共射极截止频率 在工程上一般认为此时三极管已经没有放大能力 所以三极管是不能在此频率的范围外工作的 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 2 特征频率fT fT 1 当共射极电流放大倍数 下降到等于1时所对应的频率 称为特征频率fT 20 3 共基极截止频率f 继续 共基截止频率f 设三极管在低频时的共基电流放大倍数为 0 此时为最大值 当工作频率升高至使三极管的 下降至0 707 0时所对应的工作频率 称为共基极截止频率f 本页完 f f O 0 707 0 0 共基极截止频率f 远大于共发射极截止频率f 其关系式如下 f 1 f 在正常情形下 1 所以有 f f 所以在高频段和宽频带的放大器中 多使用共基电路 例如 在电视机的第一级与天线相连的高频接收器 俗称高频头 中 基本上都使用共基极电路 因为电视信号的频率都比较高 四 晶体管的高频参数 3 2晶体管高频小信号等效电路与参数 21 继续 当晶体管的功率增益AP 1时工作频率称为最高振荡频率fmax fmax 最高振荡频率fmax表示一个晶体管所能适用的最高极限频率 在此频率工作时 晶体管已得不到功率放大 当f fmax时 无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡 4 最高振荡频率fmax 1 为了使电路工作稳定且有一定的增益 晶体管的实际工作频率应等于最高振荡频率的1 3 1 4 晶体管的fmax由下式决定 本页完 四 晶体管的高频参数