晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)ppt課件.pptVIP

3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 返回 1 引言 本頁完 引言 返回 晶體管在高頻小信號運用時 它的等效電路主要有兩種形式 物理模擬等效電路 混合 參數(shù)等效電路 和形式等效電路 y參數(shù)等效電路 形式等效電路通常亦稱為y參數(shù)等效電路 是選取輸入電壓和輸出電壓為自變量 輸入電流和輸出電流為參變量 利用導納參數(shù) y參數(shù) 并且不涉及晶體管內部物理過程 物理模擬等效電路通常稱為混合 等效電路 是把晶體管內部物理過程用集中元件RLC表示 用物理模擬方法表示等效電路 這在模擬電子技術中曾提及 2 本節(jié)學習要點要求 晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 返回 1 晶體管混合 等效電路 2 晶體管y參數(shù)等效電路 3 參數(shù)與y參數(shù)的轉換 4 晶體管的高頻參數(shù) 結束 3 晶體管結構示意圖 繼續(xù) 本頁完 rbb rb e Cb e c e b b 集電結電容 數(shù)值很小 C Cb c 發(fā)射結電容 數(shù)值很小 C rb c 晶體管h參數(shù)模型 晶體管h參數(shù)模型只適用于電路工作在中頻和低頻信號的狀態(tài)下 rbb 和rb e的串聯(lián)值就是h參數(shù)等效電路中的晶體管輸入電阻rbe 1 晶體管混合 等效模型 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 當電路工作在高頻信號時 晶體管的等效模型必須考慮極間電容效應 晶體管高頻狀態(tài)下的等效模型稱為混合 參數(shù)模型 以下借助h參數(shù)模型得出 參數(shù)模型 rc為集電區(qū)體電阻 數(shù)值很小可忽略 rb c為集電結電阻 rbb 為基區(qū)體電阻 rb e為發(fā)射結電阻 re為發(fā)射區(qū)體電阻 數(shù)值很小可忽略 4 因為有rb c的分流作用 此時受控電流源不受Ib控制而受Ib 控制 分析起來不大方便 所以也改寫為受Ub e控制 成為壓控電流源 控制能力也由 改為跨導gm 繼續(xù) 本頁完 晶體管結構示意圖 借鑒h參數(shù)繪出等效電路 考慮到集電結電阻rb c橫跨cb 間 亦把此電阻畫在圖上 rb c rbb rb e Cb e c e b b C Cb c C rb c 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 1 晶體管混合 等效模型 這個電路就是晶體管混合 模型 C 橫跨在集電結電阻rb c兩端 C C 橫跨在發(fā)射結電阻rb e兩端 5 繼續(xù) 本頁完 由h參數(shù)等效電路知 rce非常大 對Ic的分流作用很小 可忽略 2 晶體管簡化的混合 等效模型 rb c是集電結反偏時的電阻 其阻抗遠大于C 的容抗 亦可看成開路忽略其作用 簡化后晶體管的混合 模型 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 完整的晶體管混合 模型 6 2 晶體管簡化的混合 等效模型 繼續(xù) 本頁完 采用密勒轉換把C 拆分為兩個電容C 和C 分別與輸入和輸出回路并接 推導過程可參考童詩白編 模擬電子技術基礎 P214 簡化后晶體管的混合 模型 C C 本等效電路由于C 橫跨在輸入和輸出之間 令輸入與輸出相互牽連 使得對電路的分析變得十分復雜 應想法把晶體管的輸入和輸出回路相互獨立 以便分析 e e 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 7 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 晶體管簡化的混合 等效模型 繼續(xù) 簡化后晶體管的混合 模型 C C 晶體管單向化后的混合 模型 本頁完 C e e e e 8 繼續(xù) C C 晶體管單向化后的混合 模型 本頁完 簡化后的晶體管單向化混合 模型 通過對晶體管的混合 模型簡化后發(fā)現(xiàn) 其等效電路與h參數(shù)等效電路相比較只是多了一個電容C C 對輸入信號的低頻成分呈很大的容抗 可忽略 但C 對輸入信號的高頻成分呈很小的容抗 起到分流作用 使得晶體管的放大能力有所下降 這就是我們在高頻時要考慮的因素 e e 輸入信號的高頻成份被電容C 分流 令晶體管對高頻的放大能力下降 C 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 晶體管簡化的混合 等效模型 9 繼續(xù) 本頁完 1 基區(qū)電阻rbb 3 混合 模型的主要參數(shù) 基區(qū)電阻rbb 與h參數(shù)電路一樣 可查手冊 2 發(fā)射結電阻rb e 這也與h參數(shù)電路一樣 其中 0是中頻時晶體管的值 簡化后的晶體管單向化混合 模型 e e 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 10 繼續(xù) 本頁完 3 跨導gm 聯(lián)立以上三式解得 晶體管單向化簡化后的混合 模型 e e 其中 0是中頻時晶體管的值 3 混合 模型的主要參數(shù) 一 晶體管混合 等效電路 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 跨導gm是晶體管工作在高頻時放大能力的參數(shù) 以下推導gm的表達式 11 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 繼續(xù) 本頁完 1 晶體管y參數(shù)等效電路 yi是晶體管的輸入導納 輸入電阻的倒數(shù) yi yo yo是晶體管的輸出導納 輸出電阻的倒數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 12 繼續(xù) 本頁完 yi 輸出短路時的輸入導納 yr 輸入短路時的反向傳輸導納 1 晶體管y參數(shù)等效電路 yi yo 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 yf 輸出短路時的正向傳輸導納 yo 輸入短路時的輸出導納 yfV1也是電流量 是受控電流源 其中yf為等效導納 輸入信號V1通過yf控制輸出端的電流 yf本質上是放大能力的參數(shù) 可以與 互換 13 繼續(xù) 本頁完 2 共射放大器的y參數(shù)等效電路 共射極放大電路的y參數(shù)等效電路 yoe 由y參數(shù)等效電路可得 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 通過這三個式子可以求出放大電路的輸入導納 輸入阻抗 輸出導納 輸出阻抗 和電壓增益 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 14 繼續(xù) 本頁完 放大電路的y參數(shù)等效電路 yoe 由y參數(shù)等效電路可得 3 共射電路的輸入導納Yi Yi 由結果可知 輸入導納Yi與負載YL有關 這反映了晶體管的內部反饋 而這個反饋是由反向傳輸導納yre所引起的 通過這三個式子找出I1 V1 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 4 共射電路的輸出導納Yo Yo 斷開電流源 YL 由結果可知 輸出導納Yo與信號源導納YS有關 這也反映了晶體管的內部反饋 而這個反饋仍是由反向傳輸導納yre所引起的 15 繼續(xù) 本頁完 放大電路的y參數(shù)等效電路 yoe V2 IS YS YL 由y參數(shù)等效電路可得 Yi Yo 如果上式中的y參數(shù)全是實數(shù) 則說明電路的輸出電壓與輸入電壓反相 這就是低頻放大器中的結果 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 16 繼續(xù) 本頁完 三 參數(shù)與y參數(shù)的轉換 1 晶體管y參數(shù)等效電路的電流方程 y參數(shù)電流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 晶體管混合 等效電路的電流方程 本支路電流表達式 yb c 節(jié)點b 的電流方程為 式3 2 14 yb e 17 繼續(xù) 本頁完 yb e yb c 式3 2 13 式3 2 15 研究輸出端節(jié)點c的電流方程 整理此式得 3 2 15 式 三 參數(shù)與y參數(shù)的轉換 1 晶體管y參數(shù)等效電路的電流方程 y參數(shù)電流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 晶體管混合 等效電路的電流方程 18 繼續(xù) 本頁完 y參數(shù)電流方程 Ib yieVb yreVc Ic yfeVb yoeVc 三 參數(shù)與y參數(shù)的轉換 1 晶體管y參數(shù)等效電路的電流方程 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 晶體管混合 等效電路的電流方程 19 四 晶體管的高頻參數(shù) 1 共發(fā)射極截止頻率f 繼續(xù) 共發(fā)射極截止頻率f 設三極管在低頻時的共射電流放大倍數(shù)為 0 此時為最大值 當工作頻率升高至使三極管的 下降至0 707 0時所對應的工作頻率 稱為共發(fā)射極截止頻率f 本頁完 f f 0 0 707 0 由曲線知 在較低頻率段是不變 數(shù)值為 0 但當頻率高于某一數(shù)值后 開始下降 0 這個頻率f 就稱為共射極截止頻率 在工程上一般認為此時三極管已經沒有放大能力 所以三極管是不能在此頻率的范圍外工作的 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 2 特征頻率fT fT 1 當共射極電流放大倍數(shù) 下降到等于1時所對應的頻率 稱為特征頻率fT 20 3 共基極截止頻率f 繼續(xù) 共基截止頻率f 設三極管在低頻時的共基電流放大倍數(shù)為 0 此時為最大值 當工作頻率升高至使三極管的 下降至0 707 0時所對應的工作頻率 稱為共基極截止頻率f 本頁完 f f O 0 707 0 0 共基極截止頻率f 遠大于共發(fā)射極截止頻率f 其關系式如下 f 1 f 在正常情形下 1 所以有 f f 所以在高頻段和寬頻帶的放大器中 多使用共基電路 例如 在電視機的第一級與天線相連的高頻接收器 俗稱高頻頭 中 基本上都使用共基極電路 因為電視信號的頻率都比較高 四 晶體管的高頻參數(shù) 3 2晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù) 21 繼續(xù) 當晶體管的功率增益AP 1時工作頻率稱為最高振蕩頻率fmax fmax 最高振蕩頻率fmax表示一個晶體管所能適用的最高極限頻率 在此頻率工作時 晶體管已得不到功率放大 當f fmax時 無論用什么方法都不能使晶體管產生振蕩 4 最高振蕩頻率fmax 1 為了使電路工作穩(wěn)定且有一定的增益 晶體管的實際工作頻率應等于最高振蕩頻率的1 3 1 4 晶體管的fmax由下式決定 本頁完 四 晶體管的高頻參數(shù)