晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù)ppt課件.ppt

3 2晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù) 返回 1 引言 本頁(yè)完 引言 返回 晶體管在高頻小信號(hào)運(yùn)用時(shí) 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(dǎo)納參數(shù) y參數(shù) 并且不涉及晶體管內(nèi)部物理過(guò)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(nèi)部物理過(guò)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(shù)中曾提及 2 本節(jié)學(xué)習(xí)要點(diǎn)要求 晶體管高頻小信號(hào)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(zhuǎn)換 4 晶體管的高頻參數(shù) 結(jié)束 3 晶體管結(jié)構(gòu)示意圖 繼續(xù) 本頁(yè)完 rbb rb e Cb e c e b b 集電結(jié)電容 數(shù)值很小 C Cb c 發(fā)射結(jié)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(hào)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(hào)等效電路與參數(shù) 當(dāng)電路工作在高頻信號(hào)時(shí) 晶體管的等效模型必須考慮極間電容效應(yīng) 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(jié)電阻 rbb 為基區(qū)體電阻 rb e為發(fā)射結(jié)電阻 re為發(fā)射區(qū)體電阻 數(shù)值很小可忽略 4 因?yàn)橛衦b c的分流作用 此時(shí)受控電流源不受Ib控制而受Ib 控制 分析起來(lái)不大方便 所以也改寫(xiě)為受Ub e控制 成為壓控電流源 控制能力也由 改為跨導(dǎo)gm 繼續(xù) 本頁(yè)完 晶體管結(jié)構(gòu)示意圖 借鑒h參數(shù)繪出等效電路 考慮到集電結(jié)電阻rb c橫跨cb 間 亦把此電阻畫(huà)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(hào)等效電路與參數(shù) 1 晶體管混合 等效模型 這個(gè)電路就是晶體管混合 模型 C 橫跨在集電結(jié)電阻rb c兩端 C C 橫跨在發(fā)射結(jié)電阻rb e兩端 5 繼續(xù) 本頁(yè)完 由h參數(shù)等效電路知 rce非常大 對(duì)Ic的分流作用很小 可忽略 2 晶體管簡(jiǎn)化的混合 等效模型 rb c是集電結(jié)反偏時(shí)的電阻 其阻抗遠(yuǎn)大于C 的容抗 亦可看成開(kāi)路忽略其作用 簡(jiǎn)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(hào)等效電路與參數(shù) 完整的晶體管混合 模型 6 2 晶體管簡(jiǎn)化的混合 等效模型 繼續(xù) 本頁(yè)完 采用密勒轉(zhuǎn)換把C 拆分為兩個(gè)電容C 和C 分別與輸入和輸出回路并接 推導(dǎo)過(guò)程可參考童詩(shī)白編 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) P214 簡(jiǎn)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(duì)電路的分析變得十分復(fù)雜 應(yīng)想法把晶體管的輸入和輸出回路相互獨(dú)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(hào)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(hào)等效電路與參數(shù) 2 晶體管簡(jiǎn)化的混合 等效模型 繼續(xù) 簡(jiǎn)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(yè)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(yè)完 簡(jiǎn)化后的晶體管單向化混合 模型 通過(guò)對(duì)晶體管的混合 模型簡(jiǎn)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(gè)電容C C 對(duì)輸入信號(hào)的低頻成分呈很大的容抗 可忽略 但C 對(duì)輸入信號(hào)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?cè)诟哳l時(shí)要考慮的因素 e e 輸入信號(hào)的高頻成份被電容C 分流 令晶體管對(duì)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(hào)等效電路與參數(shù) 2 晶體管簡(jiǎn)化的混合 等效模型 9 繼續(xù) 本頁(yè)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(cè) 2 發(fā)射結(jié)電阻rb e 這也與h參數(shù)電路一樣 其中 0是中頻時(shí)晶體管的值 簡(jiǎn)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(hào)等效電路與參數(shù) 10 繼續(xù) 本頁(yè)完 3 跨導(dǎo)gm 聯(lián)立以上三式解得 晶體管單向化簡(jiǎn)化后的混合 模型 e e 其中 0是中頻時(shí)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(hào)等效電路與參數(shù) 跨導(dǎo)gm是晶體管工作在高頻時(shí)放大能力的參數(shù) 以下推導(dǎo)gm的表達(dá)式 11 3 2晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù) 繼續(xù) 本頁(yè)完 1 晶體管y參數(shù)等效電路 yi是晶體管的輸入導(dǎo)納 輸入電阻的倒數(shù) yi yo yo是晶體管的輸出導(dǎo)納 輸出電阻的倒數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 12 繼續(xù) 本頁(yè)完 yi 輸出短路時(shí)的輸入導(dǎo)納 yr 輸入短路時(shí)的反向傳輸導(dǎo)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(hào)等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 yf 輸出短路時(shí)的正向傳輸導(dǎo)納 yo 輸入短路時(shí)的輸出導(dǎo)納 yfV1也是電流量 是受控電流源 其中yf為等效導(dǎo)納 輸入信號(hào)V1通過(guò)yf控制輸出端的電流 yf本質(zhì)上是放大能力的參數(shù) 可以與 互換 13 繼續(xù) 本頁(yè)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(guò)這三個(gè)式子可以求出放大電路的輸入導(dǎo)納 輸入阻抗 輸出導(dǎo)納 輸出阻抗 和電壓增益 3 2晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 14 繼續(xù) 本頁(yè)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(dǎo)納Yi Yi 由結(jié)果可知 輸入導(dǎo)納Yi與負(fù)載YL有關(guān) 這反映了晶體管的內(nèi)部反饋 而這個(gè)反饋是由反向傳輸導(dǎo)納yre所引起的 通過(guò)這三個(gè)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(hào)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(dǎo)納Yo Yo 斷開(kāi)電流源 YL 由結(jié)果可知 輸出導(dǎo)納Yo與信號(hào)源導(dǎo)納YS有關(guān) 這也反映了晶體管的內(nèi)部反饋 而這個(gè)反饋仍是由反向傳輸導(dǎo)納yre所引起的 15 繼續(xù) 本頁(yè)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(shí)數(shù) 則說(shuō)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(jié)果 I1 yieV1 yreV2 I2 yfeV1 yoeV2 I2 YLV2 1 2 3 3 2晶體管高頻小信號(hào)等效電路與參數(shù) 二 y參數(shù)等效電路 16 繼續(xù) 本頁(yè)完 三 參數(shù)與y參數(shù)的轉(zhuǎn)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(hào)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(dá)式 yb c 節(jié)點(diǎn)b 的電流方程為 式3 2 14 yb e 17 繼續(xù) 本頁(yè)完 yb e yb c 式3 2 13 式3 2 15 研究輸出端節(jié)點(diǎn)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(zhuǎn)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(hào)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(yè)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(zhuǎn)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(hào)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(shè)三極管在低頻時(shí)的共射電流放大倍數(shù)為 0 此時(shí)為最大值 當(dāng)工作頻率升高至使三極管的 下降至0 707 0時(shí)所對(duì)應(yīng)的工作頻率 稱為共發(fā)射極截止頻率f 本頁(yè)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(dāng)頻率高于某一數(shù)值后 開(kāi)始下降 0 這個(gè)頻率f 就稱為共射極截止頻率 在工程上一般認(rèn)為此時(shí)三極管已經(jīng)沒(méi)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(hào)等效電路與參數(shù) 2 特征頻率fT fT 1 當(dāng)共射極電流放大倍數(shù) 下降到等于1時(shí)所對(duì)應(yīng)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(shè)三極管在低頻時(shí)的共基電流放大倍數(shù)為 0 此時(shí)為最大值 當(dāng)工作頻率升高至使三極管的 下降至0 707 0時(shí)所對(duì)應(yīng)的工作頻率 稱為共基極截止頻率f 本頁(yè)完 f f O 0 707 0 0 共基極截止頻率f 遠(yuǎn)大于共發(fā)射極截止頻率f 其關(guān)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(jī)的第一級(jí)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?yàn)殡娨曅盘?hào)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(hào)等效電路與參數(shù) 21 繼續(xù) 當(dāng)晶體管的功率增益AP 1時(shí)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(gè)晶體管所能適用的最高極限頻率 在此頻率工作時(shí) 晶體管已得不到功率放大 當(dāng)f fmax時(shí) 無(wú)論用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)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(shí)際工作頻率應(yīng)等于最高振蕩頻率的1 3 1 4 晶體管的fmax由下式?jīng)Q定 本頁(yè)完 四 晶體管的高頻參數(shù)