高頻電路中的元器件

1、第2章 高頻電路中的元器件 2.1 高頻電路中的無源器件高頻電路中的無源器件 2.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 習題習題 第2章 高頻電路中的元器件 2.1.1 電阻電阻一個實際的電阻器，在低頻時主要表現(xiàn)為電阻特性。電阻是導體由歐姆定律所決定的電學參數(shù)，表示了電流與電壓的關系： U=RI (2-1) 對于工程中的電阻元件，在高頻使用時不僅表現(xiàn)有電阻特性的一面，還表現(xiàn)有電抗特性的一面。電阻器的電抗特性反映的就是其高頻特性。一個電阻R的高頻等效電路如圖2.1 所示。其中，CR為分布電容，LR為引線電感，R為電阻。由于容抗為1/(C)，感抗為L，其中=2f為角頻率，可知容抗與頻率成反

2、比，感抗與頻率成正比。 2.1 高頻電路中的無源器件高頻電路中的無源器件 第2章 高頻電路中的元器件 圖2.1 電阻的高頻等效電路第2章 高頻電路中的元器件 分布電容和引線電感越小，表明電阻的高頻特性越好。電阻器的高頻特性與制作電阻的材料、 電阻的封裝形式和尺寸大小有密切關系。一般說來，金屬膜電阻比碳膜電阻的高頻特性要好，而碳膜電阻比線繞電阻的高頻特性要好，表面貼裝(SMD)電阻比引線電阻的高頻特性要好，小尺寸的電阻比大尺寸的電阻的高頻特性要好。第2章 高頻電路中的元器件 頻率越高，電阻器的高頻特性表現(xiàn)越明顯。在實際使用時，要盡量減小電阻器高頻特性的影響，使之表現(xiàn)為純電阻。根據(jù)電阻的等效電路圖

3、，可以方便地計算出整個電阻的阻抗： (2-2) 圖 2.2描繪了電阻的阻抗絕對值與頻率的關系。低頻時電阻的阻抗是R，然而當頻率升高并超過一定值時，寄生電容的影響成為主要的因素，它引起電阻阻抗的下降。當頻率繼續(xù)升高時，由于引線電感的影響，總的阻抗又上升，引線電感在很高的頻率下代表開路或無限大阻抗。RCLZR/1j1j第2章 高頻電路中的元器件 圖 2.2 1 k碳膜電阻阻抗與頻率的關系第2章 高頻電路中的元器件 2.1.2 電容電容一個實際的電容器，在低頻時表現(xiàn)出阻抗特性?？捎孟旅娴年P系式說明電容的阻抗： (2-3)但實際上一個電容器的高頻特性要用高頻等效電路來描述，如圖2.3所示。 CZCj1

4、第2章 高頻電路中的元器件 其中，電感 L為分布電感或(和)極間電感，小容量電容器的引線電感也是其重要組成部分。引線導體損耗用一個串聯(lián)的等效電阻R1表示，介質損耗用一個并聯(lián)的電阻R2表示，同樣得到一個典型電容器的阻抗與頻率的關系，如圖 2.4所示。由于存在介質損耗和有限長的引線，電容顯示出與電阻同樣的諧振特性。每個電容器都有一個自身諧振頻率。當工作頻率小于自身諧振頻率時，電容器呈正常的電容特性； 但當工作頻率大于自身諧振頻率時，電容器的阻抗隨頻率的升高而增大，這時電容器呈現(xiàn)出感抗特性。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.3 電容的高頻等效電路第2章 高頻電路中的元器件 圖 2.4 電容阻抗與頻率

5、的關系第2章 高頻電路中的元器件 根據(jù)電容的高頻等效電路圖，可以方便地計算出整個電容的阻抗： (2-4)211j1jRCRLZC第2章 高頻電路中的元器件 2.1.3 電感電感電感通常由導線在圓柱導體上繞制而成，因此電感除了考慮本身的感性特征外，還需要考慮導線的電阻以及相鄰線圈之間的分布電容。高頻電感的等效電路模型如圖2.5所示，寄生旁路電容C和串聯(lián)電阻R分別是考慮到分布電容和導線電阻的綜合效應而加的。與電阻和電容相同，電感的高頻特性同樣與理想電感的預期特性不同，如圖2.6所示。首先，當頻率接近諧振點時，高頻電感的阻抗迅速提高； 然后，當頻率繼續(xù)提高時，寄生電容C的影響成為主要的因素，線圈阻抗

6、逐漸降低。 第2章 高頻電路中的元器件 圖 2.5 高頻電感的等效電路第2章 高頻電路中的元器件 圖 2.6 電感的阻抗與頻率的關系第2章 高頻電路中的元器件 根據(jù)電感高頻等效電路圖，可以方便地計算出整個電感的阻抗： (2-5) 從以上分析可以看出。在高頻電路中，電阻、 電容、 電感連同導線這些基本無源器件的特性明顯與理想元件特性不同。CLjRCLRZL1j/j第2章 高頻電路中的元器件 電阻在低頻時阻值恒定，在高頻時顯示出諧振的二階系統(tǒng)響應。電容在低頻時電容值與頻率成反比，在高頻時電容中的電介質產(chǎn)生了損耗，顯示出電容的阻抗特性。電感在低頻時阻抗響應隨頻率的增加而線性增加，在高頻時顯示出電容特

7、性。這些無源器件在高頻的特性都可以通過前面提到的品質因數(shù)描述。對于電容和電感來說，為了達到調諧的目的，通常希望得到盡可能高的品質因數(shù)。第2章 高頻電路中的元器件 2.2.1 二極管二極管在高頻電路中二極管主要用于調制、 檢波、 解調、 混頻及鎖相環(huán)等非線性變換電路。工作在不同的狀態(tài)，二極管中的電容產(chǎn)生的影響效果也不同。二極管的電容效應在高頻電路中不能忽略。要正確使用二極管，可參考半導體器件手冊中給出的不同型號二極管的參數(shù)。 2.2 高頻電路中的有源器件高頻電路中的有源器件 第2章 高頻電路中的元器件 1. 二極管的電容效應二極管的電容效應二極管具有電容效應。它的電容包括勢壘電容CB和擴散電容C

8、D。二極管呈現(xiàn)出的總電容Cj相當于兩者的并聯(lián)，即CjCB+CD。 當二極管工作在高頻時，其PN結電容(包括擴散電容和勢壘電容)不能忽略。當頻率高到某一程度時，電容的容抗小到使PN結短路, 導致二極管失去單向導電性，不能工作。PN結面積越大，電容也越大，越不能在高頻情況下工作。第2章 高頻電路中的元器件 二極管是一個非線性器件，而對非線性電路的分析和計算是比較復雜的。為了使電路的分析簡化，可以用線性元件組成的電路來模擬二極管?？紤]到二極管的電阻和門限電壓的影響，實際二極管可用圖2.7所示的電路來等效。在二極管兩端加直流偏置電壓和二極管工作在交流小信號的條件下，可以用簡化的電路來等效，如圖2.7(

9、b)所示。圖中，rs為二極管P區(qū)和N區(qū)的體電阻，rj為二極管PN 結結電阻。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.7 二極管的等效電路(a) 二極管的物理模型； (b) 簡化等效電路第2章 高頻電路中的元器件 例例1 二極管PN結分布參數(shù)特性分析。解解 在PSpice中選擇一個二極管，并連接成圖2.8所示的電路。仿真時把信號源的輸入偏置電壓設置成1 V(高于二極管結壓降)，選擇幅度為1 V的方波，仿真結果如圖2.9所示?？梢钥吹?，輸入的方波電壓在輸出端發(fā)生了變化，形成了上升階段和下降階段的過脈沖，以及其后的放電效應，這說明二極管的PN結存在電容，而這個電容在低頻階段(方波的平坦區(qū)域)沒有起作用。

10、觀察二極管的頻率響應特性，如圖2.10所示。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.8 二極管頻率特性測量電路第2章 高頻電路中的元器件 圖2.9 二極管PN結電容的作用第2章 高頻電路中的元器件 圖2.10 二極管電路的頻率特性第2章 高頻電路中的元器件 圖2.10說明，二極管中確實存在電容。(1) 當輸入信號的頻率低于10 MHz時，輸入和輸出電壓相差一個二極管的結壓降(輸出電壓低于輸入電壓)。(2) 輸入信號的頻率超過10 MHz后，二極管壓降開始減小。(3) 當頻率高到一定程度后(如10 MHz)，就會出現(xiàn)完全導通、 沒有結壓降的結果。根據(jù)電路理論可知，圖2.10恰好是圖2.11所示高通電路

11、的頻率特性。 第2章 高頻電路中的元器件 圖2.11 高通電路(微分電路)第2章 高頻電路中的元器件 2. 變容二極管變容二極管在高頻電路中，利用二極管的電容效應，還可以制成變容二極管。變容二極管是利用PN結來實現(xiàn)的。PN結的電容包括勢壘電容和擴散電容兩部分，變容二極管主要利用的是勢壘電容。變容二極管在正常工作時處于反偏狀態(tài)，其特點是等效電容隨偏置電壓變化而變化，且此時基本上不消耗能量，噪聲小，效率高。第2章 高頻電路中的元器件 由于變容二極管的這一特點，可以將其用在許多需要改變電容參數(shù)的電路中，從而構成電調諧器、 自動調諧電路、 壓控振蕩器等電路。此外，具有變容效應的某些微波二極管(微波變容

12、管)還可以進行非線性電容混頻、 倍頻。下面討論變容二極管的特性。PN結在反向電壓下的工作狀態(tài)如圖2.12所示。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.12 PN結在反向電壓下的工作狀態(tài)第2章 高頻電路中的元器件 當外加反向電壓建立的外電場與PN結的內電場方向一致時，結區(qū)總電場將增加。這時，空間電荷數(shù)目增加，結區(qū)寬度增加，阻止了多數(shù)載流子的擴散，電荷集聚于PN結結區(qū)兩邊，中間為高阻絕緣層(耗盡層)，因而PN結成了一個充有電荷的電容器，其電容量由結區(qū)寬度決定，而結區(qū)寬度又取決于PN結的接觸電位差和外加反向電壓。當外加反向電壓較小時，結區(qū)較窄，電容量較大，如圖2.12(a)所示。第2章 高頻電路中的元器件

13、 當外加反向電壓增加時，結區(qū)較寬，電容量減小，如圖2.12(b)所示。當外加反向電壓接近PN結反向擊穿電壓UBR時，變容管呈現(xiàn)的電容趨于最小值Cj min，通常稱Cj min為變容管的最小結電容。變容管電容量的變化率隨反向電壓值的不同而不同，在零電壓附近變化率最大，反向電壓愈大，變化率愈慢。變容管等效電容與外加反向電壓的關系可用指數(shù)為的函數(shù)近似表示，即 (2-6)UUUUCCVBRminjj第2章 高頻電路中的元器件 式中，Uv為外加控制電壓； U為 PN 結的接觸電壓，其值取決于變容二極管的摻雜剖面(一般硅管約等于0.7 V，鍺管約等于 0.2 V)；UBR為反向擊穿電壓; 為電容變化指數(shù)(

14、結靈敏度)，它取決于 PN 結的結構和雜質分布情況，其值隨半導體摻雜濃度和PN 結的結構不同而變化。當 PN 結為緩變結時， =1/3； 當PN結為突變結時，=1/2；當PN結為超突變結時，=14，最大可達 6 以上。第2章 高頻電路中的元器件 式(2-6)可以改寫為 在Uv=0時的變容二極管結電容為Cj0，令 得 (2-7) UUUUUCCvBRminjjUUUCCBRminj0 jUUCCv10 jj第2章 高頻電路中的元器件 其中 式(2-7)是描述變容管等效電容Cj與外加反向電壓Uv的一種常用表示式。變容二極管的等效電路如圖2.13所示，圖中Cj是可變耗盡層電容，Cp是管殼電容，Rs是

15、串聯(lián)接觸雜散電阻，Ls是合成管殼電感，VD是二極管結(在PN結反偏時可等效成一個方向電阻Rp)。 )(ddjjUUUCCvv第2章 高頻電路中的元器件 圖2.13 變容二極管等效電路第2章 高頻電路中的元器件 要注意的是： 在正電壓擺動時變容二極管還存在整流效應，所以二極管的作用需要考慮； 在實際應用中可認為串聯(lián)電阻Rs是常數(shù)，但實際上Rs是與工作電壓和工作頻率有關的函數(shù); 變容二極管的等效電路忽略了一些線性寄生參數(shù)，但由于接近接地的原因，這些線性寄生參數(shù)在包含分布線封裝模型和一些電容的微波應用中，還是需要考慮的。 第2章 高頻電路中的元器件 變容二極管必須工作在反向偏壓狀態(tài)，所以工作時需加負

16、的靜態(tài)直流偏壓-UQ。若信號電壓為uc(t)=UQ+Ucm cost，則變容管上的控制電壓為uv(t)=UQ+Ucmcost (2-8) 第2章 高頻電路中的元器件 代入表達式(2-7)后，可以得到 (2-9) 式中，為電容調制度； ，為當偏置為UQ時變容二極管的電容量。 tmCUtUUCCcos1cos1jQcmQj0jUUUmQcmUUCCQ10 jjQ第2章 高頻電路中的元器件 式(2-9)說明，變容二極管的電容量Cj受信號Ucm cos t的控制，控制的規(guī)律取決于電容變化指數(shù)，控制深度取決于電容調制度m。變容管的典型最大電容值約為幾皮法至幾百皮法，可調電容范圍(Cj max/Cj mi

17、n)約為3 1。有些變容管的可調電容范圍可高達 15 1，這時的可控頻率范圍可接近4 1。第2章 高頻電路中的元器件 經(jīng)常使用的變容管壓控振蕩器的頻率可控范圍約為振蕩器中心頻率的25。為了說明變容二極管的特性，引用變容二極管的品質因數(shù)Q j(考慮變容二極管結電容Cj實際上比管殼電容Cp大)，定義如下： (2-10)式中，f是變容二極管的工作頻率。 sjsjj211RfCRCQ第2章 高頻電路中的元器件 變容二極管品質因數(shù)隨Rs的增加而減小，在低反向偏壓時，突變變容二極管的品質因數(shù)Qj比超突變變容二極管的要大。不過，在高一些的反向偏壓時，超突變變容二極管的品質因數(shù)變的大一些，這是超突變變容二極管

18、電容的更快速減小所造成的。如圖2.14所示，一般在110 V反向偏壓的線性諧振范圍內，超突變變容二極管的Qj較小。變容二極管的功耗很大，帶有超突變變容二極管的壓控振蕩器的輸出功率變小。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.14 變容二極管品質因數(shù)與偏置電壓的關系第2章 高頻電路中的元器件 3. 幾種經(jīng)常使用的高頻二極管幾種經(jīng)常使用的高頻二極管在高頻電路中，二極管工作在低電平時, 主要用點接觸式二極管和表面勢壘二極管(又稱肖特基二極管)。兩者都利用多數(shù)載流子導電機理，它們的結面積小, 極間電容小, 工作頻率高。常用的點接觸式二極管(如 2AP 系列)的工作頻率可到 100200 MHz，而表面勢壘二

19、極管的工作頻率可高至微波范圍。圖2.15所示為點接觸式二極管結構。 第2章 高頻電路中的元器件 圖2.15 點接觸式二極管結構第2章 高頻電路中的元器件 肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區(qū)別，圖2.16所示為肖特基二極管結構。它的內部是由陽極金屬(用鉬或鋁等材料制成的阻擋層)、 二氧化硅(SiO2)電場消除材料、 N-外延層(砷材料)、 N型基片、 N+陰極層及陰極金屬等構成的，如圖2.16(a)所示。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極)時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變??； 反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏

20、壓，則肖特基勢壘層變寬，其內阻變大。 第2章 高頻電路中的元器件 圖2.16 肖特基二極管結構(a) 肖特基二極管內部結構； (b) 肖特基二極管外部結構； (c) 肖特基二極管外形第2章 高頻電路中的元器件 在高頻電路中，還經(jīng)常使用PIN二極管。PIN 二極管是一種以P型半導體、 N型半導體和本征(I)型半導體構成的半導體二極管，它具有較強的正向電荷儲存能力。它的高頻等效電阻受正向直流電流的控制，是一個可調電阻。由于其結電容很小，因而二極管的電容效應對頻率特性的影響很小。PIN二極管可工作在幾十兆赫到幾千兆赫頻段，常被應用于高頻開關(即微波開關)、 移相、 調制、 限幅等電路中。圖2.17所

21、示為PIN二極管結構，圖2.18為PIN二極管的等效模型。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.17 PIN二極管結構第2章 高頻電路中的元器件 圖2.18 PIN二極管等效模型(a) PIN二極管正向偏置時的等效模型； (b) PIN二極管反向偏置時的等效模型第2章 高頻電路中的元器件 2.2.2 晶體管晶體管高頻晶體管有兩大類型： 一類是進行小信號放大的高頻小功率管，對它們的主要要求是高增益和低噪聲； 另一類為高頻功率放大管，除了增益外，要求其在高頻時有較大的輸出功率。目前雙極型小信號放大管的工作頻率可達幾千兆赫茲，噪聲系數(shù)為幾分貝。在高頻大功率晶體管方面，在幾百兆赫茲以下頻率，雙極型晶體管的

22、輸出功率可達十幾瓦至上百瓦。在分析高頻放大器時，要考慮晶體管頻率特性及晶體管在高頻時的等效模型。晶體管等效模型有混合等效模型、 晶體管參數(shù)等效模型。 第2章 高頻電路中的元器件 1. 晶體管混合晶體管混合等效模型等效模型在分析高頻小信放大器時，首先要考慮晶體管在高頻時的等效模型。圖2.19是雙極型晶體管共射小信號混合等效模型，它反映了晶體管中的物理過程，也是分析晶體管高頻特性的基本等效模型。 第2章 高頻電路中的元器件 圖2.19 晶體管混合等效模型第2章 高頻電路中的元器件 晶體管共射小信號混合等效模型中各元件的物理意義如下： (1) rbe是發(fā)射結的結層電阻。當發(fā)射結工作在正偏置時， rb

23、e的數(shù)值比較小。它的大小與發(fā)射極電流IE的關系如下： 把rbe寫成電導形式gbe： gbe=eb1r0Eeb)mV(26Ir第2章 高頻電路中的元器件 (2) Cbe是發(fā)射結電容。Cbe包含勢壘電容Cje和擴散電容CDe兩部分，即Cbe=CDe+Cje當發(fā)射結工作在正偏置時，電容CDe比較大，所以CbeCDe。第2章 高頻電路中的元器件 (3) rbc是集電結電阻。當集電結工作在反向偏置時， rbc較大，一般可忽略。(4) Cbc是集電結電容。Cbc包含勢壘電容Cjc和擴散電容CDc兩部分,當集電結工作在反向偏置時，電容CDc很小，所以CbcCjc。 (5) rbb是基極體電阻, 是基極引線的

24、電阻。(6) gm是晶體管等效電流源。 gm是晶體管的正向傳輸跨導且 ebUeb0EmmV26rIg第2章 高頻電路中的元器件 (7) rce是集電極輸出電阻, 一般很大。(8) Cce是集電極與發(fā)射極電容, 一般很小。根據(jù)以上物理意義，圖2.19雙極型晶體管共射混合等效電路可以簡化成圖2.20。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.20 雙極型晶體管共射混合等效模型簡化模型第2章 高頻電路中的元器件 2. 晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù)在分析和設計高頻電路時, 必須了解晶體管的高頻參數(shù)。(1) 電流放大系數(shù)。共發(fā)射極電路的電流放大系數(shù)與頻率的關系見圖2.21。從圖上看出, 隨工作頻率的上升而下

25、降。與頻率的關系式如下： (2-11)式中： 0是低頻率時的電流放大系數(shù)， 0比1大得多。 ffj10第2章 高頻電路中的元器件 圖2.21 電流放大系數(shù)與頻率的關系第2章 高頻電路中的元器件 (2) 截止頻率f。當頻率f=f時，下降到， f為截止頻率。截止頻率f與晶體管rbe、Cbe、Cbc有關。其數(shù)學表示式為 (2-12) 00707. 021)(21cbebebCCrf第2章 高頻電路中的元器件 (3) 特征頻率fT。當|=1時對應的頻率fT稱特征頻率fT。根據(jù)式(2-11)可得： (2-13)特征頻率fT和之間還有下列簡單的關系:fff020T12T2011ffffff第2章 高頻電路

26、中的元器件 當ff時， (2-14) 從上式可以看出，當知道了某晶體管的特征頻率fT時，就可以近似計算該晶體管在某一工作頻率f的電流放大系數(shù)。ffT第2章 高頻電路中的元器件 (4) 最高工作頻率fmax。最高工作頻率fmax是雙極型晶體管所能使用的最高工作頻率。當雙極型晶體管的功率增益GP=1時的工作頻率稱為最高工作頻率fmax，表示為 (2-15) fmax、fT、 f三個工作頻率之間的關系是：fmaxfTf。cbebbbmmax421CCrgf第2章 高頻電路中的元器件 3. 晶體管參數(shù)等效模型晶體管參數(shù)等效模型混合等效模型中各元件的數(shù)值不易測量，電路的計算比較麻煩，直接用混合等效模型分

27、析高頻放大器性能時很不方便。在分析高頻小信號放大器時，采用參數(shù)等效模型進行分析是比較方便的。利用晶體管的參數(shù)等效模型進行分析可以不必了解晶體管內部的工作過程。晶體管的 Y 參數(shù)通?？梢杂脙x器測出，有些晶體管的手冊或數(shù)據(jù)單上也會給出這些參數(shù)量(一般是在指定的頻率及電流條件下的值)。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.22 晶體管共發(fā)射極電路第2章 高頻電路中的元器件 一個晶體管可以看成有源四端網(wǎng)絡，如圖2.22所示。取電壓和作為自變量，取電流和作為應變量。根據(jù)四端網(wǎng)絡的理論，可以得晶體管的參數(shù)的網(wǎng)絡方程： (2-16)beUceUbIcIceoebefeccerebeiebUYUYIUYUYI第2

28、章 高頻電路中的元器件 令，由晶體管的參數(shù)的網(wǎng)絡方程得0ceU0cebecfe0cebebieUUUIYUIY丨丨第2章 高頻電路中的元器件 Yie是晶體管輸出端短路時的輸入導納(下標“”表示輸入，“e”表示共射組態(tài))。 Yie反映了晶體管放大器輸入電壓對輸入電流的控制作用，其倒數(shù)是電路的輸入阻抗。 Yie參數(shù)是復數(shù)，因此Yie可表示為Yie=gie+jCie，其中gie、 Cie分別稱為晶體管的輸入電導和輸入電容。第2章 高頻電路中的元器件 Yfe是晶體管輸出端短路時的正向傳輸導納(下標“f”表示正向)。 Yfe反映晶體管輸入電壓對輸出電流的控制作用。在一定條件下可把它看成晶體管混合等效電路

29、的跨導gm。Yfe參數(shù)是復數(shù)，因此， Yfe可表示為Yfe=|Yfe|fe。令，由晶體管的Y參數(shù)的網(wǎng)絡方程得0beU0bececoe0becebreUUUIYUIY丨丨第2章 高頻電路中的元器件 Yre是晶體管輸入端短路時的反向傳輸導納(下標“r”表示反向)。Yre反映了晶體管輸出電壓對輸入電流的影響，即晶體管內部的反饋作用。 Yre對放大器來講是一種有害的影響。在實際應用中應該盡量減小或消除。 Yre參數(shù)是復數(shù)，因此，可表示為Yre=|Yre|Ugs(th)且Uds(Ugs-Ugs(th)，這時漏極電流id為 (2-22) )1 ()(21ds2)th(gsgsndUUUi第2章 高頻電路中

30、的元器件 式中：n是管子增益系數(shù)，單位為mA/V2；Ugs(th)是門限電壓；是溝道調制系數(shù)。有： (2-23)式中： n是MOS 管溝道中電子的遷移率； Cox是氧化層單位面積電容量；W/L是溝道寬度與長度之比, 稱寬長比。MOS場效應管混合共源等效模型中各元件的物理意義介紹如下。LWCoxnn第2章 高頻電路中的元器件 (1) 跨導gm。gm反映了g-s電壓Ugs對漏極電流的控制能力。在Uds為常數(shù)時，漏極電流增量和柵源電壓增量之比表示為gm，即 (2-24) 在靜態(tài)工作點Q (UGS, ID, UDS)附近的跨導為)th(gsgsdds)th(gsgsngsdm2)1)(UUiUVUUi

31、gDDSOXn)th(GSGSDm)1 (22IULWCUUIg第2章 高頻電路中的元器件 式中 因UDS1，故 (2-25) 上式說明，要增大gm，以增強放大能力，就要增大工藝參數(shù) 和工作電流ID。DOXnm2ILWCg)1 (2DS2)th(GSGSOXnDVVULWCI第2章 高頻電路中的元器件 (2) 輸入電阻rgs。一般MOS 場效應管輸入電阻rgs可達1091015，在等效電路中可不予考慮。(3) 輸出電阻rds。rds是輸出電阻，在Q點附近的小信號下，由式(2-22)得 (2-26) 12)th(gsgsnddsds)(21VUiUrQ第2章 高頻電路中的元器件 (4) 輸入電路

32、。輸入電路由柵極-襯底電容Cgb、 輸入電阻rgs、 柵極電容Cgs組成。其中，輸入電阻rgs很大，可忽略不計。當場效應管用于高頻放大電路時，極間電容的作用不能忽略，極間電容越大，則場效應管的高頻特性越差。為了表示器件的高頻特性，引入最高工作頻率fm： (2-27) gmgdgsmm2)(2CgCCgf第2章 高頻電路中的元器件 (5) 輸出電路。輸出電路是由漏極電阻rds、 壓控電流源 、漏極襯底電容Cds(Cds=Cdb)、源極漏極之間的體電阻rs組成的。(6) 在MOS場效應管中，Cgd是跨接在輸入和輸出之間的反饋電容，Cgd的存在是引起放大器穩(wěn)定性惡化的主要因素，它將限制放大器工作頻帶

33、的展寬。gsmUg第2章 高頻電路中的元器件 2. 場效應管場效應管Y 參數(shù)等效模型參數(shù)等效模型一個場效應管可以看成有源四端網(wǎng)絡，如圖2.28所示。 取電壓Ugs和Uds作為自變量，取電流Ig和Id作為應變量。第2章 高頻電路中的元器件 圖2.28 MOS場效應管Y參數(shù)等效模型第2章 高頻電路中的元器件 根據(jù)四端網(wǎng)絡的理論，可以得場效應管的參數(shù)網(wǎng)絡方程: (2-28) 令，由場效應管的參數(shù)網(wǎng)絡方程得dsosgsfsddsrsgsisgUyUyIUyUyI0dsU0dsgsdfs0dsgsgisUUUIyUIy丨丨第2章 高頻電路中的元器件 Yis是場效應管輸出端短路時的輸入導納(下標“”表示輸

34、入，“s”表示共源組態(tài))。Yis的倒數(shù)是電路的輸入阻抗。共源組態(tài)放大電路的混合等效電路和Yis參數(shù)的近似轉換式為 (2-29) 2on2g2ggbgd2on2g2on2g2is1j1RCCCCRCRCy第2章 高頻電路中的元器件 Yfs是場效應管輸出端短路時的正向傳輸導納(下標“f”表示正向)。在一定條件下可把它看成場效應管混合等效電路的跨導gm。共源組態(tài)放大電路的混合等效電路和Yfs參數(shù)的近似轉換式為 (2-30) 2on2g2monggd2ong2gdmfs21j1jj1RCgRCCRCgcgymc第2章 高頻電路中的元器件 令，由場效應管的Y參數(shù)網(wǎng)絡方程得 Yrs是場效應管輸入端短路時的

35、反向傳輸導納(下標“r”表示反向)。Yrs會對放大器產(chǎn)生有害的影響，在實際應用中應該盡量減小或消除。共源組態(tài)放大電路的混合等效電路和Yrs參數(shù)的近似轉換式為Yrs-jCgd (2-31) 0gsV0gsdsdos0gsdsgrs,UUUIyUIy丨丨第2章 高頻電路中的元器件 Yos是場效應管輸入端短路時的輸出導納(下標“o”表示輸出)。Yos的倒數(shù)是電路的輸出阻抗。共源組態(tài)放大電路的混合等效電路和Yos參數(shù)的近似轉換式為 (2-32) 源極漏極之間的體電阻rs值很小，可忽略，Yos即為 (2-33) s2ds2dsgd2s2ds2s2ds2dsos1j11rCCCrCrCrydsgddsosj1CCry第2章 高頻電路中的元器件 3. 場效應管頻率特性場效應管頻率特性用PSpice仿真軟件分析MOS管電路交流放大電路的幅頻特性。選用IRF150 場效應管，其仿真測量電路如圖2.29所示。第2章 高頻電路中