晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)

1、封面3.2 引言引言引言 晶體管在高頻小信號運(yùn)用時，它的等效電路主要晶體管在高頻小信號運(yùn)用時，它的等效電路主要有兩種形式：物理模擬等效電路（混合有兩種形式：物理模擬等效電路（混合參數(shù)等效參數(shù)等效電路）和形式等效電路電路）和形式等效電路( (y y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路) ) 。 形式等效電路形式等效電路通常亦稱為通常亦稱為y y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路，是選，是選取輸入電壓和輸出電壓為自變量，輸入電流和輸出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)（電流為參變量，利用導(dǎo)納參數(shù)（y y參數(shù)），并且不參數(shù)），并且不涉及晶體管內(nèi)部物理過程。涉及晶體管內(nèi)部物理過程。 物理

2、模擬等效電路物理模擬等效電路通常稱為通常稱為混合混合等效電路等效電路，是，是把晶體管內(nèi)部物理過程用集中元件把晶體管內(nèi)部物理過程用集中元件RLCRLC表示，用物表示，用物理模擬方法表示等效電路。這在模擬電子技術(shù)中曾理模擬方法表示等效電路。這在模擬電子技術(shù)中曾提及。提及。晶晶體體管管結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖繼續(xù)繼續(xù)本頁完本頁完rbbrbeCbecebb 集電結(jié)集電結(jié)電容電容，數(shù)值很小。數(shù)值很小。(C )Cbc 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)電容電容，數(shù)值很小。數(shù)值很小。(C )NNPrbcbc+- - - -+rbbrberceUbeUbeUceIb IbeIcIbb晶體管晶體管h參數(shù)參數(shù)模型模型 晶體管晶體管h參數(shù)模

3、型只適用參數(shù)模型只適用于電路工作在中頻和低頻于電路工作在中頻和低頻信號的狀態(tài)下。信號的狀態(tài)下。 rbb 和和rbe 的串聯(lián)的串聯(lián)值就是值就是 h 參數(shù)等參數(shù)等效電路中的晶體效電路中的晶體管輸入電阻管輸入電阻rbe。1、晶體管混合、晶體管混合 等效模型等效模型ecb一、晶體管混合一、晶體管混合 等效電路等效電路3.2晶體管高頻小信晶體管高頻小信號等效電路與參數(shù)號等效電路與參數(shù) 當(dāng)電路工作在高頻信號時，當(dāng)電路工作在高頻信號時，晶體管的等效模型必須考慮晶體管的等效模型必須考慮極間電容效應(yīng)，晶體管高頻極間電容效應(yīng)，晶體管高頻狀態(tài)下的等效模型稱為混合狀態(tài)下的等效模型稱為混合 參數(shù)模型，以下借助參數(shù)模型，

4、以下借助h參數(shù)模參數(shù)模型得出型得出 參數(shù)模型。參數(shù)模型。 rc為集電區(qū)體為集電區(qū)體電阻，數(shù)值很小電阻，數(shù)值很小可忽略?？珊雎?。 rbc為集電為集電結(jié)電阻。結(jié)電阻。 rbb為基區(qū)為基區(qū)體電阻。體電阻。 rbe為發(fā)射為發(fā)射結(jié)電阻。結(jié)電阻。 re為發(fā)射區(qū)為發(fā)射區(qū)體電阻，數(shù)值體電阻，數(shù)值很小可忽略。很小可忽略。晶晶體體管管結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)示示意意圖圖rbbrbebrbc一、晶體管混合一、晶體管混合 等效電路等效電路1、晶體管混合、晶體管混合 等效模型等效模型2、晶體管簡化的混合、晶體管簡化的混合 等效模型等效模型2、晶體管簡化的混合、晶體管簡化的混合 等效模型等效模型2、晶體管簡化的混合、晶體管簡化的混合 等

5、效模型等效模型C C 由密勒定理得由密勒定理得 C =(1+|+|K|)C 其中其中K=Uce/Ube 一般有一般有|K|1，所以，所以 C | |K|C 晶體管總的輸入電容為晶體管總的輸入電容為 C C +C =C +|K|C C另外：另外：C =(K- -1)/KC C 很小，容抗很大可忽略。很小，容抗很大可忽略。b+- - - -+rbbrbeUbeUbeUceIbbgmUbeC Iccb+- - - -+rbbrbeUbeUbeUceIbbgmUbeC C IccIC eeC C b+- - - -+rbbrbeUbeUbeUceIbbgmUbeC Iccb+- - - -+rbbUb

6、eUbeUceIbbgmUbeC IccrbeeeeeC2、晶體管簡化的混合、晶體管簡化的混合 等效模型等效模型 1）基區(qū)電阻）基區(qū)電阻rbb 3、混合、混合 模型的主要參數(shù)模型的主要參數(shù)基區(qū)電阻基區(qū)電阻rbb與與 h 參數(shù)電路一樣，可查手冊。參數(shù)電路一樣，可查手冊。 2）發(fā)射結(jié)電阻）發(fā)射結(jié)電阻rbe 0 rbe=(1+ 0) 26mVIEQmA 26mVIEQmA 3）跨導(dǎo)）跨導(dǎo)gm 顯然有顯然有Ic=gmUbe= 0Ib gm= = 0 rbe 26mV IEQmAebc1、晶體管、晶體管y參數(shù)參數(shù)等效電路等效電路 yrV2是電流量，可以看成是電流量，可以看成是受控電流源，其中是受控電流源

7、，其中yr為等為等效導(dǎo)納，輸出信號效導(dǎo)納，輸出信號V2通過通過yr影響輸入端的電流，影響輸入端的電流，yr本質(zhì)本質(zhì)上是一個表示反饋程度的上是一個表示反饋程度的參量。參量。yi輸出短路時的輸入導(dǎo)納輸出短路時的輸入導(dǎo)納yr輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納輸入短路時的反向傳輸導(dǎo)納1、晶體管、晶體管y參數(shù)參數(shù)等效電路等效電路ebcyf輸出短路時的正向傳輸導(dǎo)納輸出短路時的正向傳輸導(dǎo)納yo輸入短路時的輸出導(dǎo)納輸入短路時的輸出導(dǎo)納 yfV1也是電流量，是受控也是電流量，是受控電流源，其中電流源，其中yf為等效導(dǎo)納，為等效導(dǎo)納，輸入信號輸入信號V1通過通過yf控制輸出控制輸出端的電流，端的電流，yf本質(zhì)上是放大本質(zhì)上

8、是放大能力的參數(shù)，可以與能力的參數(shù)，可以與 互換?；Q。2、共射放大器的、共射放大器的y參數(shù)參數(shù)等效電路等效電路ebc由由y參數(shù)等效電路可得參數(shù)等效電路可得 I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)ebc由由y參數(shù)等效電路可得參數(shù)等效電路可得3、共射電路的輸入導(dǎo)納、共射電路的輸入導(dǎo)納YiYi= =yie- -I1V1yreyfe yoe+YL 通過這三個式通過這三個式子找出子找出I1/V1。 I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)4、共射電路的輸出導(dǎo)納、共射電路的輸出導(dǎo)納Yo斷

9、開電流源斷開電流源 撤掉撤掉YL，加入，加入一電壓源一電壓源V2。 Yo= =yoe- -I2V2yreyfe yie+YS 由由y參數(shù)等效電路可得參數(shù)等效電路可得5、共射電路的電壓增益、共射電路的電壓增益Au Au的定義：的定義：Au = V2V1Au的表達(dá)式的表達(dá)式Au= - - yfe yoe+YL I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)1、晶體管、晶體管y參數(shù)參數(shù)等效電路的電流方程等效電路的電流方程ebcy參數(shù)參數(shù)電流方程電流方程 兩種參數(shù)等效電路的輸入、兩種參數(shù)等效電路的輸入、輸出電流，輸入、輸出電壓是輸出電流，輸入、輸出電

10、壓是相等的，應(yīng)用等效性得出兩種相等的，應(yīng)用等效性得出兩種電路等效參數(shù)間的關(guān)系。電路等效參數(shù)間的關(guān)系。 兩種參數(shù)等效電路的輸入、兩種參數(shù)等效電路的輸入、輸出電流，輸入、輸出電壓是輸出電流，輸入、輸出電壓是相等的，應(yīng)用等效性得出兩種相等的，應(yīng)用等效性得出兩種電路等效參數(shù)間的關(guān)系。電路等效參數(shù)間的關(guān)系。 Ib=yieVb+yreVc Ic=yfeVb+yoeVc2、晶體管混合、晶體管混合等效電路的電流方程等效電路的電流方程Ib= Vb- -VberbbIbe= ybeVbeIbc= ybc(Vbe- -Vc)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)b的電流方程為：的電流方程為： Ib= Ibe+ IbcVb所以所以 0= - -+

11、(+ybe+ybc)Vbe- -ybcVcrbbrbb1 (式式3.2.14)繼續(xù)繼續(xù)本頁完本頁完晶體管混合晶體管混合等效電路等效電路Cbcrbcbc+- - - -+rbbrberceVbVbeVcIbeIcbgmVbeCbee(gce)ybeybcVb0= - -+(+ybe+ybc)Vbe- -ybcVcrbbrbb1 (式式3.2.14)Ib= Vb- -Vberbb (式式3.2.13)Ic=gmVbe+gceVcybc(Vc - -Vbe)+Ic=gmVbe- -ybcVbe+ (ybc+ +gce)Vc (式式3.2.15)研究輸出端節(jié)點(diǎn)研究輸出端節(jié)點(diǎn)c的電流方程的電流方程整理此

12、式得整理此式得(3.2.15)式式1、晶體管、晶體管y參數(shù)參數(shù)等效電路的電流方程等效電路的電流方程y參數(shù)參數(shù)電流方程電流方程 Ib=yieVb+yreVc Ic=yfeVb+yoeVc2、晶體管混合、晶體管混合等效電路的電流方程等效電路的電流方程 eIebbbm1yrg bV)yrgyyyg(ebbbmbbcbcbce1 cV bIebbbeb1yry bVebbbcb1yry cV1、晶體管、晶體管y參數(shù)參數(shù)等效電路的電流方程等效電路的電流方程2、晶體管混合、晶體管混合等效電路的電流方程等效電路的電流方程1、共發(fā)射極截止頻率、共發(fā)射極截止頻率f 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f ：設(shè)：設(shè)三

13、極管在低頻時的共射電流三極管在低頻時的共射電流放大倍數(shù)為放大倍數(shù)為 0（此時為最大（此時為最大值），當(dāng)工作頻率升高至使值），當(dāng)工作頻率升高至使三極管的三極管的 下降至下降至0.707 0 時時所對應(yīng)的工作頻率，稱為共所對應(yīng)的工作頻率，稱為共發(fā)射極截止頻率發(fā)射極截止頻率f 。 由曲線知，由曲線知， 在較低頻率段是在較低頻率段是不變，數(shù)值為不變，數(shù)值為 0，但當(dāng)頻率高于，但當(dāng)頻率高于某一數(shù)值后，某一數(shù)值后， 開始下降。開始下降。 這個頻率這個頻率f 就稱為共射極截止就稱為共射極截止頻率。在工程上一般認(rèn)為此時三頻率。在工程上一般認(rèn)為此時三極管已經(jīng)沒有放大能力，所以三極管已經(jīng)沒有放大能力，所以三極管是

14、不能在此頻率的范圍外工極管是不能在此頻率的范圍外工作的。作的。2、特征頻率、特征頻率fT 當(dāng)共射極電流放大倍數(shù)當(dāng)共射極電流放大倍數(shù) 下降到等于下降到等于1 時所對應(yīng)的時所對應(yīng)的頻率，稱為頻率，稱為特征頻率特征頻率fT 。201Tff3、共基極截止頻率、共基極截止頻率f 共基截止頻率共基截止頻率f：設(shè)三極：設(shè)三極管在低頻時的共基電流放大管在低頻時的共基電流放大倍數(shù)為倍數(shù)為 0（此時為最大值），（此時為最大值），當(dāng)工作頻率升高至使三極管當(dāng)工作頻率升高至使三極管的的 下降至下降至0.707 0 時所對應(yīng)時所對應(yīng)的工作頻率，稱為共基極截的工作頻率，稱為共基極截止頻率止頻率f 。ffO| |0.707

15、| 0| 0| 共基極截止頻率共基極截止頻率f遠(yuǎn)大于共發(fā)遠(yuǎn)大于共發(fā)射極截止頻率射極截止頻率f ，其關(guān)系式如下：，其關(guān)系式如下：f =(1+ ) f 在正常情形下在正常情形下 1，所以有：，所以有：f f 所以在高頻段和寬頻帶的放所以在高頻段和寬頻帶的放大器中，多使用共基電路。大器中，多使用共基電路。 例如，例如，在電視機(jī)的第一級與天線在電視機(jī)的第一級與天線相連的高頻接收器相連的高頻接收器(俗稱高頻頭俗稱高頻頭)中，基本上都使用共基極電路。中，基本上都使用共基極電路。因?yàn)殡娨曅盘柕念l率都比較高。因?yàn)殡娨曅盘柕念l率都比較高。 當(dāng)晶體管的功率增益當(dāng)晶體管的功率增益AP=1時時工作頻率稱為最高振蕩頻率工作頻率稱為最高振蕩頻率fmax。fmaxfOAPAP0 最高振蕩頻率最高振蕩頻率fmax表示一表示一個晶體管所能適用的最高個晶體管所能適用的最高極限頻率。在此頻率工作極限頻率。在此頻率工作時，晶體管已得不到功率時，晶體管已得不到功率放大。當(dāng)放大。當(dāng)f fmax時，無論時，無論用什么方法都不能使晶體用什么方法都不能使晶體管產(chǎn)生振蕩。管產(chǎn)生振蕩。 4、最高振蕩頻率、最高振蕩頻率fmax1