2_晶体管高频小信号等效电路与参数

双调谐放大器的性能指标：
1）谐振时电压增益
Au0
1
p1 p2 Y fe g
（3-22）
临界耦合时 1，有
Au0
p1 p2 Y fe 2g
（3-23）
2）通频带
BW0.7 2f0.7
2 f0 Qe
（3-24）
3）矩形系数
K r 0.1
BW0.1 BW0.7
3.15
（3-25）
多级双调谐放大器和多级单调谐放大器类似，通频带随级数 2
Rb2
Cb Re
Ce
图3-22 共射极高频小信号放大电路
2． 晶体管共射接法的高频等效电路-----第-Y3章参数高等频小效信电号路放大器 4
Ib
b＋ . Ube Yie
. YreUce
. YfeUbe
Ic
＋c . Yoe Uce
－ e
－ e
图 3-23 晶体三极管共射接法Y参数等效电路
Y参数方程：
12V
R1
C1
1 2
L1 4
5 Uo
R3
3
Ui
VT1
R2
Cb1 Re1
Ce1 Cb2
VT2 R4
2.多级单调谐放大器
第3章 高频小信号放大器 14
多级单调谐放大器的谐振频率相同, 均为信号的中心频率。
1）电压增益
Am Au1 Au2 L Aum
（3-17）
多级单调谐放大器的总电压增益是各级电压增益的乘积。若
BW0.7
m
2f0.7
m
1
2m
1
f0
Qe
（3-20）
多级放大器级数越多，通频带越窄。

不稳定状态有增益变化，中心频率偏移，通频带变窄，谐振曲线变形，极端情况 是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。
3.1 概 述
高频小信号放大器的主要质量指标
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数 等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。
hoe

iC vCE
IB
输入端交流开路时的输出电导;
3.2.1 形式等效电路
• 晶体管放大器是双端口(two port) • 晶体管放大器 ｙ参数等效电路
图 3.2.1 晶体管共发射极电路
图 3.2.2 ｙ参数等效电路
yi yr

I1 VI11 V2
V2 0称为输出短路时的输入导纳； V1 0 称为输入短路时的反向传输导纳；
3.1 概述
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频 谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。通过的频带和中心频率之比是很小的 （窄带），一般都采用选频网络组成谐振或非谐振放大器。
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。
fo–fs=fi
解得：放大器输出导纳Yo
Yo

I2 V2

yoe

yre yfe yie Ys
Yi

yie

yre yfe yoe YL

V y
高频放大
混频
fs
fs
中频放大
检波
低频放大
fi
F
F
fo 本地振荡
3.1 概述
高频小信号放大器的分类
高频小信号放大器
谐振放大器（窄带） （调谐与非调谐）

高频小信号等效电路与参数
晶体管等效电路的类型ห้องสมุดไป่ตู้
物理模拟的 等效电路
T型 等效电路
型 等效电路
分析高频段运用的共基极电路 适用于分析宽频带电路
功能模拟的 等效电路
H参数 等效电路
Y参数 等效电路
主要用于分 析低频电路
VIbce
hie Ib hfeIb
hreVce hceVce
适用于分析高频窄带调谐电路
Ic
c
＋
rc e
Cce Vce
－
e
ybe gbe jCbe
ybc gbc jCbc
4.2 高频小信号等效电路与参数
3.参数与Y参数的转换 Cbc
Ib
b′ Cbc
b
＋
Vbe
－
rbb ＋
Cbe
Vbe
－
rbe
Cbe grbm.cVbe
rc e
e
Ib
ybe ybc 1 rbb ybe ybc
0
1
f f
2
4.2 高频小信号等效电路与参数
4.晶体管的高频参数 2)特征频率（characteristic frequency） fT
定义：随着频率的升高，值下降至1时对应的频率。
当 0>>1 时， fT 0 f
当 f >> f时，
fT
f
fT f
4.2 高频小信号等效电路与参数
Ib
b
＋
Vbe
－
rbb ＋
Cbe
Vbe
－
b′ Cbc
rbe
Cbe grbm.cVbe
e
Ic
c
＋

VCC
M Rb1
C0
C
RL
C0
Rs Vs
Rb2
Re
Ce
4
高 拟 子 子 模 拟 电 子 线 路 模 频 电 电 线 路线 路
例：宽带放大器
VCC
匹配网络
C1
Rb1 Cb
Rs
⋅
Rc
Lc
C2
主 中 放
Vs
Rb2
Re
声表面波滤波器（ 声表面波滤波器（SAW） 滤波器 ）
5
高 拟 子 子 模 拟 电 子 线 路 模 频 电 电 线 路线 路
第3章 高频放大器
3.1 3.2 3.3 3.4 引言 晶体管的高频小信号等效电路和参数 高频小信号宽带放大器 放大器的噪声
3.1引言 引言
(1)发射机中的高频(大信号)放大器 (1)发射机中的高频 大信号) 发射机中的高频(
中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类状态。 中间各级的宽带功率放大器。工作于甲类或甲乙类状态。 宽带功率放大器 甲类 状态 负载通常为选频回路） （负载通常为选频回路） 末级功放，工作于丙类状态。（大信号非线性电路） 丙类状态。（大信号非线性电路 末级功放，工作于丙类状态。（大信号非线性电路）
fT ≈ gm 2 Cb'e π
fT 当 f > fβ 时，存在近似关系 β = 。 f
是可查手册的，也可由仪器测量得到。 特征频率 fT 是可查手册的，也可由仪器测量得到。
10
高 拟 子 子 模 拟 电 子 线 路 模 频 电 电 线 路线 路
（3）最高振荡频率 ）
fmax ：
晶体管的功率增益 晶体管的功率增益GP = 1 时的工作频率称为最高振 荡频率 fm 。 ax

信号的状态下。
c b
Cb’c (C) Cb’e (C)
b
· Ib r
bb'
b' · Ib’ I rb’e
b’
· Ic · rce e
e · · Ube Ub’e
-
+
+
+
c
· Uce
-
发射结电容， 数值很小。
晶体管h参数模型 本页完 继续
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
3.2晶体管高频小信 号等效电路与参数 yo是晶体管的输出导
· I2
c T · V2
+
· I1 + · V1
b
· yr V
2
c
· I2
yo
+ · V1
b
yi
e
-
yf V·
1
+ · V2
晶体管共发射极电路
e
-
晶体管y参数等效电路 本页完 继续
二、 y参数等效电路
1、晶体管y参数等效电路
yi—输出短路时的输入导纳 yr—输入短路时的反向传输导纳 yf—输出短路时的正向传输导纳 yo—输入短路时的输出导纳 · I1
b
bb'
b'
+
+
+
c
b
bb'
b'
· · U Ube b’e e
-
+
+
rb’e C
· Uce
-
· · U Ube b’e
-
C’
rb’e C
· gmUb’e
+

不 同的 高频 放 大 器 中。
【 关键词 】 混合 参数 ； Ｙ参数 ； 等效电路
０ 引 言
对 任何 一 个 晶 体 管放 大器 来 说 。 当输 入 信 号 的 频 率升 高 到 一 等 程 度 时 ， 的 放 大 倍数 总 比 工 作 于 低 频 时 要 小 ， 频 率 越 高放 大倍 数 越 它 且
低。 当频 率 继 续 上 升 到某 一 数 值 时 ， 晶体 管 就 会 失 去放 大作 用 ， 是 因 这
全 面 ， 个 参 数 基 本上 与 频 率 无 关 等 。 因此 这 种 等 效 电路 可 以适 用 于 各 为 晶 体 管 载 流 子 的运 动规 律是 由 发 射 结 发 射 ， 过 基 区 的扩 散 ， 通 由集 相 当宽 的频 率 范 围 。但 是 这 种 等效 电路 中 元 件 数 目较 多 ． 给分 析 和 计 电 结 收 集 后 传 送 到 外 电路 的 ， 中发 射 结 、 电 结 两 个 Ｐ 结 都 具 有 其 集 Ｎ 算带 来 麻 烦 。 实 际应 用 中 ， 了使 分 析 尽 量 简单 化 ， 把 某 些 次要 因 在 为 常 电容 效应 （Ｎ结 都 有 结 电容 ） 虽 然结 电容 容 量 很 小 ， Ｐ 。 但在 高 频 工 作 时 素忽 略 。例 如 在 高 频 （ 十 兆赫 以 上 ） 用 时 ， 几 运 因发 射 结 电容 ， 集 。 和 却 会 呈 现 较 低 的 阻抗 ， 分 载 流 子 就 不 按 照 上 述 的规 律 运 动 ． 发 射 部 使 电结 电容 ，的容 抗 较 小 ，故 与 它 并 联 的 发 射 结 电 阻 ｒ ｂ 和集 电结 电 ． 结 的 输入 效 率 和 集 电结 的 收集 效 率 降低 。此 外 ， 体 管 基 极 引 线 到 真 晶 阻 ｒｃ 可 忽 略 。 如 连 接 在 集 电极 电路 内 的 负载 电阻 一 般 比 较小 （ ｈ均 ， 又 小 正 起 控制 作 用 的 基 区有 一 段 距 离 ， 将使 真正 加 到 基 区 的 信 号 减 弱 。 为 于几 千 欧 ）和 它 并 联 的集 电 极一 射 极 电阻 ｒ ， 发 俚比它 大得 多 ， ｒｅ也 故 ｃ 此 ， 分 析 小 信 号 放 大 器 高频 特 性 时 ， 体 管 等 效 电路 必 须 用 混 合 叮 在 晶 Ｔ 可忽 略 。 因此 图 ｌ可 以简 化 成 图 ２所 示 的 等效 电路 ， 化 的 等效 电路 ， 简 参 数 等效 电路 和 Ｙ参 数 等 效 电路 来 等 效 ，但 两 种 参 数 对 频 率 的依 赖 基本 上 能 表 示 频 率较 高 时 晶 体 管 的工 作 状 态 ， 以 在分 析 高频 放 大 器 所 性 是 不 同 的 。混 合 参 数在 一 个 相 当宽 的 频 率 范 围 内是 与 频 率 无 关 时得 到 了广 泛 的应 用 。 的 常数 ， 以 它 适合 分 析 宽 频 带 放 大器 。而 Ｙ 参数 与频 率 的 关 系较 为 所

1.3 晶体管高频小信号等效电路与参数
1.3.1 共发晶体三极管的混合π型等效电路 1.3.2 共发晶体三极管的Y参数等效电路 1.3.3 晶体三极管的Y参数
1.3.1 共发晶体三极管的混合π型等效电路
小信号时，PN结等效电路：
rd ：微变等效电阻
Cd Cd ：势垒电容（或扩散电容）
rd
三极管结构
2
+
V2
-
2
据方程，有：
Yi
(S)

I1 V1
V2 0
Yf
(S)

I2 V1
V2 0
—— ——
1
+
I 1
Yi (S ) Yr (S )
I 2
2
+
V1
V2
-
1
Yf (S ) Yo (S )
-
2
输出端交流短路的输入导纳
输出端交流短路的正向传输导纳
Yr (S)

I 1 V2
e
A
A2 B2
Yre
Ib Vce
Vce 0

yre e jre

Cbc
j( tg 1 B )
e2 A
A2 B2
Yoe

g oe

jCoe

(gce

BCbc gmrbb
A2 B2
)

j (Cbc

ACbc g A2
m rbb B2
)
式中， A 1 rbb gbe

ICQ 26
1.3.2 共发晶体三极管的Y参数等效电路
1. 有源四端网络的Y参数等效电路
网络方程： I1 Yi (S)V1 Yr (S)V2

I1
V1
yi
yrV2
I2
y f V1 yo V2
为因变量，其网络方程
为 I1 yi V1 yr V2
图3-4 Y参数等效电路
I2 y f V1 yo V2 .
12
即
I1
yi
yr
V1
I2 y f yo V2
式中，yi 、yr 、y f y、o 是晶体管的“内参数”，它们
注：教材P74图3-9
Vc
y fe yoe YL'
Vi
中 Vc 方向与此相反
(4)
YL'
1 p112
gp
jC
1
j
L
P22
yie
其中
g
gp
1， R
gp
为回路的谐振导纳。
Uc p1
Uo
p2 .
32
所以由
Au
Uo Ui
p2 p1
Uc Ui
，知
Au
p2 y fe p1( yoe YL' )
pi ：放大器的输入功率；
2
pi Vi2 gie1 ，
所以
po
p1
y fe g
Vi
p22 ge2
Apo
po pi
p12 p22 gie2 y fe
gie
g
2
2
Avo
g 2 ie2 gie
gie和gie
分别是本级和下一级. 晶体管的输入导纳。
式中，uo、u分i 别为放大电路中心频率上的输出、
输率入的电输压出有、效输值入；功P率o、，P分常i 别用为分放贝大表电示路。中心频
.
5

由于晶体管的 与频率之间的关系为：
合 肥 工 业
0
1 j f f
有
0
1 ( f )2 f
0
大 学
由定义：令
0
1
1 ( fT )2
1
f
0 / 2
f f fT
fT f 02 1 0 f
EXIT
通信电子线路
2.3晶体管的高频小信号等效电路
3 最高振荡频率 fmax 定义：晶体管的功率增益Gp 1 时的工作频率为 f max
通信电子线路
2.3晶体管的高频小信号等效电路
2.3 晶体管的高频小信号等效电路
晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：
物理模型等效电路：混合 型参数等效电路。
网络参数等效电路：y 参数等效电路。
一、混合л型等效电路
Cb'c
合
rbb'
肥
rb'c
工 业
Cb'e
ub'e
rb'e
gm ub’e
rce
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。一般当f fmax 时，无 论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。
合 肥
可以证明： f max
1
2
g fT f
大
学 4 截止频率 f （共基）
定义：当 下降到低频值0 的
rce
rb‘c —集电结电阻,约１０kΩ～１０MΩ。可忽略。
合
cb‘c —集电结电容,数值较小，约几个皮法
肥
gm —晶体管跨导,表示晶体管的放大能力，几十毫西门子以下
工 业 大
gm

电阻的值主要决定于介质材料。与电感元件相比，其损 耗可以忽略，因而在一般高频电路中可认为是无损元件。
2.2 高频电子线路的基础电路
二、LC串并联谐振回路的特性
3. LC串联谐振回路
接入负载电阻rL后，可等效为如图所示的 LCr 等效电路。 1 Z r j( L ) 回路的阻抗 C 式中， r r0 rL 1 I 谐振频率 0 LC rL r0 接入负载电阻rL后的有载品质因数QLL
赫兹，必须考虑放大器件的极间电容；
小信号指的是放大器输入信号小，在线性范围
内工作。
2.1 概述 1 0.707 三、高频小信号放大器的主要技术指标
1. 电压增益与功率增益
2. 通频带
Uo 电压增益Au Ui
Au Au0
0.1
0
功率增益AP
f P0
o
f
2Pif 0.7
2f 0.1
放大器的电压增益下降到最大值的 1/ 2 倍时所对应的 频带宽度。常用 2f 0.7 表示。
无功功率 I 2 L L Q0 2 有功功率 I r0 r0
当Q0>>1时，有损电感可用无损电感L和一个并联电阻R0或g0 来等效。其中，R0=ωLQ0 或g0=1/(ωLQ0) 。
2.2 高频电子线路的基础电路
二、LC串并联谐振回路的特性
2. 一个实际的电容元件也是有损耗的，电容元件的损耗
提高谐振放大器稳定性的措施
由于 yre 的反馈作用，晶体管是一个双向器件。消除 yre 反馈 作用的过程称为单向化。单向化的目的是提高放大器的稳定 性。单向化的方法有中和法和失配法。
(一) 中和法
Cb'c
1 2
Re R2