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晶体管的高频等效电路

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无线电通信-3.1 晶体管高频小信号等效电路与参数

无线电通信-3.1 晶体管高频小信号等效电路与参数
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）

三.填空题227道

三.填空题227道

三.填空1.调制是用基带信号控制载波的振幅、频率及。

答案: 相位2.压控振荡器的主要性能指标是和线性度。

答案: 压控灵敏度3.检波器的主要技术指标是输入电阻、电压传输系数和。

答案: 失真4.衡量选择性的指标有矩形系数和。

答案: 抑制比5.小信号调谐放大器获得最大功率增益的条件是、谐振无耗以及临界耦合。

答案: 负载匹配6.小信号调谐放大器的主要技术指标有增益、通频带、选择性、和噪声参数。

答案: 工作稳定性7.三点式振荡电路是LC正弦波振荡器的主要形式，可分为和电感三点式两种基本类型。

答案: 电容三点式8.场效应晶体管的主要噪声是。

答案: 热噪声9.宽频带放大器的失真有、频率失真、相位失真。

答案: 非线性失真10.调制是用基带信号控制载波的振幅、和相位。

答案: 频率11.实际幅频特性曲线偏离理想幅频特性曲线的程度，可用来衡量。

答案: 矩形系数12.压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和。

答案: 线性度13.调幅波的解调称为。

答案: 检波14.宽频带放大器的失真有非线性失真、和相位失真。

答案: 频率失真15.三点式振荡电路是 L C 正弦波振荡器的主要形式，可分为电容三点式和两种基本类型。

答案: 电感三点式16.维持振荡的基本条件是足够的。

答案: 反馈17.变频器产生的副波道干扰最强的是干扰和镜频干扰。

答案: 过压18.鉴频指标有、灵敏度和非线性失真。

答案: 线性范围19.调制是用基带信号控制载波的、频率及相位。

答案:振幅20.在模拟系统中，按照载波波形不同，可分为和正弦波调制两种方式。

答案: 脉冲调制21.电路内部噪声主要来源是电阻的热噪声、和场效应晶体管的噪声。

答案: 晶体管的噪声22.普通调幅信号的解调方法有两种和同步检波。

答案: 包络检波23.宽频带放大器的技术指标有增益、通频带、和失真。

答案: 输入电阻24.产生单边带调幅信号的方法主要有、相移法以及相移滤波法。

答案: 滤波法25.丙类谐振功放的调制特性可分为特性和集电极调制特性两种。

晶体管的高频等效电路

晶体管的高频等效电路
·
·
·
·
·
·
·
·
·
晶体管的高频等效模型
对C’作用的分析
继续
一、晶体管完整的混合模型
二、晶体管简化的混合模型
C’
b'
+
+
+
rbb'
rb’e’
Ube
·
Ub’e
·
Uce
·
Ib
·
·
b
gmUb’e
·
C
Ic
c
C’’
晶体管单向化后的混合模型
本页完
由密勒转换得 C’ =(1+|K|)C 其中K=Uce/Ub’e 一般有|K|>>1，所以 C’ |K|C 晶体管的输入总电容为 C’ C+ C’= C+ |K|C 另C’’ =[(K-1)/(-K)]C C’’ 很小，容抗很大可忽略。
二、晶体管简化的混合模型
晶体管完整的混合模型
Ic
rb’c’是集电结反偏时的电阻，其阻抗远大于C的容抗，亦可看成开路忽略其作用。
b'
+
+
+
rbb'
rb’e’
Ube
·
Ub’e
·
Uce
·
Ib
·
·
b
gmUb’e
·
C
C
Ic
c
IC
·
简化后晶体管的混合模型
晶体管的高频等效模型
用密勒转换把C拆分为C’和C’’
b'
c
+
+
+
rbb'
rb’e’

晶体管的高频参数与等效电路资料

晶体管的高频参数与等效电路资料

Tr2 4 yL
3
5
Tr1
T
3
5
L
2 1
4
C
yL
四
Tr2
版
） 张 肃
Rb2
Cb
Re
Ce
文
主
编
因为放大器由信号源、晶体管、并联振荡回路和负载阻抗
高 等 教
并联组成，采用导纳分析比较方便，为此, 纳）参数等效电路。
引入晶体管的y（导
育
出
版
社
设输入电压 V1和输出电压 V2为自变量
I1 yiV1 yrV2
fβ
02 1
0
0 / 2
）
1
张 肃
通常0 1,
fT 0 fβ。
文
f
fβ
fT
主
编 当f fβ时,
高 等 教
0
fT fβ fT
1
f f
2
f fβ
f
β截止频率和 特征频率
即 f fT
育
出 版
可以粗略计算在某工作频率f >> fβ的电流放大系数。
社
《
高
频
电
子 线
3.
最高振荡频率fmax
线
路
c
》
（
第
rcc
四
版 ）b 张
Cb'c rbb'
rb'c b' rce
gm vb‘e
肃
Cb'e
rb'e
文
主
ree
编
高
e
等 教
图 混合π等效电路
育 出
优点： 各个元件在很宽的频率范围内都保持常数。

高频小信号等效电路与参数

高频小信号等效电路与参数
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
＋

晶体管高频小信号等效电路与参数解读

晶体管高频小信号等效电路与参数解读
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
+

高频等效电路

以上这些要求相互之间即有联系又有矛盾，例如 增益和稳定性，通频带和选择性等。
2.2.2高频等效电路(high frequency equivalent circuit)
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 π 参数等效电路。 网络参数等效电路：y 参数等效电路。 一 混合 π 参数等效电路
如果设电压 U1 和 U2 为自变量， 电流 I1 和 I2 为参数量，可得 y 参数系的约束 方程： I1
I2 + Uce
-
⎧I1 = yiU1 + yrU2 ⎧I1 = yieUbe + yreUce ⇒⎨ ⎨ ⎩I2 = yf U1 + yoU2 ⎩I2 = yfeUbe + yoeUce
+ Ube
gb′c + jωCb′c yre ≈ − ≈ gb′c + jωCb′c (1+ rb′b gb′e ) + jωCb′erb′b
y fe gm ≈ ≈ gm (1 + rb ′b g b ′e ) + j ω C b ′e rb ′b
g b′c + jωCb′e yoe ≈ g ce + jωCb′c + rb′b g m (1 + rb′b g b′e ) + jωCb′e rb′b ≈ g ce + jωCb′c
共射极电路可以推算出：
g b′e + jω C b′e yie ≈ (1 + rb′b g b′e ) + jω C b′e rb′b
y fe gm ≈ (1 + rb ′b g b ′e ) + ω C b ′e rb ′b

模拟电子技术 第五章 频率响应.


高频
很大
很小
二. 低频等效电路波特图
T ( j) Uo
Ui

RP
RP

RS

1
jCS

jCS RP
jCS RP RS 1
设: S CS RP RS


RP RP RS

jCS
1+jCS
RP RS RP RS


RP RP RS
fH

1
2 P
58.3MHz
fBW 58.3MHz 14.5Hz 58.3MHz
仿真结果
5.2 带有电容的晶体管放大 电路的频率响应
一. 输入耦合电容的作用 二. 输出耦合电容的作用 三. 耦合/负载电容合成作用 四. 旁路电容的作用 五. 耦合/旁路电容合成作用
一. 输入耦合电容的作用


RC

RS rbe 1 RE 1
1 jRECE
jRE RS rbe CE
RS rbe 1 RE
Au
0

RS

RC
rbe 1

REΒιβλιοθήκη Au RC
RS rbe
A RECE
B

14题仿真结果
f
S

20 lg
1+ 2 f S 2
三. 低频等效电路波特图 90 tan1 2 f S
三. 高频等效电路波特图
T ( j) Uo
Ui

RP
//
1
jCP
RS

RP

高频电子线路复习

高频电子线路复习第2章 高频小信号放大器高频小信号放大器与低频小信号放大器的主要区别：（1）晶体管在高频工作时，其电流放大系数与频率有关，晶体管的两个结电容将不能被忽略。

（2）高频小信号放大器的集电极负载为调谐回路，因此高频小信号放大器的主要性能在很大程度上取决于谐振回路。

1．LC 谐振回路的选频作用并联谐振回路的等效导纳：Y=G 0+j(ωC- ),谐振频率：ω0= ，并联回路的品质因数： 其中R=Q L ω0L2.串并联阻抗的等效变换：R 2≈Q 2r 1 ;X 2≈X 13.谐振回路的接入方式:变压器耦合连接，自耦变压器耦合连接，双电容分压耦合连接4.等效变换的接入系数与变换关系（上述三种耦合连接方式接入系数p 的计算公式）5.晶体管高频等效电路：晶体管y 参数等效电路6.高频谐振放大器的分析，等效电路，谐振电压放大倍数，通频带和矩形系数。

第3章 高频功率放大器高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换为高频交流输出。

高频功率放大器与高频小信号放大器的主要区别：高频小信号放大器晶体管工作在线性区域；而高频功率放大器，为了提高效率，晶体管工作延伸到非线性区域，一般工作在丙类状态。

高频功率放大器的分析方法通常采用折线分析法。

1.谐振功率放大器的用途和特点（与小信号调谐放大器进行比较）2.折线近似分析法----晶体管特性的折线化3.丙类高频功率放大器的工作原理：静态时晶体管工作在截止状态；在正弦输入信号时，输出集电极电流为余弦电流脉冲；输出为并联谐振电路，故其输出电压仍为正弦波。

4. 丙类高频功率放大器的一些重要公式：（1）导通角：(2) 集电极余弦脉冲电流的高度（幅值）：（3）集电极余弦脉冲电流波形的表达式：（4）余弦电流脉冲的傅里叶级数表达式：i c =I c0+I c1m cos ωt+I c2m cos2ωt+···+I cnm cosn ωt其中：I c0=I cM α0(θc );I c1m =I cM α1(θc )5. 丙类高频功率放大器的功率和效率：P ==V CC I C0 ;P 0=(1/2)U cm I c1m ;η=P o /P = 。

常用的晶体管高频共基极等效电路如22图

g m ：晶体管跨导, 几十毫西门子以下；
各参数有关的公式如下：
gm
1
re
rbe (1o)re
re
VT IEQ
26(mV)
IEQ(mA)
Cbe
Cbc
1
2fTre
其中:I E Q 是发射极静态电流, o 是晶体管低频短路电流
放大系数, f T 是晶体管特征频率。
注意:各参数均与静态工作点有关。
式中负号表示输出电压和输入电压之间的相位相差 1 8 0。o
同时，由于 y f e 是复数，其相角为 fe 故放大器在回路谐振时，
输出电压 V o 和输入电压V i 之间的相位差并不是1 8 0 o ，而是
180o fe 。当工作频率较低时， fe 0
V
o
和V
相位才相差
i
1 8 0 o ，即输出电压 V o 和输入电压 V i 反相位。
2.2.1
如共发射极接法的晶体管, 如图2.2.4所示, 相应的Ｙ参 数方程为
图2.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
Ib yieVbe yreVce Ic y V fe be yoeVce
2.2.1
图2.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
其中
yie
Ib Vbe
2.2.1
另外，常用的晶体管高频共基极等效电路如图2.2.2 图（a）所示，图 (b)是简化等效电路。
图2.2.2 晶体管高频共基极等效电路及其简化电路
2.2.1
二、Ｙ参数等效电路 双口网络即具有两个端口的网络，如图2.2.3所示。 参数方程是选取各端口的电压为自变量, 电流为应变量,
其方程如下
1、各元件的作用 R B 1 R B 2 R E 构成晶体管的分压式电流反馈直流偏置电路， 以保证晶体管工作在甲类状态。
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中频时
0 Ib gmUb'e gm Ibrb'e
gm
0
rb'e
I EQ UT
rbb'、Cμ可从手册查得
rb'e
(1 0 )
UT I EQ
Cπ' Cπ Cμ'
2. 电流放大倍数的频率响应
Ic Ib
UCE
因为k gmRL' 0，所以Cπ' Cπ Cμ
g mUb'e
Ub'e
[
1 rb'e
j
(Cπ
Cμ )]
0
1 j f f
为什么短路？
f
1 2 π rb'e (Cπ
Cμ )
电流放大倍数的频率特性曲线
0
1 j f f
0
1 ( f )2 f
tg－1
f
o
f
f
f
时，
；
0
f
f
时，
0
2
0.7070 ， -45；
f
f
时，
f f
0；f
时， 0， -90
电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系
混合π模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系
因在放大区iC几乎仅 决定于iB而阻值大
因在放大区承受反 向电压而阻值大
gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。
混合π模型：忽略大电阻的分流
Cμ连接了输入回路 和输出回路，引入 了反馈，信号传递 有两个方向，使电 路的分析复杂化。
混合π模型的单向化（即使信号单向传递）
折线化近似画法 20 lg 2 3dB －20dB/十倍频
5.71
注意折线化曲线的误差
3. 晶体管的频率参数
使 1时的频率为fT
共射截 止频率
共基截
特征
fT f 0 f
止频率
频率 令 0 1
f、f、fT、Cob (C )。
1 ( f )2 f
既可推出
0
1 j f f
f
1 2 π rb'e( Cπ
试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。
ICQ gm、rb'e Cμ ( Cob )、gm、Rc、RL Cμ' f、Cμ ( Cob )、rb'e Cπ Cμ' Cμ Cπ'
ICμ
Ub'e Uce X Cμ
Ub'e kUb'e X Cμ
(1 k) Ub'e X Cμ
k
Uce
.
gm RL'
U b'e
X C'μ
Ub'e ICμ
1
X Cμ gmRL'
Cμ' (1 gmRL' )Cμ
等效变换后电流不变
同理可得，Cμ''
k
k
1
Cμ
晶体管简化的高频等效电路
如何得到模型中的参数？
Cμ
)
集电结电容
手册 查得
ICQ (I EQ ) gm、rb'e
Cμ ( Cob )、gm、Rc、RL Cμ'
f ( fT )、Cμ ( Cob )、rb'e Cπ
Cμ' Cμ Cπ'
课后练习：电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适， 集电极电流ICQ＝2mA；晶体管的rbb’=200Ω，Cob=5pF， fβ=1MHz。