aa小信号放大-晶体管参数10-11ok解析

1、作业作业: 2-3， 2-4， 2-6， 2-7 2.1.2 高频晶体管小信号等效电路模型与参数高频晶体管小信号等效电路模型与参数 1.高频晶体管网络参数模型网络参数模型实质上是将晶体管看成是四端网络，用网络参数等效晶体管特性，晶体管的内部物理过程不予考虑。112212ierefeoeIy Vy VIy Vy V1122ierefeoeyyIVyyIV输出短路时的输入导纳 2110ieVIyV2210feVIyV输出短路时的正向传输导纳 1120reVIyV1220oeVIyV输入短路时的反向传输导纳 输入短路时的输出导纳 网络参数的物理含义短路导纳参数仅表示晶体管在输入端或输出端短路时的参数

2、。它们是晶体管本身的参数只与晶体管的特性有关而与外电路无关所以又称内参数。晶体管构成放大器后，由于输入端、输出端都接有外电路晶体管和有关外电路被看成一个整体，于是得到相应的放大器y参数它们不仅与晶体管有关而且与外电路有关，故又称外参数。2.高频晶体管的物理模型混合型等效电路3晶体管混合型电路参数与网络参数之间的转换cmb eb eb cb emb cIg VVj CVgj Cbb eb eb eb cIVgjCCbbb eb bb eb eb eb cb ebbIVVgVgjCCVg0cbbb eb eb cbiebbbb eb eb cVggjCCIyVggjCC0cbbmb ccfebbb

3、b eb eb cVggj CIyVggjCC输出短路,计算yie和yfecccemb eb ebbb eb eIV gg VVggj Cbb ebbIV g 11cb ebbb eb eb cbbb eb eb ebbb eb eb cb cVVggj Cj Cggj CVggjCCj C输入短路,计算yre和yoe0bbbbb crecbbb cb eb cVIgj CyVggjCC0bb cmbbb eb ecoececbbb eb eb cVj Cgggj CIygVggjCC 1.短路电流放大系数短路电流放大系数 和和 截止频率截止频率f0ccVbII即即 时，时，Cbe，bc和和r

4、be三者并联三者并联0cV1()11()()1()b eb eb cb eb ebbb eb eb cb eb eb cmb ecmb ebb eb eb crjCCrVIIjrCCrjCCg rIg VIjrCC001()12()cbb eb eb cb eb eb cIIjrCCjrf CC 式中式中 是低频是低频 时的电流放大系数。时的电流放大系数。0m b eg r截止频率截止频率f 定义：当定义：当 的频率，即的频率，即02002212b eb eb cfrCC12b eb eb cfrCC解上述方程得：解上述方程得： 2.特征频率特征频率fT晶体管的放大性能还用特征频率晶体管的放大

5、性能还用特征频率fT表示。表示。 fT是是 时的频率时的频率.1 解之得解之得:ffT120 当当0远远大于远远大于1时时ffT002|1ff 于是01fjf 共射阻态共射阻态高频电流高频电流放大倍数放大倍数0Tff2/|1 ()Tffff工作 ff工作若：/|/TTffffff工作工作例例:MRF571， ， ，计算 时的 。=8000 MHzTf0=1001000 MHzf工作|/8Tff工作ff工作解：当晶体管共射组态时，工作于远大于当晶体管共射组态时，工作于远大于 的工作频率时，的工作频率时，电流放大倍数的模值与电流放大倍数的模值与fT的关系式的关系式(出厂参数有出厂参数有fT和和0

6、0)f02|1ff 最高振荡频率 :晶体管功率增益 时的工作频率, 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。一般当工作频率大于最高振荡频率时，无论用什么方法都不能使晶体管产生振荡。 maxf1PA maxTfffmaxf表示一个晶体管所能适用的最高极限频率。实际工作频率应小于等于最高振荡频率的1/31/4。max124mbbb eb cgfr C C可以证明高频晶体管各频率参数的大小关系CCU1bR2bRTeRiu+ +- -ou+ +- -cR(a)低频放大电路1C2CeC图2-7 一级中放y参数等效电路 /2Lp2ie22111()yGj Cp ypj

7、 L由图由图2-7 b可得到：可得到： bie1ire1cIyVyVcfe1ioe1ccLIyVyVV y 所以所以 fe1bie1ireioe1L()yIy VyVyy放大器的输入导纳为放大器的输入导纳为 bre1fe1iie1oe1LiIyyyyyyV(2-21) /2Lp2ie22111()yGj Cp ypj LbiiIyV/2Lp2ie22111()yGj Cp ypj L (2-22) 图中图中电压放大电压放大倍数的定义倍数的定义: ioVVAVVA/ccioe1fe1cLIV yV yV y 1TcV先求先求的集电极电压的集电极电压，由右图可知，由右图可知fe1ic/oe1LyV

8、Vyy 恒等变形可得恒等变形可得fe1i22o2c/11oe1L12fe1i2/1oe1L()()pyVppVp VVppyyp p yVpyy 12fe112fe12/221oe1Li1oe1p2ie21()oVVp p yp p yApyyVp yGj Cp yj L/2Lp2ie22111()yGj Cp ypj L通过并联谐振通过并联谐振回路电压回路电压VP中转中转12fe122p1oe12ie21Vp p yAGj Cp yp yj Loe1ie222oeoeieieygj Cygj C实际晶体管的等效参数显容性实际晶体管的等效参数显容性12fe12222p1oe2ie21oe2ie

9、21Vp p yAGp gp gjCp Cp Cj L22p1oe2ie2221oe2ie2gGp gp gCCp Cp C令令12fe112fe1012fe112111VLp p yp p yAQfgj Cgjj Lfp p ygj当当0ff时时 12fevop p yAg(2-28) 2vovo011; 1 21vvLAAAjAfQf定义谐振放大器定义谐振放大器的归一化抑制比的归一化抑制比 012fLC谐振谐振频率频率0LCQg有载品有载品质因数质因数02LfQf广义广义失谐失谐12fe112fe112fe1011121VLp p yp p yp p yAgjQfgj Cgjj Lf222

10、2012212200221221111LoeiepoeiepppoeieppQL p gp gGp gp gLGGGQp gp gGG202211;pieLoeQGp gQpg调整接入系数调整接入系数求电压增益最大值求电压增益最大值 12fe111Vp p yAgj201221poeLieQGp gQpg020VAp令令 302221240pieLQGpp gQ02212pLoptieQGQpg将将p1带入带入2-28式式24022201piefeLVoeQG pp gyQAgg将将p2带入带入2-28式式24011021poefeLVieQG pp gyQAgg010VAp令令 301112

11、40poeLQGpp gQ0112pLoptoeQGQpg将将p1opt p2opt带入带入2-28式式00212feLVMaxoeieyQAQg g谐振时功率增益谐振时功率增益Ap21iiiePV goPiPAP输出部分输出部分谐振时谐振时212222222221feiooieabieieoeLpp yVPV gV p gpgp yy2122211feiepieoeLpp p ygAgp yy并联回路和输出都谐振时并联回路和输出都谐振时2212222212211feieiepovooepieieiep p yggAAp gGp ggg2p2ie21LpyGj Cp yj L121212122

12、22222122222222222221214141feiepieoeiefeoeieoeieoeiep pygAggp gp gyp g p gg ggp gp g令令12222oepiep gPp g2222141411fepPpoeiePygGPAg ggP222210411411fePLpoeiePyPQAg gQP212211feiepiep p ygAggj Cj L222210411411fePLpoeiePyPQAg gQP241PPPP201LQQ2112max14fepooeieyAg gvo11vAAj谐振放大器的归一化抑制比与单调谐回路有相同表达式 故3dB通频带也与单

13、调谐回路有相同表达式 00.7070.7072LfBfQ 000.707012LCfQfLgg(1-119)00.70712fe12fevo0.7072222LCgCfQp p yp p yAgCf12fevo0.70722p p yAfC20.10.10.70721019.952rfKf 选择性(矩形系数)也与单调谐回路有相同表达式 例2.1 如图2-9所示单谐振回路放大器， 已知晶体管的y参数，求1)放大器工作中心频率2)谐振时电压增益 3) 放大器带宽3411213245131301.1 10,1.1 10,0.08,25,6=16,20=4,1.5,12.Q100ieoefeieoeg

14、s gs ysCpF CpFLNNLNLHCpF L； 中，圈圈, 中，圈的012fLC解： 1) 工作中心频率12113160.820NpN22122oeieCCp Cp C4521340.220NpN 600134 10pGSQL 2241221.48 10poeiegGp gp gS023pLGQQg21feVop p yAg00.7072LffQ2)谐振时电压增益3) 放大器带宽851.37 MHz31.68MHz当单级放大器的增益不能满足要求时当单级放大器的增益不能满足要求时,即可采取多级放大器。即可采取多级放大器。其中每一级可调谐在同一个频率上，称为其中每一级可调谐在同一个频率上，

15、称为同步调谐放大器同步调谐放大器;也也可以调谐在不同的相近的频率点上可以调谐在不同的相近的频率点上,称为称为参差调谐放大器参差调谐放大器.总增益的模总增益的模 |Av|=|Av1|*|Av2|*|Av3|Avn | 2.38若各级放大器是完全相同的单级放大器若各级放大器是完全相同的单级放大器,则则1nvvAA220.707202111nnnLnoAfQAf若各级放大器是完全相同的若各级放大器是完全相同的单级放大器，归一化抑制比单级放大器，归一化抑制比3dB带宽：令带宽：令f0.7代表代表An/An0=0.707时的频率偏移时的频率偏移,则有则有220.70702112nLfQf 解上式得解上式

16、得1100.707122121nnnLfBfBQ (2.41) n是大于是大于1的正整数的正整数, 称为级联放大器缩小因子。具体数值见称为级联放大器缩小因子。具体数值见表表2.1所示。所示。121n表表2.1 带宽缩小因子带宽缩小因子121n按矩形系数的定义可得按矩形系数的定义可得10.10.110.70721001221nrnfKf表表2-2 矩形系数与级数的关系矩形系数与级数的关系当级数当级数n增加时增加时,矩形系数有所改善，级数越多，矩形系数有所改善，级数越多，Kr0.1变化越缓慢。变化越缓慢。即当即当n趋于无穷时趋于无穷时,Kr0.1也只有也只有2.56。可见这种改善是有限度的。可见这

17、种改善是有限度的。随着级联级数的增加，增益变大，通频随着级联级数的增加，增益变大，通频带却变窄，通常需要大的增益又需要足带却变窄，通常需要大的增益又需要足够的通频带，参差调谐放大器就是为了够的通频带，参差调谐放大器就是为了解决这个矛盾而提出的。解决这个矛盾而提出的。多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有多级放大器级联时，虽然电压放大倍数增加较多，通频带却变窄，选择性虽有所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回所改善，但与理想矩形相比，仍相差较大。为解决上述矛盾，晶体管集电极回路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这

18、种放大路采用双调谐回路，可以使放大器具有较好的选择性和较宽的频带，这种放大器称为双调谐放大器。器称为双调谐放大器。 双调谐双调谐放大器放大器等效等效电路电路 为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，则得到如图为分析方便，设一次、二次侧回路元件参数相同，则得到如图b所示所示的效电路，这是一个典型的互感耦合双调谐回路的效电路，这是一个典型的互感耦合双调谐回路 考虑到两个回路的参数相同，可得到考虑到两个回路的参数相同，可得到 12fevv2222(1)4p p YAAGLKQLp2 fQfKM L式中式中, 是回路耦合因数是回路耦合因数, 是回路的相对是回路的相对表示回路的耦合程度，称为回路表示

19、回路的耦合程度，称为回路耦合系数耦合系数。 失谐失谐, 当一次、二次侧回路谐振当一次、二次侧回路谐振(=0)时时, 放大器电压增益放大器电压增益 12fev021p p yAG2222v02(1)4vAA12fev0Max 12p p yAG；17 . 0BW1双调谐放大器较常使用的是双调谐放大器较常使用的是临界耦合，谐振曲线表示为临界耦合，谐振曲线表示为: 44LP22244()fQfP0.7LBW2fQ令令 = 0.707，得通频带为，得通频带为: 同样可得矩形系数为同样可得矩形系数为: 0.10.10.7BW103.16BWK (1) 场效应管在正常工作时，栅极电流很小场效应管在正常工作

20、时，栅极电流很小(A级级)，所以场效应管的输入阻抗很高，一，所以场效应管的输入阻抗很高，一般在般在107以上。以上。 (2) 场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输场效应管的恒流特性比晶体管好，在恒流区内，场效应管的输出电阻比晶体管的输出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的出电阻大。场效应管的输入、输出阻抗较大，有利于提高调谐回路的Q值，提高调谐放值，提高调谐放大器的选择性。大器的选择性。 2.1.7 高频小信号调谐放大器的稳定性 1.放大器稳定性分析放大器稳定性分析 cVrey前面分析小信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的前面分析小

21、信号谐振放大器时曾假定放大电路中晶体管的re0y re0y。但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳。但在实际应用中，晶体管的反向传输导纳，放大器的输出电压，放大器的输出电压可通过可通过反馈到输入端，使输入反馈到输入端，使输入电流发生变化。电流发生变化。 bre1fe1iie1oe1LiIyyyyyyV放大器的输入导纳为：1sssygj Cj LFieiyyYLoefereFyyyyyieieieCjgyFFFjbgy11arctg振荡的临界条件为：0isYy0refesieoeLy yyyyy()()1sieoeLrefeyyyyy y11211()(1)() 1siessieiessiejsi

22、eyygj Cgj Cj Lggjgge0110()ffQff012ssiefLCC01siesieCCQgg22arctg()()1sieoeLrefeyyyyy y22221(1)1oeLoeLoeLjoeLyygGj Cj LgGjgGe0220()ffQff012fLC2oeLCQgG设输入、输出回路相同， 12 1222()()(1)1|ferejsieoeLjjferegggGeyyee22()()(1)1|ferejsieoeLjjferegggGeyyee2()()(1)1|2sieoeLfereferegggGyy2ferearctg2feretg221121 cos()21

23、1 cos()1 cos()fereferefereferetg 自激振荡条件 放大器不稳定1SK 510SK ()() 21|1cos()sieoeLfereferegggGyy2()()|1cos()sieoeLSfereferegggGKyy稳定性系数1SK 放大器稳定的临界状态1SK 放大器稳定 设 1gggies2gGgLoe122|1cos()Sferefereg gKyyTff工作|fefeyyrereCjy0090re|2021fereSyCggKreC反馈电容2221021|2ppyCggKfereS输入、输出回路都是部分接入1p2p接入系数为考察增益与稳定系数之间的关系,作

24、进一步分析.resfeVCKyA00|2稳定性系数 是与放大器的电压增益相关联的。SK12ggg电压增益 就被限定了晶体管选定后(即 和 给定)|feyreC0VA增益太高，会引起电路稳定性恶化。 若工作频率确定且SK确定120|feVp pyAg将放大器的电压最大增益表达式 带入前式 且分析特定情况,假定2.提高放大器稳定性的措施提高放大器稳定性的措施 一是从晶体管本身想办法，选取反向传输导纳一是从晶体管本身想办法，选取反向传输导纳yre小的晶体管。小的晶体管。 二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法二是从电路上设法消除晶体管的反向作用，使它单向化，具体方法有有中和法中和

25、法与与失配法失配法。NC2C2LccUT(a)平衡条件平衡条件 cbBNA/11CLCL即即 cbBAN/CLLCNCcbC2CALBLBCDA(b)oUBLALBCDANCcbCoUiU(c)图2-12谐振回路的中和电路(1) 中和法中和法 (2) 失配法失配法 图2-13 共射共基级联放大器习题讲解习题讲解 习题习题 某晶体管在VCE=10V，IE=1mA时的fT=250MHz，又 可忽略,求该晶体管在fT=10MHz时的共发射极电路的Y参数。bbbc0cer70,C3pF,50,g10 S; 112212ierefeoeIy Vy VIy Vy Vbebcg,g习题习题晶体管组成的单回路

26、中频放大器，如图所示。已知fo=465kHz，晶体管经中和后的参数为：gie=0.4mS,Cie=142pF，goe=55S，Coe=18pF，Yfe=36.8mS,Yre=0，回路等效电容C=200pF，中频变压器的接入系数p1=N1/N=0.35，p2=N2/N=0.035,回路无载品质因数Q0=80，设下级也为同一晶体管，参数相同。试计算： （1）回路有载品质因数 QL和 3 dB带宽 B0.7;（2）放大器谐振时的电压增益；(3) 中和电容值。（设Cbc=3 pF）3-1200022465 10202 107.37480 固有谐振电导为CfgSQ 22262361200.3555 10

27、0.0350.4 107.374 1014.6 回路总电导为goeiep gp ggS 解：根据已知条件可知,能够忽略中和电容和yre的影响。得：2222122000.35180.035142202oeieCp Cp CpF 回路总电容为C1)有载品质因数 QL02 CgLfQ 11110.3531.61510.65中和电容nb cb cNpCCCpFNNp答：品质因数QL为40.4,带宽为11.51kHz,谐振时的电压增益为30.88,中和电容值为1.615pF3-120622465 10202 1040.414.6 10 C有载品质因数gLfQ 00.746511.5140.4LfBkHzQ31206|0.350.03536.8 1030.8814.6 10 谐振增益gfep pyK2）放大器谐振时的电压增益3) 中和电容值3 dB带宽 B0.7 习题习题 三级单调谐中频放大器，中心频率f0=465 kHz，若要求总的带宽 B0.707=8 kHZ，求每一级回路的 3 dB带宽和回路有载品质因数QL值。 0L