晶体管高频小信号等效电路与参数

1、封面3.2 引言引言引言 晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要晶体管在高频小信号运用时，它的等效电路主要有两种形式：物理模拟等效电路（混合有两种形式：物理模拟等效电路（混合参数等效参数等效电路）和形式等效电路电路）和形式等效电路( (y y参数等效电路参数等效电路) ) 。 形式等效电路形式等效电路通常亦称为通常亦称为y y参数等效电路参数等效电路，是选，是选取输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出取输入电压和输出电压为自变量，输入电流和输出电流为参变量，利用导纳参数（电流为参变量，利用导纳参数（y y参数），并且不参数），并且不涉及晶体管内部物理过程。涉及晶体管内部物理过程。 物理

2、模拟等效电路物理模拟等效电路通常称为通常称为混合混合等效电路等效电路，是，是把晶体管内部物理过程用集中元件把晶体管内部物理过程用集中元件RLCRLC表示，用物表示，用物理模拟方法表示等效电路。这在模拟电子技术中曾理模拟方法表示等效电路。这在模拟电子技术中曾提及。提及。晶晶体体管管结结构构示示意意图图继续继续本页完本页完rbbrbeCbecebb 集电结集电结电容电容，数值很小。数值很小。(C )Cbc 发射结发射结电容电容，数值很小。数值很小。(C )NNPrbcbc+- - - -+rbbrberceUbeUbeUceIb IbeIcIbb晶体管晶体管h参数参数模型模型 晶体管晶体管h参数模

3、型只适用参数模型只适用于电路工作在中频和低频于电路工作在中频和低频信号的状态下。信号的状态下。 rbb 和和rbe 的串联的串联值就是值就是 h 参数等参数等效电路中的晶体效电路中的晶体管输入电阻管输入电阻rbe。1、晶体管混合、晶体管混合 等效模型等效模型ecb一、晶体管混合一、晶体管混合 等效电路等效电路3.2晶体管高频小信晶体管高频小信号等效电路与参数号等效电路与参数 当电路工作在高频信号时，当电路工作在高频信号时，晶体管的等效模型必须考虑晶体管的等效模型必须考虑极间电容效应，晶体管高频极间电容效应，晶体管高频状态下的等效模型称为混合状态下的等效模型称为混合 参数模型，以下借助参数模型，

4、以下借助h参数模参数模型得出型得出 参数模型。参数模型。 rc为集电区体为集电区体电阻，数值很小电阻，数值很小可忽略。可忽略。 rbc为集电为集电结电阻。结电阻。 rbb为基区为基区体电阻。体电阻。 rbe为发射为发射结电阻。结电阻。 re为发射区为发射区体电阻，数值体电阻，数值很小可忽略。很小可忽略。晶晶体体管管结结构构示示意意图图rbbrbebrbc一、晶体管混合一、晶体管混合 等效电路等效电路1、晶体管混合、晶体管混合 等效模型等效模型2、晶体管简化的混合、晶体管简化的混合 等效模型等效模型2、晶体管简化的混合、晶体管简化的混合 等效模型等效模型2、晶体管简化的混合、晶体管简化的混合 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 晶体管总的输入电容为晶体管总的输入电容为 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、晶体管简化的混合、晶体管简化的混合 等效模型等效模型 1）基区电阻）基区电阻rbb 3、混合、混合 模型的主要参数模型的主要参数基区电阻基区电阻rbb与与 h 参数电路一样，可查手册。参数电路一样，可查手册。 2）发射结电阻）发射结电阻rbe 0 rbe=(1+ 0) 26mVIEQmA 26mVIEQmA 3）跨导）跨导gm 显然有显然有Ic=gmUbe= 0Ib gm= = 0 rbe 26mV IEQmAebc1、晶体管、晶体管y参数参数等效电路等效电路 yrV2是电流量，可以看成是电流量，可以看成是受控电流源，其中是受控电流源

7、，其中yr为等为等效导纳，输出信号效导纳，输出信号V2通过通过yr影响输入端的电流，影响输入端的电流，yr本质本质上是一个表示反馈程度的上是一个表示反馈程度的参量。参量。yi输出短路时的输入导纳输出短路时的输入导纳yr输入短路时的反向传输导纳输入短路时的反向传输导纳1、晶体管、晶体管y参数参数等效电路等效电路ebcyf输出短路时的正向传输导纳输出短路时的正向传输导纳yo输入短路时的输出导纳输入短路时的输出导纳 yfV1也是电流量，是受控也是电流量，是受控电流源，其中电流源，其中yf为等效导纳，为等效导纳，输入信号输入信号V1通过通过yf控制输出控制输出端的电流，端的电流，yf本质上是放大本质上

8、是放大能力的参数，可以与能力的参数，可以与 互换。互换。2、共射放大器的、共射放大器的y参数参数等效电路等效电路ebc由由y参数等效电路可得参数等效电路可得 I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)ebc由由y参数等效电路可得参数等效电路可得3、共射电路的输入导纳、共射电路的输入导纳YiYi= =yie- -I1V1yreyfe yoe+YL 通过这三个式通过这三个式子找出子找出I1/V1。 I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)4、共射电路的输出导纳、共射电路的输出导纳Yo断

9、开电流源断开电流源 撤掉撤掉YL，加入，加入一电压源一电压源V2。 Yo= =yoe- -I2V2yreyfe yie+YS 由由y参数等效电路可得参数等效电路可得5、共射电路的电压增益、共射电路的电压增益Au Au的定义：的定义：Au = V2V1Au的表达式的表达式Au= - - yfe yoe+YL I1=yieV1+yreV2 I2=yfeV1+yoeV2 I2=- -YLV2(1)(2)(3)1、晶体管、晶体管y参数参数等效电路的电流方程等效电路的电流方程ebcy参数参数电流方程电流方程 两种参数等效电路的输入、两种参数等效电路的输入、输出电流，输入、输出电压是输出电流，输入、输出电

10、压是相等的，应用等效性得出两种相等的，应用等效性得出两种电路等效参数间的关系。电路等效参数间的关系。 两种参数等效电路的输入、两种参数等效电路的输入、输出电流，输入、输出电压是输出电流，输入、输出电压是相等的，应用等效性得出两种相等的，应用等效性得出两种电路等效参数间的关系。电路等效参数间的关系。 Ib=yieVb+yreVc Ic=yfeVb+yoeVc2、晶体管混合、晶体管混合等效电路的电流方程等效电路的电流方程Ib= Vb- -VberbbIbe= ybeVbeIbc= ybc(Vbe- -Vc)节点节点b的电流方程为：的电流方程为： Ib= Ibe+ IbcVb所以所以 0= - -+

11、(+ybe+ybc)Vbe- -ybcVcrbbrbb1 (式式3.2.14)继续继续本页完本页完晶体管混合晶体管混合等效电路等效电路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)研究输出端节点研究输出端节点c的电流方程的电流方程整理此

12、式得整理此式得(3.2.15)式式1、晶体管、晶体管y参数参数等效电路的电流方程等效电路的电流方程y参数参数电流方程电流方程 Ib=yieVb+yreVc Ic=yfeVb+yoeVc2、晶体管混合、晶体管混合等效电路的电流方程等效电路的电流方程 eIebbbm1yrg bV)yrgyyyg(ebbbmbbcbcbce1 cV bIebbbeb1yry bVebbbcb1yry cV1、晶体管、晶体管y参数参数等效电路的电流方程等效电路的电流方程2、晶体管混合、晶体管混合等效电路的电流方程等效电路的电流方程1、共发射极截止频率、共发射极截止频率f 共发射极截止频率共发射极截止频率f ：设：设三

13、极管在低频时的共射电流三极管在低频时的共射电流放大倍数为放大倍数为 0（此时为最大（此时为最大值），当工作频率升高至使值），当工作频率升高至使三极管的三极管的 下降至下降至0.707 0 时时所对应的工作频率，称为共所对应的工作频率，称为共发射极截止频率发射极截止频率f 。 由曲线知，由曲线知， 在较低频率段是在较低频率段是不变，数值为不变，数值为 0，但当频率高于，但当频率高于某一数值后，某一数值后， 开始下降。开始下降。 这个频率这个频率f 就称为共射极截止就称为共射极截止频率。在工程上一般认为此时三频率。在工程上一般认为此时三极管已经没有放大能力，所以三极管已经没有放大能力，所以三极管是

14、不能在此频率的范围外工极管是不能在此频率的范围外工作的。作的。2、特征频率、特征频率fT 当共射极电流放大倍数当共射极电流放大倍数 下降到等于下降到等于1 时所对应的时所对应的频率，称为频率，称为特征频率特征频率fT 。201Tff3、共基极截止频率、共基极截止频率f 共基截止频率共基截止频率f：设三极：设三极管在低频时的共基电流放大管在低频时的共基电流放大倍数为倍数为 0（此时为最大值），（此时为最大值），当工作频率升高至使三极管当工作频率升高至使三极管的的 下降至下降至0.707 0 时所对应时所对应的工作频率，称为共基极截的工作频率，称为共基极截止频率止频率f 。ffO| |0.707

15、| 0| 0| 共基极截止频率共基极截止频率f远大于共发远大于共发射极截止频率射极截止频率f ，其关系式如下：，其关系式如下：f =(1+ ) f 在正常情形下在正常情形下 1，所以有：，所以有：f f 所以在高频段和宽频带的放所以在高频段和宽频带的放大器中，多使用共基电路。大器中，多使用共基电路。 例如，例如，在电视机的第一级与天线在电视机的第一级与天线相连的高频接收器相连的高频接收器(俗称高频头俗称高频头)中，基本上都使用共基极电路。中，基本上都使用共基极电路。因为电视信号的频率都比较高。因为电视信号的频率都比较高。 当晶体管的功率增益当晶体管的功率增益AP=1时时工作频率称为最高振荡频率工作频率称为最高振荡频率fmax。fmaxfOAPAP0 最高振荡频率最高振荡频率fmax表示一表示一个晶体管所能适用的最高个晶体管所能适用的最高极限频率。在此频率工作极限频率。在此频率工作时，晶体管已得不到功率时，晶体管已得不到功率放大。当放大。当f fmax时，无论时，无论用什么方法都不能使晶体用什么方法都不能使晶体管产生振荡。管产生振荡。 4、最高振荡频率、最高振荡频率fmax1