2_晶体管高频小信号等效电路与参数

封面西藏·圣湖玛旁雍错湖畔牧场返回引言本页完引言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：形式等效电路和物理模拟等效电路（混合π参数等效电路）。返回形式等效电路通常亦称为y参数等效电路，是选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，阻抗利用导纳参数（y参数），并且不涉及晶体管内部物理过程。物理模拟等效电路通常称为混合π等效电路，是把晶体管内部物理过程用集中元件RLC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提及。本节学习要点和要求掌握y参数等效电路各量意义和等效画法复习混合π等效电路掌握以上两种电路参数的互换了解晶体管的部分高频参数返回主页晶体管高频小信号等效电路与参数使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键进入下一页。结束晶体管混合π等效电路等效y参数电路π参数与y参数的转换晶体管的高频参数圣湖旁·色拉寺·佛塔返回一、晶体管混合等效电路(1)晶体管混合等效模型晶体管结构示意图继续本页完一、晶体管混合等效电路rbb'rb’eCb’ecebb'rc为集电区体电阻，数值很小可忽略。集电结电容，数值很小。(C)Cb’crb’c为集电结电阻。rbb’为基区体电阻。rb’e为发射结电阻。re为发射区体电阻，数值很小可忽略。发射结电容，数值很小。(C)NNPrb’cb'c+---++rbb'rb’erceUbe·Ub’e·Uce·Ib·Ib’·eIc·Ib’·b晶体管h参数模型当电路工作在高频信号时，晶体管的等效模型必须考虑极间电容效应，晶体管高频状态下的等效模型称为混合参数模型，以下借助h参数模型得出参数模型。晶体管h参数模型只适用于电路工作在中频和低频信号的状态下。rbb’和rb’e的串联值就是h参数等效电路中的晶体管输入电阻rbe。晶体管高频小信号等效电路与参数(1)晶体管混合等效模型ecb晶体管的h参数等效电路(1)晶体管混合等效模型晶体管高频小信号等效电路与参数因为有rb’c的分流作用，此时受控电流源不受Ib控制而受Ib’控制，分析起来不大方便，所以也改写为受Ub’e控制，成为压控电流源，控制能力也由改为跨导gm。继续本页完晶体管结构示意图借鉴h参数绘出等效电路考虑到集电结电阻rb’c横跨cb’间，亦把此电阻画在图上。rb’cb'c+---++rbb'rb’erceUbe·Ub’e·Uce·Ib·Ib’·eIc·Ib’·brbb'rb’eCb’ecebb'(C)Cb’c(C)NNPrb’c一、晶体管混合等效电路考虑跨导的h参数等效电路晶体管高频小信号等效电路与参数因为有rb’c的分流作用，此时受控电流源不受Ib控制而受Ib’控制，分析起来不大方便，所以也改写为受Ub’e控制，成为压控电流源，控制能力也由改为跨导gm。(1)晶体管混合等效模型继续本页完晶体管结构示意图借鉴h参数绘出等效电路考虑到集电结电阻rb’c横跨cb’间，亦把此电阻画在图上。rbb'rb’eCb’ecebb'(C)Cb’c(C)NNPrb’crb’c’b'c+---++rbb'rb’erceUbe·Ub’e·Uce·Ib··eIc·Ib’·bgmUb’e·一、晶体管混合等效电路(1)晶体管混合等效模型考虑极间电容后的混合模型C横跨在集电结电阻rb’c两端。继续本页完这个电路就是晶体管混合模型。晶体管结构示意图借鉴h参数绘出等效电路CC横跨在发射结电阻rb’e两端。rbb'rb’eCb’ecebb'(C)Cb’c(C)NNPrb’crb’cb'c+---++rbb'rb’erceUbe·Ub’e·Uce·Ib··eIc·Ib’·bgmUb’e·C一、晶体管混合等效电路晶体管高频小信号等效电路与参数(2)晶体管简化的混合等效模型继续本页完由h参数等效电路知，rce非常大，对Ic的分流作用很小，可忽略。(2)晶体管简化的混合等效模型晶体管完整的混合模型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。IC·简化后晶体管的混合模型Crb’cb'c+---++rbb'rb’erceUbe·Ub’e·Uce·Ib··eIc·Ib’·bgmUb’e·b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CCIccee一、晶体管混合等效电路晶体管高频小信号等效电路与参数(1)晶体管混合等效模型C(2)晶体管简化的混合等效模型(1)晶体管混合等效模型一、晶体管混合等效电路用密勒转换把C拆分为C’和C’’继续本页完采用密勒转换把C拆分为两个电容C’和C’’，分别与输入和输出回路并接。(推导过程可参考童诗白编《模拟电子技术基础》P214。)简化后晶体管的混合模型C’C’’这两个等效电容可以通过密勒定理算出。b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CCIccIC·本等效电路由于C横跨在输入和输出之间，令输入与输出相互牵连，使得对电路的分析变得十分复杂，应想法把晶体管的输入和输出回路相互独立，以便分析。b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIcceeee晶体管高频小信号等效电路与参数(2)晶体管简化的混合等效模型(1)晶体管混合等效模型晶体管高频小信号等效电路与参数一、晶体管混合等效电路C’和C’’与C的关系继续简化后晶体管的混合模型C’C’’晶体管单向化后的混合模型本页完由密勒定理得C’=(1+|K|)C·其中K=Uce/Ub’e一般有|K|1，所以C’|K|C······晶体管总的输入电容为C’C+C’=C+|K|CCπ’··另C’’=[(K-1)/(-K)]CC’’很小，容抗很大可忽略。b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIcc本等效电路由于C横跨在输入和输出之间，令输入与输出相互牵连，使得对电路的分析变得十分复杂，应想法把晶体管的输入和输出回路相互独立，以便分析。b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CCIccIC·eeee(2)晶体管简化的混合等效模型(1)晶体管混合等效模型晶体管高频小信号等效电路与参数一、晶体管混合等效电路对C’作用的分析继续C’C’’晶体管单向化后的混合模型本页完晶体管单向化简化后的混合模型通过对晶体管的混合模型简化后发现，其等效电路与h参数等效电路相比较只是多了一个电容C’，C’对输入信号的低频成分呈很大的容抗，可忽略；但C’对输入信号的高频成分呈很小的容抗，起到分流作用，使得晶体管的放大能力有所下降。这就是我们在高频时要考虑的因素。·晶体管总的输入电容为C’C+C’=C+|K|Cb'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIccb'+---++rbb'Ube·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·C’Iccrb’eeeee由密勒定理得C’=(1+|K|)C·其中K=Uce/Ub’e一般有|K|1，所以C’|K|C······晶体管总的输入电容为C’C+C’=C+|K|C输入信号的高频成份被电容Cπ’分流，令晶体管对高频的放大能力下降。··另C’’=[(K-1)/(-K)]CC’’很小，容抗很大可忽略。Cπ’(3)混合模型的主要参数1、rbb’2、rb’e’继续晶体管单向化后的混合模型本页完1、基区电阻rbb’(3)混合模型的主要参数基区电阻rbb’与h参数电路一样，可查手册。2、发射结电阻rb’e这也和h参数电路一样。0———rb’e=(1+0)———26mVIEQmA26mVIEQmA其中0是中频时晶体管的值。b'+---++rbb'Ube·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·C’Iccrb’eb'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIccC’Cπ’晶体管单向化简化后的混合模型eeee晶体管高频小信号等效电路与参数(3)混合模型的主要参数晶体管高频小信号等效电路与参数3、gm继续晶体管单向化后的混合模型本页完3、跨导gmIb’·0Ib’·显然有Ic=gmUb’e=0Ib’···而Ub’e=Ib’rb’e··rb’e0———26mVIEQmA和联立以上三式解得gm=——=——0rb’e26mVIEQ晶体管单向化简化后的混合模型b'+---++rbb'Ube·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·C’Iccrb’eb'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIccC’Cπ’eeee跨导gm是晶体管工作在高频时放大能力的参数，以下推导gm的表达式。其中0是中频时晶体管的值。控制电流源的是流经rb’e的电流Ib’。总结继续晶体管单向化后的混合模型本页完3、跨导gmgm=——=———0rb’e’26mVIEQ1、基区电阻rbb’——查表2、发射结电阻rb’e’(或rb’e)0———rb’e’=(1+0)———26mVIEQmA26mVIEQmA晶体管单向化简化后的混合模型b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIccC’Cπ’Ib’·b'+---++rbb'Ube·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·C’Iccrb’eeeee晶体管高频小信号等效电路与参数(3)混合模型的主要参数0Ib’·(3)混合模型的主要参数晶体管高频小信号等效电路与参数晶体管混合等效电路结束页继续晶体管单向化后的混合模型本页完晶体管单向化简化后的混合模型b'+---++rbb'rb’eUbe·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·CIccC’Cπ’Ib’·b'+---++rbb'Ube·Ub’e·Uce·Ib··bgmUb’e·C’Iccrb’e3、跨导gm1、基区电阻rbb’——查表2、发射结电阻rb’e’(或rb’e)ee本内容学习完毕，单击返回，返回主页；单击继续，继续学习Y参数等效电路。继续返回ee0———rb’e’=(1+0)———26mVIEQmA26mVIEQmAgm=——=———0rb’e’26mVIEQ0Ib’·晶体管y参数等效电路ebc-+-+V1·V2·I1·I2·二、y参数等效电路(1)晶体管y参数等效电路晶体管高频小信号等效电路与参数继续本页完二、y参数等效电路(1)晶体管y参数等效电路yi晶体管的输入导纳（输入电阻的倒数）。晶体管共发射极电路++Tcbe--V1·V2·I1·I2·V1·yfV2·yryiyoyo晶体管的输出导纳（输出电阻的倒数）。yfV1晶体管的正向传输受控电流源，反映输入信号对输出信号的放大作用。·yrV2晶体管的反向传输受控电流源，受输出电压的影响。·yi的意义yr的意义晶体管高频小信号等效电路与参数继续本页完二、y参数等效电路晶体管共发射极电路++Tcbe--V1·V2·I1·I2·yi—输出短路时的输入导纳yr—输入短路时的反向传输导纳(1)晶体管y参数等效电路yrV2是电流量，可以看成是受控电流源，其中yr为等效导纳，输出信号V2通过yr影响输入端的电流，yr本质上是一个表示反馈程度的参量。··晶体管y参数等效电路ebc-+-+V1·V2·I1·I2·V1·yfV2·yryiyoyf的意义yo的意义晶体管高频小信号等效电路与参数继续本页完二、y参数等效电路晶体管共发射极电路++Tcbe--V1·V2·I1·I2·yi—输出短路时的输入导纳yr—输入短路时的反向传输导纳(1)晶体管y参数等效电路yf—输出短路时的正向传输导纳yo—输入短路时的输出导纳yfV1也是电流量，是