第三讲_晶体管高频等效电路

二端口网络S参数
⎛ ⎜ ⎝
b1 b2
⎞ ⎟ ⎠
=
⎛ ⎜ ⎝
S11 S21
S12 S22
⎞ ⎟ ⎠
⎛ ⎜ ⎝
a1 a2
⎞ ⎟ ⎠
入射波和反射波 b1 = S11 ⋅ a1
低频共射物理模型到Y网络模型 的参数转换
⎛⎜⎜⎝
I1 I2
⎞⎟⎟⎠
=
⎜⎛ ⎜ ⎜ ⎜⎝
1
rbb ' + rb'e
gm
rb 'e rb'e + rb'b
•
β=
β0
1+ j f fβ
fβ
=
1
2πrb'e (Cb'e
+ Cb'c )
f >> fβ
•
β
≈
fβ f
β0
fT ≈ β 0 fβ
•
fT ≈ f β
截止频率 特征频率
我们现在讨论的高频模型适用于f<fT/5
高频T型等效电路
交流等效电阻，并不存在实体
1
jωCb'c
<< rc
高频共基极电流放大系数α
正向偏置下的 PN结电容
(以扩散电容为主)
物理参数模型----π型等效电路
忽略rcc和ree
交流等效电阻，并不存在实体
低频模型电路参数
qVb 'e
Ie = I se KT
1 re
=
∂I e ∂Vb'e
=
q KT
qVb 'e
I se KT
=
q KT
Ie
gm
=
∂I c ∂Vb'e
= β0 1+ β0
•
Cb’e
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Cb’c
•
α
=
Ic
•
I• e Vcb =0
•
α
= 1+
α0 jωCb 'e re
=
1
α0
+j
ω
ωα
ωα
=
1 Cb 'e re
= 2πfα
计算Ic时忽略流过Cb’c的电流
共基极放大系数α截止频率
特征频率 β截止频率
•
α
= 1+
α0 jωCb 'e re
=
1
α0
+j
ω
ωα
ωα
= 2πfα
=
1 Cb 'e re
高频电流放大系数β
计算Ic时忽略流过Cb’c的电流
•
•
β
=
Ic
•
I• b V ce =0
•
Ic
=
•
gm Vb'e
= gm
•
Ib
⎜⎜⎝⎛
rb'e
//
1
jωCb'e
//
1
jωCb'c
⎟⎟⎠⎞
•
β=
β0
1+ j f fβ
fβ
=
1
2πrb'e (Cb'e
+ Cb'c )
共射极放大系数β截止频率和特征频率
⎟⎞⎟⎠
=
⎜⎛⎜⎝
Z11 Z 21
Z12 Z 22
⎟⎞⎟⎠⎜⎛⎜⎝
I1 I2
⎟⎞⎠⎟
阻抗参数
⎜⎜⎛⎝
I1 I2
⎟⎟⎞⎠
=
⎜⎜⎛⎝
Y11 Y21
Y12 Y22
⎟⎟⎞⎠⎜⎜⎛⎝VV12
⎟⎟⎞⎠
导纳参数
⎜⎜⎛⎝ VI 21
⎟⎟⎞⎠
=
⎜⎜⎛⎝
H11 H 21
H12 H 22
⎟⎟⎞⎠⎜⎜⎛⎝VI12
⎟⎟⎞⎠
混合参数
• 证明本讲例题3-2中低频Y参数公式。
∂I e ∂Vb'e
≈
∂I e ∂Vb'e
=
1 re
rb'e
=
∂vb'e ∂ib
=
∂vb'e ∂ie
=
(1
+
β
0
)
∂vb'e ∂ie
= (1+ β0 )re
=
(1
+
β
0
)
I
E
26 (mA)
≈ β0
26 IE (mA)
1+ β0
高频π型等效电路
1
ωCb'c
<< rb'c
RL << rce
并入负载回路
α截止频率
( ) f β
=
2π rb 'e
1 C b 'e + C b 'c
≈
1
2π rb 'e C b 'e
(
β 0 + 1) re =
α0
=
β0 1+ β
rb 'e
0
⎪⎫ ⎬ ⎪⎭
⇒
β0
=
α0
re
rb 'e
fT
≈
β0 fβ
≈
α0 2π re C b 'e
= α 0 fα
二端口网络参数模型
⎜⎛⎜⎝VV12
2.利用概念的求法：
β
⋅
f
≈ β0 ⋅
fβ ,
fβ
≈
20× 5M 100
= 1(MHz)
fα = (1+ β0 ) fβ = 101×1M = 101( MHz )
fT = β0 fβ = 100×1M = 100( MHz )
例 3-2
解：低频：
Cπ ≈ 0, Cμ ≈ 0, rμ >> rπ
求yie 、yfe等效电路
求yre 、yoe等效电路
例 3-2续
解：低频：
Cπ ≈ 0, Cμ ≈ 0, rμ >> rπ
高频：
作业
• 某晶体管的特征频率f T=250MHz,β0=50,求
其β截止频率和f=1、2、50MHz时的β 幅值。
• 找一个晶体管SPICE模型，仿真其β在高频 的变化曲线。给出曲线，指出其β截止频率、 特征频率。
⎜⎜⎛⎝VI11 ⎟⎟⎞⎠ = f ⎜⎜⎛⎝VI22 ⎟⎟⎞⎠
传输参数
h fe
⎜⎜⎛⎝VI12 ⎟⎟⎞⎠ = f ⎜⎜⎛⎝VI21 ⎟⎟⎞⎠
G参数
⎜⎜⎛⎝VI22 ⎟⎟⎞⎠ = f ⎜⎜⎛⎝VI11 ⎟⎟⎞⎠
反传输参数
Y参数网络的等效电路
⎧⎩⎨II21
= =
yiV1 + y f V1 +
yrV2 yoV2
0
1 rce
⎟⎟⎞⎟⎟⎠⎛⎜⎜⎝
V1 V2
⎞⎟⎟⎠
共发电路到共基电路的Y网络参数的转换
⎧I ⎨
e
⎩
=
yieVeb
− yre (Vcb −Veb ) + y Vfe eb − yoe (Vcb Ic = yoe (Vcb −Veb ) − y Vfe eb
−Veb )
例 3-1
晶体管β0=100，工作在f=5MHz时共射短路电流放大 系数的模为20，求fβ、fα、fT。
1.套用公式的求法：
β=
β0
⎛ 1+ ⎜⎜⎝
f fβ
⎞2 ⎟⎟⎠
,
fβ
=
f
=
⎛ ⎜ ⎝
β0 β
⎞2 ⎟ ⎠
−1
5
= 1.02(MHz)
⎛ ⎜⎝
100 20
⎞2 ⎟⎠
−1
fα = (1+ β0 ) fβ = (1+100)×1.02M ≈ 103(MHz) fT = β0 fβ = 100×1.02M = 102( MHz )
高频电子线路
第三讲 晶体管高频等效电路
教师 周锋
电容的定义
++
--
+ 电容
-
V
在外加电压的时候会从外电路吸取电荷
(吸取的正、负电荷量相等，总体仍保持电中性）
零偏置下的PN结
P
-+
N
-+
-+
反向偏置下的 PN结电容 (势垒电容)
- + P - - + + N - - ++ - - ++
+P
N-