晶体管高频等效电路共131页文档
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高二物理竞赛课件晶体管简化的高频等效电路
rb'c很大，通常视为开路。 当负载电阻较小时，rce也可视为开路。
低频
b rbb' + b'
c
e
u-b'e
rb'e
rce
gmub'e e
rb'c
rbb' b'
c
b+
rbuc b-'e
rCb'e ce
; rb'e
Cb'c
gmub'e
e
rce
混合π模型：简化之
Cμ连接了输入回路和 输出回路，使分析复
继续
晶体管简化的高频等效电 路
晶体管简化的高频等效电路
如何得到模型中的参数？
①rbb'、Cμ可从手册查得
rb'e
(1
0 )
UT I EQ
③Cμ' (1 gmRL ')Cμ
②0 Ib gmUb'e gm Ibrb'e
gm
0
rb'e
I EQ UT
④Cπ' Cπ Cμ'
见后
继续
低频混模型
低频时， Cb'e和Cb'c容抗很大，可视为开路；
共射截 止频率 0
1 j f f
掌握：
共基截 止频率
特征 频率
集电结电容
f、f、fT、Cob (C )。 使 1时的频率为fT
f
1 2 π rb'e( Cπ
Cμ
)
fT f 0 f
手册
求Cπ
查得
① 低通电路和高通电路放大倍数的表达式；
② 截止频率与时间常数的关系；
低频
b rbb' + b'
c
e
u-b'e
rb'e
rce
gmub'e e
rb'c
rbb' b'
c
b+
rbuc b-'e
rCb'e ce
; rb'e
Cb'c
gmub'e
e
rce
混合π模型：简化之
Cμ连接了输入回路和 输出回路，使分析复
继续
晶体管简化的高频等效电 路
晶体管简化的高频等效电路
如何得到模型中的参数？
①rbb'、Cμ可从手册查得
rb'e
(1
0 )
UT I EQ
③Cμ' (1 gmRL ')Cμ
②0 Ib gmUb'e gm Ibrb'e
gm
0
rb'e
I EQ UT
④Cπ' Cπ Cμ'
见后
继续
低频混模型
低频时， Cb'e和Cb'c容抗很大，可视为开路；
共射截 止频率 0
1 j f f
掌握：
共基截 止频率
特征 频率
集电结电容
f、f、fT、Cob (C )。 使 1时的频率为fT
f
1 2 π rb'e( Cπ
Cμ
)
fT f 0 f
手册
求Cπ
查得
① 低通电路和高通电路放大倍数的表达式；
② 截止频率与时间常数的关系；
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。
【2024版】晶体管高频等效模型
Au
Uo
1
1
jRc
Ui
fH
H 2
1
2
1
2RC
Au
1 1 j
f
fH：上限截止频率
fH
Au
1
1 j
f
fH
模
Au
1 1 ( f )2
fH
相角
arctan f
fH
Au
1 0.707
φ
0
45
fH
f
fH
f 90
5.1.3波特图
在画频率特性曲线时采用对数坐标，即为波特图
f
高通电路
f
20lg Au 20lg
简化模型
三、混合π模型的主要参数
b+
Ube
Ib
b
rbb +
U be
rbe c
e-
-
c Ic
gm Ube
① rbb' : 手册给出
② rbe ?
rbb' rb'e rbe
rbe
rbb'
(1
0)
UT I EQ
rb'e
(1
0
)
UT I EQ
UT I BQ
③ C ? C C Cu'
Cu ' (1 k)Cu
Z0 1
则原电路可以用另一个图代替，而保持节点
1，2的电流关系不变。
I1 Z I2
I1
I2
1
2
3
4N 5
Z
1
2
3
Z
4N 5
Z
U1 I1
U1U1U 2 Z
U1 Z
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
+
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
+
第14讲频率响应概述与晶体管的高频等效电路
（2）低通电路：频率响应
f<<fH时放大 倍数约为1
fH
Au
U o U i
1
1
jRC
令f H
1 2πRC
，则Au
1
1 jf
fH
Au
1 1 ( f fH)2
arctan( f fH )
低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？
（3）几个结论
1、电路低频段的放大倍数需乘因子
jf fL 1 jf fL
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
折线化近似画法
20 lg 2 3dB －20dB/十倍频
lg f
5.71
注意折线化曲线的误差
采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 20lg ，
单位为“分贝” （dB），使得 “ ×” →“ ＋” 。
因在放大区iC几乎仅
决定于uCE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。 为什么引入参数gm？
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）
ICμ
U b'e U ce X C
1
电路高频段的放大倍数需乘因子 1 jf fL
2、当 f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45o； 当 f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45o。
3、截止频率由电容所在回路的时间常数决定。
f L(H)
1
晶体管高频小信号等效电路与参数
流源，控制能力也由改
为跨导gm。
c
晶
体
N
管
rb’c
结 构 示
b
rbb' b' P
rb’e
意
N
图 e
借鉴 h 参数 绘出等效电路
Cb’c (C) Cb’e (C)
b Ib·rbb' b'
rb’c
+
U·be
-
+
U·b’e
-
Ib·’ rb’e
I·b’
e
Ic· c
+
rceU·-ce
本继页续完
晶体管高频小信号等 考虑跨导的h参数等效电路 效电路与参数
b
rbb' b' P
rb’e
意
N
图 e
借鉴 h 参数 绘出等效电路
Cb’c (C) Cb’e (C)
b Ib·rbb' b'
+
+
U·be
-
U·b’e
-
Ib·’ rb’e
rb’c’ g·mU·b’
e
e
Ic· c
+
rceU·-ce
本继页续完
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
(1)晶体管混合等效模型
’C’
C
ge mU’·b’’CIc·’U’·+-cce
e
e
简化后晶体管的混合模型
本继页续完
入 相一((12和互本))、晶晶输牵等晶出连效体体体之电，晶管管路间使管混简体由得，混合化管于对令合的C输电高等入路横混等频效与的跨合效小模输分在电出输析型等信路效号模等型由C其一C效密中般’’=电(勒有K|1·K+=路·定||KUC·|·K理|·c与>e|/)>得UC·参1b，’e数所以
为跨导gm。
c
晶
体
N
管
rb’c
结 构 示
b
rbb' b' P
rb’e
意
N
图 e
借鉴 h 参数 绘出等效电路
Cb’c (C) Cb’e (C)
b Ib·rbb' b'
rb’c
+
U·be
-
+
U·b’e
-
Ib·’ rb’e
I·b’
e
Ic· c
+
rceU·-ce
本继页续完
晶体管高频小信号等 考虑跨导的h参数等效电路 效电路与参数
b
rbb' b' P
rb’e
意
N
图 e
借鉴 h 参数 绘出等效电路
Cb’c (C) Cb’e (C)
b Ib·rbb' b'
+
+
U·be
-
U·b’e
-
Ib·’ rb’e
rb’c’ g·mU·b’
e
e
Ic· c
+
rceU·-ce
本继页续完
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
(1)晶体管混合等效模型
’C’
C
ge mU’·b’’CIc·’U’·+-cce
e
e
简化后晶体管的混合模型
本继页续完
入 相一((12和互本))、晶晶输牵等晶出连效体体体之电，晶管管路间使管混简体由得，混合化管于对令合的C输电高等入路横混等频效与的跨合效小模输分在电出输析型等信路效号模等型由C其一C效密中般’’=电(勒有K|1·K+=路·定||KUC·|·K理|·c与>e|/)>得UC·参1b，’e数所以
晶体管高频等效电路参数等效电路
式中负号表示输出电压和输入电压之间的相位相差180o 。
同时，由于 y fe 是复数，其相角为 fe 故放大器在回路谐振时， 输出电 压o
之间 的相位差并不是180o ，而是 和输入电压V V i o
180 fe 。当工作频率较低时， fe 0
和 V 相位才相差 V o i
图2.2.4 共发射极接法的晶体管Ｙ参数等效电路
yV y V I b ie be re ce I y V y V fe be oe ce c
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、yre、y fe、yoe 分别称为输入导纳、反向传输导纳 式中，
2.2.2
（5）矩形系数
2f 0.1 K r 0.1 102 1 9.95 2f 0.7
（6）、结论 A、晶体管选定以后（y fe 值已经确定），接入系数 不变时，放大器的谐振电压增益 A o 只决定于回路的总 电容 C 和通频带 BW0.7 的乘积。电容
BW0.7 越宽，则增益 A o 越小。
正向传输导纳和输出导纳。
I b yie Vbe y I b re V ce
0 V ce
I y fe c V be I yoe c V ce
0 V ce
0 V be
0 V be
三、Ｙ参数与混合 参数的关系
路呈现的阻抗最大，而对其它频率的阻抗很小，
因而输入信号频率的电压得到放大，而其它频
率信号受到抑制。同时振荡回路采用抽头连接， 可以实现阻抗匹配，以提供晶体管集电极所需 要的负载电阻，从而在负载（下一级晶体管的 输入）上得到最大的电压输出。所以，振荡回
4.4 晶体管高频小信号等效电路
3
晶体管高频小信号等效模型 3. 单向化的混合 参数等效电路
式中 若令
，其中 ，则有
同理，
2020/6/2
。
4
晶体管高频小信号等效模型 4. 完整的单向化混合 参数等效电路
5. 晶体管电流放大系数的频率响应 （1）共发射极截止频率
式中， 。此时，K=gmRL=0，
2020/6/2
5
晶体管高小信号等效模型
模拟电子技术基础
4.4 晶体管高频小信号等效模型
2020/6/2
1
晶体管高频小信号等效模型 1. 晶体管混合 参数模型的建立
2020/6/2
2
晶体管高频小信号等效模型 2. 晶体管高频小信号模型的参数获得
（1）两种参数等效电路的电阻相等 ，
（2）两种参数等效电路的受控电流源相等
，
2020/6/2
晶体管高频小信号等效模型 6. 完整的单向化混合参数等效电路的参数表达式
2020/6/2
9
，
在频率较低时，
，并令
2020/6/2
，则
6
晶体管高频小信号等效模型 是 的共射截止频率。
（2）特征频率 当 时所对应的频率称为特征频率。
经推导得：
2020/6/2
7
晶体管高频小信号等效模型 （3）共基极截止频率
式中
，并令
，则
是指 下降到
时所对应的频率。
（4）三个参数
之间的关系
2020/6/2
8
晶体管高频等效电路
降到β0的 率fβ。
时, 对应的频率定义为共射晶体管截止频
2 特征频率fT
当 a 的幅值下降到1时, 对应的频率定义为特征频率fT。
-
21
3 共基晶体管截止频率fα
共基短路电流放大系数 是晶体管用作共基组态时的输出 交流短路参数, 即
a
IC
|U C 0
Ie
的幅值也是随频率的增高而下降, fα定义为
-
25
图 2.3.1 单管单调谐放大电路
-
26
负载（或下级放大器）与回路的耦合采用自耦变压器耦合 和电容耦合方式, 这样, 既可减弱负载（或下级放大器）导纳对 回路的影响, 又可使前、 后级的直流供电电路分开。另外, 采 用上述耦合方式也比较容易实现前、 后级之间的阻抗匹配。
２．
为了分析单管单调谐放大器的电压增益, 图2．3．2给出了
值有关, 而且是工作频率的函数。
增加时, 输入与输出电导都将加大。 当工作频率较低时I , 电容
效应的影响逐渐减弱。所以无论是测量还是查阅晶体管手册,
都应注意工作条件和工作频率。
显然, 在高频工作时由于晶体管结电容不可忽略, Ｙ参数 是一个复数。晶体管Ｙ参数中输入导纳和输出导纳通常可写 成用电导和电容表示的直角坐标形式, 而正向传输导纳和反向 传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:
对于双口网络, 在其每一个端口都只有一个电流变量和一
个电压变量, 因此共有四个端口变量。如设其中任意两个为自
变量, 其余两个为应变量, 则共有六种组合方式, 也就是有六组
可能的方程用以表明双口网络端口变量之间的相互关系。
Ｙ参数方程就是其中的一组, 它是选取各端口的电压为自变量,
电流为应变量, 其方程如下：
晶体管高频小信号等效电路与参数
10
三、混合π等效电路参数与y参数的转换
y参数等效电路
+
+
-
-
混合π等效电路
gmVb'e
11
由混合π等效电路，在节点b、b’和c上，用节点电流法列方程如下
Ib
1 rbb
Vbe
1 rbb
Vbe
0
1 rbb
Vbe
1 (
rbb
ybeybc )VbeybcVceIC g mVbe ybcVbe ( ybc g ce )Vce
8
基射极间电阻为
rbe 260 / I E
0 为共射极组态晶
体管的低频电流放
大系数；
Cbe
I E 为发射极电流。
Cbc
g mVb 'e
C b 'e 是发射结电容；
rb'c 是集电结电阻；
晶体管的混合π等效电路
Cb'c 是集电结电容； rce 是集射极电阻； rbb' 是基极电阻； gm 0 / rbe IC / 26 是晶体管的跨导。
上式说明：
Av
V2 V1
yoe
y fe YL
晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益越大。
负号说明，如果式中三个导纳都为实数，则输出电压和输入电压相位相差180度。
7
二、晶体管的混合π等效电路
形式等效电路的特点，是没有涉及晶体管内部的物理过程。这 种分析方法适用于任何四端器件。 但是这种方法所得到的参数与信号频率有关。 若把晶体管内部的复杂关系，用集中元件RLC表示，则每一元 件与晶体管内发生的物理过程具有明显的关系。用这种物理模 拟的方法所得到的物理等效电路就是晶体管的混合π等效电路。 优点：各个元件在很宽的频带范围内保持常数。 缺点：分析电路不够方便。
三、混合π等效电路参数与y参数的转换
y参数等效电路
+
+
-
-
混合π等效电路
gmVb'e
11
由混合π等效电路，在节点b、b’和c上，用节点电流法列方程如下
Ib
1 rbb
Vbe
1 rbb
Vbe
0
1 rbb
Vbe
1 (
rbb
ybeybc )VbeybcVceIC g mVbe ybcVbe ( ybc g ce )Vce
8
基射极间电阻为
rbe 260 / I E
0 为共射极组态晶
体管的低频电流放
大系数；
Cbe
I E 为发射极电流。
Cbc
g mVb 'e
C b 'e 是发射结电容；
rb'c 是集电结电阻；
晶体管的混合π等效电路
Cb'c 是集电结电容； rce 是集射极电阻； rbb' 是基极电阻； gm 0 / rbe IC / 26 是晶体管的跨导。
上式说明：
Av
V2 V1
yoe
y fe YL
晶体管的正向传输导纳越大，则放大器的增益越大。
负号说明，如果式中三个导纳都为实数，则输出电压和输入电压相位相差180度。
7
二、晶体管的混合π等效电路
形式等效电路的特点，是没有涉及晶体管内部的物理过程。这 种分析方法适用于任何四端器件。 但是这种方法所得到的参数与信号频率有关。 若把晶体管内部的复杂关系，用集中元件RLC表示，则每一元 件与晶体管内发生的物理过程具有明显的关系。用这种物理模 拟的方法所得到的物理等效电路就是晶体管的混合π等效电路。 优点：各个元件在很宽的频带范围内保持常数。 缺点：分析电路不够方便。