高频课件 第2章

2.1.1
晶体管的混合π 等效电路
下图 画出了晶体管共射极混合π等效电路。根据器 件材料和工艺不同，图中等效元件的参数也不一样。对于 高频管而言：
rbb' 15 50 ，Cb 'e 10 500 pF， Cb 'c 几pF， rb 'c 10 K 10 M， rb 'e 26 0 re 0 I EQ (mA)
Ic g mU b 'e
Ic g m rb'e 0 I b 1 jrb 'e (Cb 'e Cb 'c ) 1 jrb 'e (Cb'e Cb'c )
2.1.3
式中 0 g m rb 'e是低频时的电流放大系数。 截止频率fβ的定义：当
YL 1 1 2 g jC YL 2 p2 Yie 2 p p1 jL 1
放大倍数 也是随频率提高而降低的,当α下降到 的近似表示式为:

0 时，所 2
对应的频率称为 截止频率。由于共基极短路电流放大系数
0
1 j f f
2.1.12
根据 和 的关系式:
1 1
2.1.13
g m Y fe
考虑到Yb′e>>Yb′c，gm>>Yb′c，gce>>Yb′c，则对应的Y参数为:
Yb ' e Yb ' c Yb ' e gb ' e jCb ' e Yie 1 rbb ' Yb ' e Yb ' c 1 rbb 'Yb ' e 1 rbb ' gb ' e jCb ' e 2.1.21
……2.1.1
混合π等效电路
其中， mU b 'e表示晶体管放大作用的等效电流源。其中 g Gm为晶体管微变跨导，它也是发射极 I EQ 的函数。 I EQ (mA) I EQ 0 ……2.1.2 gm 0 re 26 26 rce反映了集电极电压 U ce对电流 I c 的影响。在放大状态 工作时这个影响很微弱,rce值很大，一般在几十千欧以上。 三个附加电容Cbe ，Cbc，Cce属引线和封装结构所形成 的电容，数量很小，其影响一般可以忽略。
时,则β可用下式近似计算。
fT f fT f f f
0 f
f
2.1.11
上式说明，在f > fβ的区域，工作频率每增加一倍，β减 少一半（下降6dB），故此区域称为每倍频程下降6dB工作 区。
3. 截止频率fα及其与fβ和fT的关系
当晶体管用作共基极联接时，其输出端交流短路的电流
第2章
2.1
2.1.1
2.1.2 2.1.3
高频小信号放大器
晶体管的频率参数和高频等效电路
晶体管的混合π型等效电路
晶体管的频率参数 晶体管的Y参数
2.2
单级调谐放大器
电压放大倍数
2.2.1
2.2.2
功率放大倍数Ap
2.2.3 2.2.4 2.2.5
晶体管最高振荡频率fmax 放大器的通频带 放大器的选择性
2.1.9
由于 0
若工作频率 f 3～ 5 f
0
f 1 f
2
rb'e 1 1 fT re 2 rb'e Cb'e Cb'c 2 re Cb'e Cb'c

rb 'e ，代入上式得： re
2.1.10
频率较高时，Cb′e的容抗较小，可它并联的电阻rb′c较
大，相比之下rb′c可以忽略。简化后的等效电路如图所示。
混合π等效电路的简化
2.1.2
晶体管的频率参数
1.短路电流放大系数 和 截止频率fβ Ic U c 0 如图所示： Ib 即 U c 0时，Cb′e，Ｃb′c和rb′e三者并联。因此
U b 'e I b rb 'e rb 'e 1 j (Cb 'e Cb 'c ) rb 'e Ib 1 1 jrb 'e (Cb 'e Cb 'c ) j (Cb 'e Cb 'c ) g m rb 'e 1 jrb 'e (Cb 'e Cb 'c )
b
c 根据式2.1.17可以很容易得到如图所示的Y参数 等效电路。其中 Y U 和Y U 是受控电流源,正向传输导纳Y
Ib Yre | 输入交流短路时的反向传输导纳 U b 0 Uc Ic Yoe | 输入交流短路时的输出导纳 U b 0 U
fe b re c
2.3
多级单调谐放大器的级联
多级放大器的电压放大倍数和通频带 多级放大器的矩形系数
2.3.1 2.3.2
2.1 晶体管的频率参数和高频等效电路
高频小信号放大器可放大中心频率为几百千赫兹到几
百兆赫兹,频带为几千赫兹到几千兆赫兹,几百毫伏以下的输
入信号,它具有选频和放大功能。高频小信号放大器包括高 频小信号调谐放大器和选频滤波式高频小信号放大器。
性方程为：
U b，U c 为自变量，I b和I c为因变量，则描述它们之间的关系的线
I b YieU b YreU c I c Y feU b YoeU c
2.1.17
b Ib + Ub
e
图（a）
Ic
+
c +
Ib
Ub
YreU c
后级作为本级的负载，用输入导纳Yie表示。图2.2-2是一
个单级谐振放大器的高频特性电路，图中忽略了Yre的影响.
其中g g p
1 。下面分析该放大器的主要技术指标。 R4
图2.2-1 多级单调谐放大器的部分电路
图2.2-2 单调谐放大器的等效电路
2.2.1
Uo 根据电压放大倍数定义： Au 2.2.1 Ui 为求 U o，先求U c，设由发射极e和集电极c两端向右看的
2.1.22
g m Yb ' c gm gm 1 rbb ' Yb ' e Yb ' c 1 rbb 'Yb ' e 1 rbb ' gb ' e jCb ' e 2.1.23
2.1.24
由上述各式可知，Y参数是工作频率的函数，当工作频 率不同时，即使是同一晶体管，其Y参数也是不一样的。当 工作频率比较低，电容效应的影响可以不考虑时，晶体管 的Y参数才可以认为近似不变。由式2.1.21～2.1.24,若忽略Y 参数的虚部,则可得到低频工作的Y参数值。
2.2 单级调谐放大器
单级单谐振放大器是由晶体管和并联谐振回路组成的。
图2.2-1是一个典型的单回路谐振放大器组成的三级级联放大 电路。各级的形式相同，因此只分析其中一级的特性，其后 利用级联的方法研究其多级总特性。 自本级基极开始到下一级基极输入端的电路作为一级放
大电路，前一级设为信号源,用电流源 I s 和输出导纳Ys表示,
Yie g ie Yre Y fe
g b 'e 1 rbb' g b 'e
2.1.25
g b 'c 1 rbb' g b 'e gm 1 rbb' g b 'e g m rbb' g b 'e 1 rbb' g b 'e
2.1.26 2.1.27
2.1.28
Yoe g ce
0
1 rb 'e 2f Cb 'e Cb 'c
解上述方程得：
0
2
的频率，即
2

0
2
2.1.4
1 f 2rb 'e Cb 'e Cb 'c
f f
将式2.1.4代入式2.1.3得 0
1 j | |
2.1.5
0
于是
fe
越大,晶体管的放大能力越强；反向传输导纳Yre越大,晶体管
的内部反馈越强。减小Yre有利于放大器的稳定工作。
利用混合π型电路参数可以推导出相应的Y参数。为了
便于推导将图2.1-1等效为下图。
U be
U ce
其中，
Yb 'e g b 'e jCb 'e Yb 'c g b 'c jCb 'c
Yie
Ic
Yoe
Uc
e
-
Y feU b
+ U
c
-
图（b）
式中Yie，Yre，Yfe，Yoe是Y参数，具有导纳量纲，故又
称为四端网络的导纳参数。其中
Ib Yie | 输出交流短路时的输入导纳 U c 0 Ub Ic Y fe | 输出交流短路时的正向传输导纳 U c 0 U
可以求出 截止频率fα与β截止频率fβ的关系: 1 f f 1 0 f 1 0
用近似公式 f T
2.1.14
f T 0 f
0 fHale Waihona Puke Baidu 代入得
2.1.15
故fβ，fT，fα三个频率的关系是: fβ<fT<fα fα,fβ,fT是晶体管三个重要频率参数。 2.1.16
以b，bˊ，c三个节点列出节点电流方程：
U be U b 'e Ib rbb' U be U b 'e U ce U b 'c U b 'eYb 'e rbb' Ic U ce U b 'e Yb 'c g mU b 'e U ce g ce
2.1.3
晶体管的Y参数等效电路
混合π型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发，用 集中参数元件r，C和受控源表示晶体管内的复杂关系。这 种等效电路称为物理模拟等效电路。它的优点是,各元件参 数物理意义明确，在较宽的频带内这些元件值基本上与频 率无关。缺点是，随着器件不同有不少的差别，分析和测 量不便。因此，混合π型等效电路比较适合宽频带放大器。 Y参数等效电路是从测量和使用的角度出发，把晶体管 看作一个有源线性四端网络，用一组网络参数来构成其等 效电路，这种等效电路称为形式等效电路。
gb 'c jCb 'c Yb ' c Yre 1 rbb ' Yb ' e Yb ' c 1 rbb ' gb ' e jCb ' e
Y fe Yb ' c rbb ' g m Yb ' c Yb ' c rbb ' g m Yoe g ce Yb ' c g ce Yb ' c 1 rbb ' Yb ' e Yb ' c 1 rbb 'Yb ' e g m rbb ' gb ' c jCb ' c g ce jCb ' c 1 rbb ' gb ' e jCb ' e
f 1 f

2
2.1.6
2.特征频率fT
晶体管的放大性能有时还用特征频率fT表示。特征频率
是β=1时的频率。根据定义: 0
fT 1 f
2
1
2.1.7 2.1.8
解之得:
fT
02 1 f
当β0远远大于1时
fT 0 f
它的优点导出的表达式具有普遍意义，分析和测量方 便；缺点是网络参数与频率有关。但由于高频小信号谐振 放大器的频带较窄，一般只需在工作频率f0上进行参数计 算。故分析高频小信号谐振放大器时采用Y参数等效电路 是合适的。 图 (a)将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络。图
中 U b，U c 表示晶体管输入和输出电压，b和I c为其对应电流。以 I
消去上式中 U b 'e, 经整理可得
2.1.18
2.1.19
Ib Ic
Yb 'e Yie Yre U be U ce 1 rbb' Yb 'e Yb 'c 1 rbb' Yb 'e Yb 'c
2.1.20 g Y Yb 'c rbb' g m Yb 'e U U be ce b 'c ce 1 rbb' Yb 'e Yb 'c 1 rbb' Yb 'e Yb 'c