晶体管高频等效电路
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无线电通信-3.1 晶体管高频小信号等效电路与参数
不稳定状态有增益变化，中心频率偏移，通频带变窄，谐振曲线变形，极端情况 是放大器自激（主要由晶体管内反馈引起），使放大器完全不能工作。
3.1 概 述
高频小信号放大器的主要质量指标
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数 等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。
hoe
iC vCE
IB
输入端交流开路时的输出电导;
3.2.1 形式等效电路
• 晶体管放大器是双端口(two port) • 晶体管放大器 ｙ参数等效电路
图 3.2.1 晶体管共发射极电路
图 3.2.2 ｙ参数等效电路
yi yr
I1 VI11 V2
V2 0称为输出短路时的输入导纳； V1 0 称为输入短路时的反向传输导纳；
3.1 概述
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频 谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。通过的频带和中心频率之比是很小的 （窄带），一般都采用选频网络组成谐振或非谐振放大器。
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。
fo–fs=fi
解得：放大器输出导纳Yo
Yo
I2 V2
yoe
yre yfe yie Ys
Yi
yie
yre yfe yoe YL
V y
高频放大
混频
fs
fs
中频放大
检波
低频放大
fi
F
F
fo 本地振荡
3.1 概述
高频小信号放大器的分类
高频小信号放大器
谐振放大器（窄带） （调谐与非调谐）
3.1 概 述
高频小信号放大器的主要质量指标
4) 工作稳定性：指放大器的工作状态(直流偏置)、晶体管参数、电路元件参数 等发生可能的变化时，放大器的主要特性的稳定。
hoe
iC vCE
IB
输入端交流开路时的输出电导;
3.2.1 形式等效电路
• 晶体管放大器是双端口(two port) • 晶体管放大器 ｙ参数等效电路
图 3.2.1 晶体管共发射极电路
图 3.2.2 ｙ参数等效电路
yi yr
I1 VI11 V2
V2 0称为输出短路时的输入导纳； V1 0 称为输入短路时的反向传输导纳；
3.1 概述
高频小信号放大器的特点：放大高频小信号(中心频率在几百kHz到几百MHz，频 谱宽度在几kHz到几十MHz的范围内)的放大器。通过的频带和中心频率之比是很小的 （窄带），一般都采用选频网络组成谐振或非谐振放大器。
普通调幅无线电广播所占带宽应为９kHz，电视信号的带宽为６MＨz左右。
fo–fs=fi
解得：放大器输出导纳Yo
Yo
I2 V2
yoe
yre yfe yie Ys
Yi
yie
yre yfe yoe YL
V y
高频放大
混频
fs
fs
中频放大
检波
低频放大
fi
F
F
fo 本地振荡
3.1 概述
高频小信号放大器的分类
高频小信号放大器
谐振放大器（窄带） （调谐与非调谐）
三.填空题227道
三.填空1.调制是用基带信号控制载波的振幅、频率及。
答案: 相位2.压控振荡器的主要性能指标是和线性度。
答案: 压控灵敏度3.检波器的主要技术指标是输入电阻、电压传输系数和。
答案: 失真4.衡量选择性的指标有矩形系数和。
答案: 抑制比5.小信号调谐放大器获得最大功率增益的条件是、谐振无耗以及临界耦合。
答案: 负载匹配6.小信号调谐放大器的主要技术指标有增益、通频带、选择性、和噪声参数。
答案: 工作稳定性7.三点式振荡电路是LC正弦波振荡器的主要形式，可分为和电感三点式两种基本类型。
答案: 电容三点式8.场效应晶体管的主要噪声是。
答案: 热噪声9.宽频带放大器的失真有、频率失真、相位失真。
答案: 非线性失真10.调制是用基带信号控制载波的振幅、和相位。
答案: 频率11.实际幅频特性曲线偏离理想幅频特性曲线的程度，可用来衡量。
答案: 矩形系数12.压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和。
答案: 线性度13.调幅波的解调称为。
答案: 检波14.宽频带放大器的失真有非线性失真、和相位失真。
答案: 频率失真15.三点式振荡电路是 L C 正弦波振荡器的主要形式，可分为电容三点式和两种基本类型。
答案: 电感三点式16.维持振荡的基本条件是足够的。
答案: 反馈17.变频器产生的副波道干扰最强的是干扰和镜频干扰。
答案: 过压18.鉴频指标有、灵敏度和非线性失真。
答案: 线性范围19.调制是用基带信号控制载波的、频率及相位。
答案:振幅20.在模拟系统中，按照载波波形不同，可分为和正弦波调制两种方式。
答案: 脉冲调制21.电路内部噪声主要来源是电阻的热噪声、和场效应晶体管的噪声。
答案: 晶体管的噪声22.普通调幅信号的解调方法有两种和同步检波。
答案: 包络检波23.宽频带放大器的技术指标有增益、通频带、和失真。
答案: 输入电阻24.产生单边带调幅信号的方法主要有、相移法以及相移滤波法。
答案: 滤波法25.丙类谐振功放的调制特性可分为特性和集电极调制特性两种。
晶体管的高频等效电路
·
·
·
·
·
·
·
·
·
晶体管的高频等效模型
对C’作用的分析
继续
一、晶体管完整的混合模型
二、晶体管简化的混合模型
C’
b'
+
+
+
rbb'
rb’e’
Ube
·
Ub’e
·
Uce
·
Ib
·
·
b
gmUb’e
·
C
Ic
c
C’’
晶体管单向化后的混合模型
本页完
由密勒转换得 C’ =(1+|K|)C 其中K=Uce/Ub’e 一般有|K|>>1，所以 C’ |K|C 晶体管的输入总电容为 C’ C+ C’= C+ |K|C 另C’’ =[(K-1)/(-K)]C C’’ 很小，容抗很大可忽略。
二、晶体管简化的混合模型
晶体管完整的混合模型
Ic
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。
b'
+
+
+
rbb'
rb’e’
Ube
·
Ub’e
·
Uce
·
Ib
·
·
b
gmUb’e
·
C
C
Ic
c
IC
·
简化后晶体管的混合模型
晶体管的高频等效模型
用密勒转换把C拆分为C’和C’’
b'
c
+
+
+
rbb'
rb’e’
·
·
·
·
·
·
·
·
晶体管的高频等效模型
对C’作用的分析
继续
一、晶体管完整的混合模型
二、晶体管简化的混合模型
C’
b'
+
+
+
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Ube
·
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·
Uce
·
Ib
·
·
b
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·
C
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c
C’’
晶体管单向化后的混合模型
本页完
由密勒转换得 C’ =(1+|K|)C 其中K=Uce/Ub’e 一般有|K|>>1，所以 C’ |K|C 晶体管的输入总电容为 C’ C+ C’= C+ |K|C 另C’’ =[(K-1)/(-K)]C C’’ 很小，容抗很大可忽略。
二、晶体管简化的混合模型
晶体管完整的混合模型
Ic
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。
b'
+
+
+
rbb'
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Ube
·
Ub’e
·
Uce
·
Ib
·
·
b
gmUb’e
·
C
C
Ic
c
IC
·
简化后晶体管的混合模型
晶体管的高频等效模型
用密勒转换把C拆分为C’和C’’
b'
c
+
+
+
rbb'
rb’e’
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。
高频小信号等效电路与参数
高频小信号等效电路与参数
晶体管等效电路的类型ห้องสมุดไป่ตู้
物理模拟的 等效电路
T型 等效电路
型 等效电路
分析高频段运用的共基极电路 适用于分析宽频带电路
功能模拟的 等效电路
H参数 等效电路
Y参数 等效电路
主要用于分 析低频电路
VIbce
hie Ib hfeIb
hreVce hceVce
适用于分析高频窄带调谐电路
Ic
c
＋
rc e
Cce Vce
－
e
ybe gbe jCbe
ybc gbc jCbc
4.2 高频小信号等效电路与参数
3.参数与Y参数的转换 Cbc
Ib
b′ Cbc
b
＋
Vbe
－
rbb ＋
Cbe
Vbe
－
rbe
Cbe grbm.cVbe
rc e
e
Ib
ybe ybc 1 rbb ybe ybc
0
1
f f
2
4.2 高频小信号等效电路与参数
4.晶体管的高频参数 2)特征频率（characteristic frequency） fT
定义：随着频率的升高，值下降至1时对应的频率。
当 0>>1 时， fT 0 f
当 f >> f时，
fT
f
fT f
4.2 高频小信号等效电路与参数
Ib
b
＋
Vbe
－
rbb ＋
Cbe
Vbe
－
b′ Cbc
rbe
Cbe grbm.cVbe
e
Ic
c
＋
晶体管等效电路的类型ห้องสมุดไป่ตู้
物理模拟的 等效电路
T型 等效电路
型 等效电路
分析高频段运用的共基极电路 适用于分析宽频带电路
功能模拟的 等效电路
H参数 等效电路
Y参数 等效电路
主要用于分 析低频电路
VIbce
hie Ib hfeIb
hreVce hceVce
适用于分析高频窄带调谐电路
Ic
c
＋
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Cce Vce
－
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ybc gbc jCbc
4.2 高频小信号等效电路与参数
3.参数与Y参数的转换 Cbc
Ib
b′ Cbc
b
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Vbe
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Vbe
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Cbe grbm.cVbe
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1
f f
2
4.2 高频小信号等效电路与参数
4.晶体管的高频参数 2)特征频率（characteristic frequency） fT
定义：随着频率的升高，值下降至1时对应的频率。
当 0>>1 时， fT 0 f
当 f >> f时，
fT
f
fT f
4.2 高频小信号等效电路与参数
Ib
b
＋
Vbe
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Vbe
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b′ Cbc
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Cbe grbm.cVbe
e
Ic
c
＋
晶体管高频等效电路
VBEQ
kT 26m V q
I CQ
I BQ
晶体管可用其等效电路代替
射频通信电路
混合
型等效电路
注意两点 ①电路中的所有参数均与工作点Q有关 ②该电路是交流小信号等效电路 从两个层次上加强对等效电路的理解
①理解电路中各元件的物理意义
②理解晶体管作为放大器的本质
射频通信电路
各元件的物理意义
1)r (rb'e ) vBE iB
Q
gm
,为
输 出 交 流 短 路 时 的 输电 入阻
iC 2) g m vBE 3)ro (rce )
Q
I CQ VT
,为 正 向 传 输 跨 导
vCE iC
Q
VA ,为 输 入 交 流 短 路 下 的出 输阻 抗 I CQ
4)C (Cb'e ) C je Cb , C je为正偏发射结电容， Cb为基区扩散电容 5)Cu (Cb'c )为反偏集电结电容
f T －－
输出电阻很大
由等效电路中的电容引起 gm gm fT 2 (Cgs Cgd ) 2 Cgs
iD 和 v DS 成线性关系
g iD n (vGS VGS ( th) ) v DS
Hale Waihona Puke 电导值为② 此电阻受栅源电压 vGS 的控制（可变电阻） 饱和区（恒流区）
恒流区——场效应管等效为一个理想的电压控制电流源
射频通信电路
恒流区特性
1 2 i ( v V ) 伏安特性为： D n GS GS ( th ) 2
射频通信电路
5.2晶体管
高频等效电路
射频通信电路
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
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· · U Ube b’e e
-
+
+
rb’e C
· Uce
-
· · U Ube b’e
-
C’
rb’e C
· gmUb’e
+
高频等效电路
以上这些要求相互之间即有联系又有矛盾，例如 增益和稳定性，通频带和选择性等。
2.2.2高频等效电路(high frequency equivalent circuit)
晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：
物理模型等效电路：混合 π 参数等效电路。 网络参数等效电路：y 参数等效电路。 一 混合 π 参数等效电路
如果设电压 U1 和 U2 为自变量， 电流 I1 和 I2 为参数量，可得 y 参数系的约束 方程： I1
I2 + Uce
-
⎧I1 = yiU1 + yrU2 ⎧I1 = yieUbe + yreUce ⇒⎨ ⎨ ⎩I2 = yf U1 + yoU2 ⎩I2 = yfeUbe + yoeUce
+ Ube
gb′c + jωCb′c yre ≈ − ≈ gb′c + jωCb′c (1+ rb′b gb′e ) + jωCb′erb′b
y fe gm ≈ ≈ gm (1 + rb ′b g b ′e ) + j ω C b ′e rb ′b
g b′c + jωCb′e yoe ≈ g ce + jωCb′c + rb′b g m (1 + rb′b g b′e ) + jωCb′e rb′b ≈ g ce + jωCb′c
共射极电路可以推算出：
g b′e + jω C b′e yie ≈ (1 + rb′b g b′e ) + jω C b′e rb′b
y fe gm ≈ (1 + rb ′b g b ′e ) + ω C b ′e rb ′b
2.2.2高频等效电路(high frequency equivalent circuit)
晶体管的高频小信号等效电路主要有两种表示方法：
物理模型等效电路：混合 π 参数等效电路。 网络参数等效电路：y 参数等效电路。 一 混合 π 参数等效电路
如果设电压 U1 和 U2 为自变量， 电流 I1 和 I2 为参数量，可得 y 参数系的约束 方程： I1
I2 + Uce
-
⎧I1 = yiU1 + yrU2 ⎧I1 = yieUbe + yreUce ⇒⎨ ⎨ ⎩I2 = yf U1 + yoU2 ⎩I2 = yfeUbe + yoeUce
+ Ube
gb′c + jωCb′c yre ≈ − ≈ gb′c + jωCb′c (1+ rb′b gb′e ) + jωCb′erb′b
y fe gm ≈ ≈ gm (1 + rb ′b g b ′e ) + j ω C b ′e rb ′b
g b′c + jωCb′e yoe ≈ g ce + jωCb′c + rb′b g m (1 + rb′b g b′e ) + jωCb′e rb′b ≈ g ce + jωCb′c
共射极电路可以推算出：
g b′e + jω C b′e yie ≈ (1 + rb′b g b′e ) + jω C b′e rb′b
y fe gm ≈ (1 + rb ′b g b ′e ) + ω C b ′e rb ′b
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度在几千赫到几十兆赫内的微弱信号进行不失真的放大, 故不 但需要有一定的电压增益, 而且需要有选频能力。后者对几兆
赫至几百兆赫较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大, 故要
求放大电路的下限截止频率很低(有些要求到零频即直流), 上 限截止频率很高。
窄频带放大电路由双极型晶体管 (以下简称晶体管)、场效 应管或集成电路等有源器件提供电压增益, LC谐振回路、陶瓷 滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功 能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大器和以集 成电路为主的集中选频放大器。 宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供 电压增益。为了展宽工作频带 , 不但要求有源器件的高频性能 好, 而且在电路结构上采取了一些改进措施。 高频小信号放大电路是线性放大电路。Y参数等效电路和 混合π型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具, 晶体管、场效应管和电阻引起的电噪声将直接影响放大器和整 个电子系统的性能。本书将这两部分内容作为高频电路的基础 也在这一章里讨论。
折合
即把Cb′c的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。其中gm是
晶体管跨导, R′L是考虑负载后的输出端总电阻, CM称为密勒电
容。
另外, 由于rce和rb′c较大, 一般可以将其开路。这样, 利用密
勒效应后的简化高频混合π型等效电路如图2.2.2所示。 与各参数有关的公式如下：
1 gm re
谐振放大器的主要性能指标是电压增益 , 通频带和矩形 系数。 本节仅分析由晶体管和LC回路组成的谐振放大器。
2.3.1
１．
图2．3．１是一个典型的单管单调谐放大器。Ｃb
c分别是和信号源（或前级放大器）与负载（或后级放大器） 的耦合电容, Ｃe是旁路电容。 电容Ｃ与电感Ｌ组成的 并联谐振回路作为晶体管的集电极负载, 其谐振频率应调 谐在输入有用信号的中心频率上。回路与本级晶体管的耦合 采用自耦变压器耦合方式, 这样可减弱晶体管输出导纳对回路 的影响。
信号, 然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流, 代
入式（2．2．6）中就可求得。通过查阅晶体管手册也可得到 各种型号晶体管的Ｙ参数。
需要注意的是, Ｙ参数不仅与静态工作点的电压值、电流 值有关, 而且是工作频率的函数。
I , 电容 增加时, 输入与输出电导都将加大。 当工作频率较低时
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
YL=(ge0+jωC+
(2.3.8)
根据式（2．2．7）, 将式（2．3．8）代入（2．3．7）中, 则:
A0
n1n2 yie g jwc 1 jwL
其中ｇΣ与ＣΣ分别为谐振回路总电导和总电容:
gΣ=n21goe+n22gie+ge0
CΣ=n21Coe+n22Cie+C 谐振频率
其等效电路。其中晶体管部分采用了Ｙ参数等效电路, 忽略了 反向传输导纳ｙre的影响。输入信号源用电流源 I S 导纳Ｙs表示, 负载假定为另一级相同的单调谐放大器, 所以用 晶体管输入导纳ｙie表示。
单管单调谐放大器的电压增益为：
A
U0 U i
我们先求 U C 与 U i 的关系, 即可导出 U 0
图 2.3.1
单管单调谐放大电路
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
| U2 0
Y22
| U1 0
所以Ｙ参数又称为短路导纳参数 , 即确定这四个参数时必 须使某一个端口电压为零, 也就是使该端口交流短路。 现以共发射极接法的晶体管为例, 将其看作一个双口网络, 如图2．2．4所示, 相应的Ｙ参数方程为：
I b yie U b yre U c I c yie U b yoe U c
Ｙ参数法则是从测量和使用的角度出发, 把晶体管作为一 个有源线性双口网络, 用一组网络参数构成其等效电路。优点
是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。由于高频小信号谐振放大器相对频带较窄, 一般仅需考虑谐振频率附近的特性, 因而采用这种分析方法较 合适。
2.2.1
Ui
, ,
Ui U0 与
Au
。
因为负载的接入系数为ｎ2, 晶体管的接入系数为ｎ1, 所以
负载等效到回路两端的导纳为n22yie。 设从集电极和发射极之间向右看的回路导纳为Y′L, 则:
1 1 2 YL 2 ( ge0 jwc n2 yie n1 jwL
由于 U C 相反, 所以
2
当
a 的幅值下降到1时, 对应的频率定义为特征频率fT。
特征频率fT
3 共基晶体管截止频率fα
共基短路电流放大系数 交流短路参数, 即 是晶体管用作共基组态时的输出
a
IC Ie
|UC 0
1 时的频率。 2
的幅值也是随频率的增高而下降, fα定义为 到低频放大系数α0的
a的幅值下降
三个高频参数之间的关系满足下列各式：
Au0=
U 00 n1n2 y fe Ui g
I 1 y11 U 1 y12 U 2 I 2 y21 U 1 y22 U 2
其中ｙ11、ｙ12、ｙ21、ｙ22四个参数均具有导纳量纲, 且:
ห้องสมุดไป่ตู้
Y11
I U1 I2 U1
| U2 0
Y12
I1 U2 I2 U2
| U1 0
Y21
或
1 f0 2 LC 1 w0 2 LC
回路有载Ｑ值
w0C X 1 Qe= g w0 Lg 以上几个公式说明, 考虑了晶体管和负载的影响之后, 放 大器谐振频率和Ｑ值均有变化。
谐振频率处放大器的电压增益
其电压增益振幅
U 00 n1n2 y fe Au 0 Ui g
bb′、Cb′c
、β0和fT等参数, 然后根据式(2.2.2)可以计
算出其它参数。 注意各参数均与静态工作点有关。
2.2.2
Ｙ参数等效电路
图2.2.3是双口网络示意图。 双口网络即具有两个端口的网络。所谓端口是指一对端 钮, 流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一个端钮的电流。 而四端网络虽然其外部结构与双口网络相同, 但对流入流出电 流没有类似的规定, 这是两者的区别。 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：
传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:
yie=gie+jωCie yfe=|yfe|∠φfe yoe=goe+jωCoe yre=|yre|∠φre
2.2.3
考虑电容效应后, 晶体管的电流增益是工作频率的函数。
下面介绍三个与电流增益有关的晶体管高频参数。
1 共射晶体管截止频率ｆβ 共射短路电流放大系数 是指混合π型等效电路输出交 流短路时, 集电极电流 。从图 IC Ib 2.2.1可以看到, 当输出端短路后, r b′e 、Cb′e 和Cb′c三者并联。
第2章 高频小信号放大电路
２.１ 概述 ２.２ 晶体管高频等效电路
２.３ 谐振放大器
２.４ 宽频带放大器
２.５ 集中选频放大器
２.６ 电噪声 ２.７ 集成高频放大电路的选用与实例介绍 ２.８ 章末小结
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第2章 高频小信号放大电路
2.1概述
高频小信号放大电路分为窄频带放大电路和宽频带放大
电路两大类。前者对中心频率在几百千赫到几百兆赫, 频谱宽
ｃb′e：发射结电容, 约１０ 皮法到几百皮法。
ｃb′c：集电结电容, 约几个皮法。 ｇm：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。 由于集电结电容C
b′c跨接在输入输出端之间 ,
是双向传输
b′c
元件, 使电路的分析复杂化。为了简化电路, 可以把C 到输入端b′、 e之间, 与电容C b′e并联, 其等效电容为： CM =(1+gmR′L)Cb′c (2.2.1)
是
YL
,且
UC
与
IC
I C U C YL
由Y参数方程(2.2.3)可知:
I C y fe U i yoe U c
代入式(2.3.3)可得:
yoe YL Ui UC y fe
根据自耦变压器特性 U / U n ,U / U n i p 1 i p 2, 因此
fT≈β0fβ=g m rb′e f β fT≈α0fα
fα＞fTfβ
(2.2.9)
2.3 谐 振 放 大
由晶体管、场效应管或集成电路与ＬＣ并联谐振回路组 成的高频小信号谐振放大器广泛用于广播、电视、通信、雷 达等接收设备中 , 其作用是将微弱的有用信号进行线性放大
赫至几百兆赫较宽频带内的微弱信号进行不失真的放大, 故要
求放大电路的下限截止频率很低(有些要求到零频即直流), 上 限截止频率很高。
窄频带放大电路由双极型晶体管 (以下简称晶体管)、场效 应管或集成电路等有源器件提供电压增益, LC谐振回路、陶瓷 滤波器、石英晶体滤波器或声表面波滤波器等器件实现选频功 能。它有两种主要类型：以分立元件为主的谐振放大器和以集 成电路为主的集中选频放大器。 宽频带放大电路也是由晶体管、场效应管或集成电路提供 电压增益。为了展宽工作频带 , 不但要求有源器件的高频性能 好, 而且在电路结构上采取了一些改进措施。 高频小信号放大电路是线性放大电路。Y参数等效电路和 混合π型等效电路是分析高频晶体管电路线性工作的重要工具, 晶体管、场效应管和电阻引起的电噪声将直接影响放大器和整 个电子系统的性能。本书将这两部分内容作为高频电路的基础 也在这一章里讨论。
折合
即把Cb′c的作用等效到输入端, 这就是密勒效应。其中gm是
晶体管跨导, R′L是考虑负载后的输出端总电阻, CM称为密勒电
容。
另外, 由于rce和rb′c较大, 一般可以将其开路。这样, 利用密
勒效应后的简化高频混合π型等效电路如图2.2.2所示。 与各参数有关的公式如下：
1 gm re
谐振放大器的主要性能指标是电压增益 , 通频带和矩形 系数。 本节仅分析由晶体管和LC回路组成的谐振放大器。
2.3.1
１．
图2．3．１是一个典型的单管单调谐放大器。Ｃb
c分别是和信号源（或前级放大器）与负载（或后级放大器） 的耦合电容, Ｃe是旁路电容。 电容Ｃ与电感Ｌ组成的 并联谐振回路作为晶体管的集电极负载, 其谐振频率应调 谐在输入有用信号的中心频率上。回路与本级晶体管的耦合 采用自耦变压器耦合方式, 这样可减弱晶体管输出导纳对回路 的影响。
信号, 然后测量其输入端或输出端的交流电压和交流电流, 代
入式（2．2．6）中就可求得。通过查阅晶体管手册也可得到 各种型号晶体管的Ｙ参数。
需要注意的是, Ｙ参数不仅与静态工作点的电压值、电流 值有关, 而且是工作频率的函数。
I , 电容 增加时, 输入与输出电导都将加大。 当工作频率较低时
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
YL=(ge0+jωC+
(2.3.8)
根据式（2．2．7）, 将式（2．3．8）代入（2．3．7）中, 则:
A0
n1n2 yie g jwc 1 jwL
其中ｇΣ与ＣΣ分别为谐振回路总电导和总电容:
gΣ=n21goe+n22gie+ge0
CΣ=n21Coe+n22Cie+C 谐振频率
其等效电路。其中晶体管部分采用了Ｙ参数等效电路, 忽略了 反向传输导纳ｙre的影响。输入信号源用电流源 I S 导纳Ｙs表示, 负载假定为另一级相同的单调谐放大器, 所以用 晶体管输入导纳ｙie表示。
单管单调谐放大器的电压增益为：
A
U0 U i
我们先求 U C 与 U i 的关系, 即可导出 U 0
图 2.3.1
单管单调谐放大电路
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
| U2 0
Y22
| U1 0
所以Ｙ参数又称为短路导纳参数 , 即确定这四个参数时必 须使某一个端口电压为零, 也就是使该端口交流短路。 现以共发射极接法的晶体管为例, 将其看作一个双口网络, 如图2．2．4所示, 相应的Ｙ参数方程为：
I b yie U b yre U c I c yie U b yoe U c
Ｙ参数法则是从测量和使用的角度出发, 把晶体管作为一 个有源线性双口网络, 用一组网络参数构成其等效电路。优点
是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。由于高频小信号谐振放大器相对频带较窄, 一般仅需考虑谐振频率附近的特性, 因而采用这种分析方法较 合适。
2.2.1
Ui
, ,
Ui U0 与
Au
。
因为负载的接入系数为ｎ2, 晶体管的接入系数为ｎ1, 所以
负载等效到回路两端的导纳为n22yie。 设从集电极和发射极之间向右看的回路导纳为Y′L, 则:
1 1 2 YL 2 ( ge0 jwc n2 yie n1 jwL
由于 U C 相反, 所以
2
当
a 的幅值下降到1时, 对应的频率定义为特征频率fT。
特征频率fT
3 共基晶体管截止频率fα
共基短路电流放大系数 交流短路参数, 即 是晶体管用作共基组态时的输出
a
IC Ie
|UC 0
1 时的频率。 2
的幅值也是随频率的增高而下降, fα定义为 到低频放大系数α0的
a的幅值下降
三个高频参数之间的关系满足下列各式：
Au0=
U 00 n1n2 y fe Ui g
I 1 y11 U 1 y12 U 2 I 2 y21 U 1 y22 U 2
其中ｙ11、ｙ12、ｙ21、ｙ22四个参数均具有导纳量纲, 且:
ห้องสมุดไป่ตู้
Y11
I U1 I2 U1
| U2 0
Y12
I1 U2 I2 U2
| U1 0
Y21
或
1 f0 2 LC 1 w0 2 LC
回路有载Ｑ值
w0C X 1 Qe= g w0 Lg 以上几个公式说明, 考虑了晶体管和负载的影响之后, 放 大器谐振频率和Ｑ值均有变化。
谐振频率处放大器的电压增益
其电压增益振幅
U 00 n1n2 y fe Au 0 Ui g
bb′、Cb′c
、β0和fT等参数, 然后根据式(2.2.2)可以计
算出其它参数。 注意各参数均与静态工作点有关。
2.2.2
Ｙ参数等效电路
图2.2.3是双口网络示意图。 双口网络即具有两个端口的网络。所谓端口是指一对端 钮, 流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一个端钮的电流。 而四端网络虽然其外部结构与双口网络相同, 但对流入流出电 流没有类似的规定, 这是两者的区别。 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：
传输导纳通常可写成极坐标形式, 即:
yie=gie+jωCie yfe=|yfe|∠φfe yoe=goe+jωCoe yre=|yre|∠φre
2.2.3
考虑电容效应后, 晶体管的电流增益是工作频率的函数。
下面介绍三个与电流增益有关的晶体管高频参数。
1 共射晶体管截止频率ｆβ 共射短路电流放大系数 是指混合π型等效电路输出交 流短路时, 集电极电流 。从图 IC Ib 2.2.1可以看到, 当输出端短路后, r b′e 、Cb′e 和Cb′c三者并联。
第2章 高频小信号放大电路
２.１ 概述 ２.２ 晶体管高频等效电路
２.３ 谐振放大器
２.４ 宽频带放大器
２.５ 集中选频放大器
２.６ 电噪声 ２.７ 集成高频放大电路的选用与实例介绍 ２.８ 章末小结
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第2章 高频小信号放大电路
2.1概述
高频小信号放大电路分为窄频带放大电路和宽频带放大
电路两大类。前者对中心频率在几百千赫到几百兆赫, 频谱宽
ｃb′e：发射结电容, 约１０ 皮法到几百皮法。
ｃb′c：集电结电容, 约几个皮法。 ｇm：晶体管跨导, 几十毫西门子以下。 由于集电结电容C
b′c跨接在输入输出端之间 ,
是双向传输
b′c
元件, 使电路的分析复杂化。为了简化电路, 可以把C 到输入端b′、 e之间, 与电容C b′e并联, 其等效电容为： CM =(1+gmR′L)Cb′c (2.2.1)
是
YL
,且
UC
与
IC
I C U C YL
由Y参数方程(2.2.3)可知:
I C y fe U i yoe U c
代入式(2.3.3)可得:
yoe YL Ui UC y fe
根据自耦变压器特性 U / U n ,U / U n i p 1 i p 2, 因此
fT≈β0fβ=g m rb′e f β fT≈α0fα
fα＞fTfβ
(2.2.9)
2.3 谐 振 放 大
由晶体管、场效应管或集成电路与ＬＣ并联谐振回路组 成的高频小信号谐振放大器广泛用于广播、电视、通信、雷 达等接收设备中 , 其作用是将微弱的有用信号进行线性放大