高频电子线路

第2章2.12.1.1 2.1.2

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 晶体管的混合 型等效电路 晶体管的频率参数

2.1.3 晶体管的Y参数 晶体管的 参数

2.2

单级调谐放大器电压放大倍数 功率放大倍数A 功率放大倍数 p

2.2.1 2.2.2

高频电子线路

2.2.3 2.2.4 2.2.5

晶体管最高振荡频率fmax 晶体管最高振荡频率 放大器的通频带 放大器的选择性

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

高频电子线路

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 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 频带为几千赫兹到几千兆赫兹 入信号,它具有选频和放大功能. 入信号 它具有选频和放大功能.高频小信号放大器包括高 它具有选频和放大功能 频小信号调谐放大器和选频滤波式高频小信号放大器. 频小信号调谐放大器和选频滤波式高频小信号放大器.

高频电子线路

2.1.1

晶体管的混合π 晶体管的混合π等效电路

画出了晶体管共射极混合π等效电路 等效电路. 下图 画出了晶体管共射极混合 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. 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: 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 ≈ β 0 re = β 0 I EQ ( mA)……2.1.1

高频电子线路

混合π等效电路 混合 等效电路

高频电子线路

其中, 表示晶体管放大作用的等效电流源. 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. 的函数. 为晶体管微变跨导, I EQ ( mA) I EQ α0 ……2.1.2 …… gm = = α0 ≈ 26 26 re 的影响. 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. 工作时这个影响很微弱 值很大,一般在几十千欧以上. 三个附加电容C 三个附加电容 be ,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. 的电容,数量很小,其影响一般可以忽略. 频率较高时, 的容抗较小,可它并联的电阻r 频率较高时,Cb′e的容抗较小,可它并联的电阻 b′c较 如图所示. 大,相比之下rb′c可以忽略.简化后的等效电路如图所示. 相比之下 可以忽略.简化后的等效电路如图所示

高频电子线路

混合π等效电路的简化 混合 等效电路的简化

高频电子线路

2.1.2 晶体管的频率参数1.短路电流放大系数 β 和 截止频率fβ 短路电流放大系数 截止频率 Ic β = U c =0 如图所示: 如图所示: Ib 三者并联. 即 U c = 0时,Cb′e,Cb′c和rb′e

三者并联.因此rb 'e U b 'e = I b rb 'e 1 jω (Cb 'e + Cb 'c ) rb 'e = Ib 1 1 + jrb 'eω (Cb 'e + Cb 'c ) + jω (Cb 'e + Cb 'c ) g m rb 'e 1 + jrb 'eω (Cb 'e + Cb 'c )

Ic = g mU b 'e =

Ic g m rb 'e β0 = β= = I b 1 + jrb 'eω (Cb 'e + Cb 'c ) 1 + jrb 'eω (Cb 'e + Cb 'c )

2.1.3

高频电子线路

是低频时的电流放大系数. 式中 β 0 = g m rb 'e是低频时的电流放大系数. 截止频率f 的定义: 截止频率 β的定义:当 β=

β0

1 + [rb 'e 2πf β (Cb 'e + Cb 'c )]解上述方程得: 解上述方程得:

β0

2

的频率, 的频率,即2

=

β022.1.4

1 fβ = 2πrb 'e (Cb 'e + Cb 'c )f fβ

将式2.1.4代入式 代入式2.1.3得 将式 代入式 得 β0 β =1+ j 于是 β =| β |=

2.1.5β0 2

f 1+ f β

2.1.6

高频电子线路

2.特征频率 T 特征频率f 特征频率 晶体管的放大性能有时还用特征频率f 表示. 晶体管的放大性能有时还用特征频率 T表示.特征频率 时的频率. 是β=1时的频率.根据定义 时的频率 根据定义: β0 fT 1+ f β 2

=1

2.1.7 2.1.8

解之得: 解之得

fT =

β02 1 f β

远远大于1时 当β0远远大于 时

fT ≈ β 0 f β

2.1.9

高频电子线路

rb 'e 代入上式得: 由于 β 0 = ,代入上式得: re

若工作频率 f > (3~ 5) f ββ = β0 f 1+ f β 2

rb 'e 1 1 fT ≈ = re 2π rb 'e (Cb 'e + Cb 'c ) 2π re (Cb 'e + Cb 'c )=

2.1.10

可用下式近似计算. 时,则β可用下式近似计算. 则 可用下式近似计算fT f β fT = = fβ f f

β0 f βf

2.1.11

上式说明, 的区域,工作频率每增加一倍, 减 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 ),故此区域称为每倍频程下降 少一半(下降 ),故此区域称为每倍频程下降6dB工作 工作 区.

高频电子线路

截止频率f 及其与 3. α 截止频率 α及其与fβ和fT的关系当晶体管用作共基极联接时, 当晶体管用作共基极联接时,其输出端交流短路的电流

也是随频率提高而降低的,当 下降到 放大倍数 α 也是随频率提高而降低的 当α下降到 的近似表示式为: α 的近似表示式为 α =

α0 时,所 2

截止频率. 对应的频率称为α 截止频率.由于共基极短路电流放大系数α01+ j f fα

2.1.12

的关系式: 根据 α 和 β 的关系式

= α β 1α

β α= 1+ β

2.1.13

高频电子线路

截止频率f 截止频率f 可以求出 α 截止频率 α与β截止频率 β的关系 截止频率 的关系: 1 fα = f β = (1 + β 0 ) f β 1α0用近似公式 f T ≈

2.1.14

f T = α 0 fα

β 0 f β 代入得2.1.15

故fβ,fT,fα三个频率的关系是 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. 是晶体管三个重要频率参数. 2.1.16

高频电子线路

2.1.3 晶体管的Y参数等效电路 晶体管的Y混合π型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发, 混合 型等效电路是从模拟晶体管的物理结构出发,用 型等效电路是从模拟

晶体管的物理结构出发 集中参数元件r, 和受控源表示晶体管内的复杂关系 和受控源表示晶体管内的复杂关系. 集中参数元件 ,C和受控源表示晶体管内的复杂关系.这 物理模拟等效电路. 种等效电路称为物理模拟等效电路 它的优点是,各元件参 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, 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, 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 型等效电路比较适合宽频带放大器. 量不便.因此,混合 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 参数等效电路是从测量和使用的角度出发, 参数等效电路是从测量和使用的角度出发 看作一个有源线性四端网络 有源线性四端网络, 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 形式等效电路. 效电路,这种等效电路称为形式等效电路.

高频电子线路

它的优点导出的表达式具有普遍意义, 它的优点导出的表达式具有普遍意义,分析和测量方 缺点是网络参数与频率有关. 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f 放大器的频带较窄,一般只需在工作频率 0上进行参数计 故分析高频小信号谐振放大器时采用Y参数等效电路 算.故分析高频小信号谐振放大器时采用 参数等效电路 是合适的. 是合适的. 将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络. 图 (a)将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络.图 将共发接法的晶体管等效为有源线性四端网络 表示晶体管输入和输出电压, 中 U b,U c 表示晶体管输入和输出电压,b和Ic为其对应电流.以 为其对应电流. I

性方程为: 性方程为:

为自变量, 为因变量, 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

高频电子线路

b Ib + Ube图(a) )

Ic+

c +

Ib Ub YreU cYie

IcYoe

Uce

+ U

-

Y feU b

c

-

图(b) )