当前课程知识点：模拟电子技术基础(基础部分) > 第八部分 > 5.2晶体管的高频等效电路 > 5.2晶体管的高频等效电路
我们研究一个放大电路
它的频率响应
我们就不能够忽略耦合电容
旁路电容
以及晶体管各个PN结的结电容
所产生的影响
如果我们研究低频特性
那么我们只要把耦合电容
和旁路电容
对它的影响考虑进去
在画等效电路的时候
把它们画进等效电路
分析的时候
考虑它们的作用就可以了
但是对于晶体管
它的结电容到底是
怎么起作用的呢
我们还不太清楚
所以首先我们就要构造一个
晶体管的高频等效模型
也叫晶体管的高频等效电路
混合π模型的建立
首先我们回忆一下低频等效电路
这是一个h参数简化的
交流等效模型
它的输入回路里边只有一个rbe
它的输出回路就是一个电流
控制的电流源
我们要想考虑它的高频等效电路
有两个结电容是必须考虑的
一个就是发射结上头的电容
一个就是集电结的电容
这样我们就可以得到
它的基本的等效电路的样子
那首先我们看
发射结的这个电容
是在什么位置上呢
rbe是由rbb'和rb'e构成的
rbb'是基区的体电阻
而rb'e它是发射结的电阻
所以发射结的电容
应该接在b'-e上
就是我们现在所看到的Cπ
然后我们再来看集电结电容
集电结电容是b和c之间
这个结构成的电容
也就是在低频等效电路里边
我们看到b和c之间是没有联系的
而在这我们要考虑这个电容
这个电容叫做Cμ
然后我们再来看
输出仍然是一个受控的电流源
但是我们看到这是一个
受b-e间电压控制的电流源
首先我们看在这个电路里头
Cμ的出现是比较麻烦的
因为它连接了输入回路
和输出回路
这就意味着什么呢
就是我们在b-e之间加电压的时候
有Ib电流的时候
那么这个电流就可能通过Cμ
直接作用到RL'上
RL'是这个c-e之间的
总的等效负载
而等效负载RL'上的
电压上的变化
又会通过Cμ
反馈回到b'-e上
所以如果我们不能够很好的解决
Cμ这种双向传递信号的话
那对于我们解决这个问题
就产生了比较大的困难
另外在这样一个等效电路里边
我们引入了一个参数叫做gm
gm我们曾经见过它
它叫跨导
它是输出回路的电流和输入回路
b'-e之间电压的比值
那么为什么在这不用β呢
因为我们从电路上可以看到
当从基极注入一个电流的时候
由于频率不同将在b'-e上
得到的压降不同
如果我们仍然用β去描述它
那这时候我们看到
β本身已经不是一个常量了
因为加在发射结上的电压不同
就会产生不同的Ib
或者在这说
就是如果Ib是一个恒流的话
那么b'-e所得到的电压
是不一样的
b'-e得到的电压是不一样的
那么就使得它发射电子的数目
不一样
于是就影响一系列的
内部载流子的这种运动
而当我们引入gm的时候
我们就会发现
我不管你注入的那个电流
我就看结上压降和输出回路Ic
之间的关系
它们之间和频率没有关系
所以在这样一个电路里边
引入gm这样一个参数
就会使得传递关系
在频率从零一直到无穷大的
这样一个区间里边
它没有变化
那我们再看这电路的样子
这个电路的样子很像字母π
所以我们把这样一个高频的
等效的模型叫混合π模型
混合的意思仍然是说
在这个电路里边
它的各个物理量的量纲
是不一样的
是混合的量纲
那么我们要解决问题了
就是要解决这个Cμ
由于把输出回路
输入回路相连接时的
分析起来困难
所以我们就要断开它
做一个等效的变换
就是这样一个变换
怎么才叫等效了呢
等效就表明
在这个Cμ上
原来流什么电流
从输入回路上来看它
等效变化后这个电流是不变的
这样从b点往里看
往右看
给电容的电流是不变的
才能说这个变换是等效的
那么同样
从输出端也是
这样在输入b'-e这个地方
有一个等效的电容
我们叫它Cμ'
而在c和e上得到的这个等效电容
我们叫它Cμ''
下面我们就看一看
这个Cμ'和Cμ是什么关系
Cμ''和Cμ又是什么样的关系
这是刚才我们得到的结论
就是必须ICμ这个电流
一直是不变的
变化才是等效的
那么ICμ等于什么呢
从前一个电路可以看到
Cμ上的电压就是Ub'e减去Uce
那除上这个Cμ的电抗
就是Cμ上流过的电流
而Uce和Ub'e它们之间有一个关系
我们从这个图上可以看到
这个关系就是我们可以
把它认为传递关系是一个k
c-e之间的变化
应该比b'-e之间的变化大得多
也就是说在这是经过放大的
那这k值是什么呢
k值近似的就是那个gm乘上RL'
k值的求解 我们仍然可以用
求解放大倍数的办法
从定义出发
它就是Uce去比上Ub'e
那么得到的结论就是这个
好了
有了这个电流
我们又知道等效到这个地方
等效到b'-e这个地方的时候
那它的电压就是Ub'e了
我们用Ub'e去比上
这个ICμ
就应该是等效之后的
Cμ'的容抗
知道容抗
当然我们就可以知道电容的大小
这就是它的容抗
所谓的等效就是电流没变
但是端电压变了
然后我们把它代入之后
把上面的式子代入之后
就得到这个
那么从这里我们就可以看到
等效到b'-e之后的Cμ'
比原来它的电抗要小
1+gmRL'
一个电容的电抗减小了
说明这个电容的电容量增大了
那容抗减小多少倍
那电容就增大多少倍
所以我们就得到了一个结论
说把Cμ等效到b'-e
这个位置上
等效的电容叫Cμ'
它近似的就是
(1+gmRL')Cμ
如果这个电路的放大能力比较大
我们可以看到
这个Cμ'
是远远大于Cμ
利用同样的这样的道理
就是从输出端
我们所看到的电流不要变化
而所加的电压是c-e之间的电压
我们又可以把它求出来
Cμ"
它和Cμ之间的关系
过程我就不在这赘述了
那它的结论就可以得到
Cμ"近似的就是
(k-1)/k的Cμ
如果│k│是远远大于1的
我们就看到
说等效到输出端的c-e之间的
这个Cμ"
近似的就是那个Cμ本身
那好了
这时候我们就可以把它
进一步的简化画成为这样
就是在输入端
先看到的是基区体电阻
然后看到的是发射结电阻
和发射结总电容
这个总电容是多少呢
首先是原来它自己有的电容
叫Cπ
然后再加上Cμ等效到这里的
那个Cμ'
也就是(1+gmRL')倍的
这样一个Cμ
但是这个简化的过程里面
我们可以看到
说Cμ"哪里去了呢
为什么不考虑它了呢
从我们的前边的分析
我们可以知道
等效到b'-e的这个电容Cπ'
从分析过程可以看到
它的一部分Cμ'
就比Cμ本身大得多
而输出的c-e之间的Cμ"
近似的就是Cμ
也就是说当信号的频率
逐渐增大的时候
Cπ'它的容抗开始减小
开始影响放大电路的放大倍数
而Cμ" 由于容量很小
所以仍然可以看成为开路
直到Cπ'
它的容抗下降到很多的时候
Cμ"的容抗才开始下降
但是我们所要研究的是
只要找到使得电压放大倍数
下降到70.7%的点就可以了
所以在这样一个
高频等效电路里边
简化之后可以不考虑
Cμ"的作用
那下面我们看一看高频等效模型
它的参数的获得
首先看一看gm是怎么得到的
有一些我们是可以从手册上查得
比如说rbb' Cμ
这些都可以查到
而且这个rb'e
也可以在计算静态工作点的时候
把它算出来
那么gm怎么获得呢
我们知道gm本身它跟频率
没有关系
所以这件事情我们可以从
中频段的时候来获得它
β0乘以Ib这就是Ic
注意因为β本身
和频率产生了函数关系
所以我们把β0作为
当频率还不影响它的
数值和相位的时候
也就是在它的通频带的时候
我们叫它β0
β0乘Ib是Ic
gm乘上Ub'e也是Ic
我们进一步的写
Ub'e等于什么呢
等于Ib乘上rb'e
所以这样
我们就可以从上面的式子
得到下边的结论
就是gm等于β0除以rb'e
近似的是IEQ比上UT
那你看
实际上gm的这个物理量
它仅仅和我们在
设置静态工作点的时候
那个射极电流的大小有关
那UT通常我们就取常温下
26mV
那在这里
我们就可以再求解出来
Cμ'了
因为它就是(1+gmRL')Cμ
只有Cπ这个数值
我们还不知道怎么获得
在下边一个知识点里面
我们会得到结论
-1.1模拟信号与模拟电路
-1.2模拟电子技术基础课程特点及如何学习该课程
-2.1本征半导体
--本征半导体
-2.1本征半导体--作业
-2.2杂质半导体
--杂质半导体
-2.2杂质半导体--作业
-2.3 PN结的形成及其单向导电性
-2.3 PN结的形成及其单向导电性--作业
-2.4 PN 结的电容效应
-2.4 PN 结的电容效应--作业
-2.5半导体二极管的结构
-2.5半导体二极管的结构--作业
-2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
--2.6半导体二极管的伏安特性和电流方程
-2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-第一部分--2.7二极管的直流等效电路（直流模型）
-2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-第一部分--2.8二极管的交流等效电路和主要参数
-实验1-二极管伏安特性的测试
-2.9晶体三极管的结构和符号
-2.9晶体三极管的结构和符号--作业
-2.10晶体三极管的放大原理
-第一部分--2.10晶体三极管的放大原理
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性
-2.11晶体三极管的输入特性和输出特性--作业
-实验2-三极管输出特性的测试
-第一部分--作业
-2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
--2.12晶体三极管的三个工作区域及温度对特性的影响
-2.13晶体三极管的主要参数
-第二部分--2.13晶体三极管的主要参数
-3.1放大的概念
--3.1放大的概念
-第二部分--3.1放大的概念
-EDA应用1-2-半导体二极管和三极管特性的测试
-3.2 放大电路的性能指标
--Video
-第二部分--3.2 放大电路的性能指标
-实验3-放大电路（黑盒子）性能指标的测试
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用
-3.3基本共射放大电路的组成及各元件的作用--作业
-EDA应用3-在Multisim环境中电路的搭建
-3.4基本共射放大电路的波形分析
-3.4基本共射放大电路的波形分析--作业
-3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
--3.5放大电路的组成原则和两种实用的放大电路
-3.6放大电路的直流通路和交流通路
-第二部分--3.6放大电路的直流通路和交流通路
-3.7放大电路的分析方法—图解法
-第二部分--3.7放大电路的分析方法—图解法
-3.8图解法用于放大电路的失真分析
--3.8图解法用于放大电路的失真分析
-3.9直流负载线和交流负载线
-第二部分--3.9直流负载线和交流负载线
-第二周作业
--第二周作业题
-EDA应用4-基本共射放大电路的电压传输特性
-3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-第三部分--3.10放大电路的等效模型及其建立方法
-3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-第三部分--3.11晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）
-3.12基本共射放大电路的动态分析
-第三部分--3.12基本共射放大电路的动态分析
-3.13学会选用合适的方法来分析电路
-第三部分--3.13学会选用合适的方法来分析电路
-3.14放大电路中静态对动态的影响
--3.14放大电路中静态对动态的影响
-3.15静态工作点的稳定
-第三部分--3.15静态工作点的稳定
-3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
--3.16典型的静态工作点稳定电路的分析
-3.17稳定静态工作点的方法
--3.17稳定静态工作点的方法
-EDA应用5-共射放大电路中电阻参数对静态工作点的影响
-第三周作业
-EDA应用6-温度对静态工作点的影响
-实验4-静态工作点稳定共射放大电路的测试
-3.18基本共集放大电路
--3.18基本共集放大电路
-3.19基本共基放大电路
-第四部分--3.19基本共基放大电路
-3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
--3.20晶体管基本放大电路三种接法的比较
-3.21结型场效应管的工作原理
-第四部分--3.21结型场效应管的工作原理
-3.22 N沟道结型场效应管的特性
-第四部分--3.22 N沟道结型场效应管的特性
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
--3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）
-3.23 N沟道增强型绝缘栅型场效应管（增强型MOS管）--作业
-3.24 N沟道耗尽型MOS管
-第四部分--3.24 N沟道耗尽型MOS管
-3.25场效应管的分类
-第四部分--3.25场效应管的分类
-第四周作业题
-3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-第五部分--3.26场效应管放大电路静态工作点的设置方法
-3.27场效应管放大电路的动态分析
-第五部分--3.27场效应管放大电路的动态分析
-EDA应用7-共源放大电路的测试
-实验5-共源放大电路的测试
-3.28复合管
--3.28复合管
-第五部分--3.28复合管
-4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-第五部分--4.1多级放大电路的耦合方式—直接耦合
-4.2多级放大电路的耦合方式—阻容耦合、变压器耦合
-第五部分--4.2
-4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-第五部分--4.3多级放大电路的耦合方式—光电耦合
-4.4多级放大电路的动态参数分析
--4.4多级放大电路的动态参数分析
-4.5多级放大电路的讨论
--4.5多级放大电路的讨论
-第五周作业
-实验6-两级放大电路的测试
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性
-4.6集成运放概述—结构特点、电路组成及电压传输特性--作业
-4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-第六部分--4.7零点漂移现象及差分放大电路的组成
-4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-第六部分--4.8对差分放大电路的需求分析及长尾式差分放大电路的静态分析
-4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-第六部分--4.9长尾式差分放大电路的动态分析
-4.10双端输入单端输出差分放大电路
--4.10双端输入单端输出差分放大电路
-4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-第六部分--4.11单端输入双端输出差分放大电路及四种接法比较
-4.12具有恒流源的差分放大电路
-第六部分--4.12具有恒流源的差分放大电路
-4.13差分放大电路的改进
-第六部分--4.13差分放大电路的改进
-EDA应用8-直接耦合多级放大电路的辅助设计
-作业
--第六周作业
-4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
--4.14电流源电路—镜像电流源、微电流源
-4.15电流源电路 —多路电流源
-第七部分--4.15电流源电路 —多路电流源
-4.16有源负载放大电路
--4.16有源负载放大电路
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理
-4.17互补输出级的电路组成及工作原理--作业
-4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-第七部分--4.18消除交越失真的互补输出级和准互补输出级
-4.19放大电路读图方法及双极型集成运放原理电路分析
-第七部分--4.19
-4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
--第七部分 4.20单极型（CMOS）集成运放原理电路分析
-4.21集成运放的主要性能指标
-第七部分--4.21集成运放的主要性能指标
-4.22集成运放的分类
-第七部分--4.22集成运放的分类
-4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
--第七部分 4.23集成运放的保护电路以及低频等效电路
-作业
-5.1频率响应的有关概念
--第八部分 5.1频率响应的有关概念
-5.2晶体管的高频等效电路
-第八部分--5.2晶体管的高频等效电路
-5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-第八部分--5.3晶体管电流放大倍数的频率响应
-5.4单管共射放大电路的中频段
-5.4单管共射放大电路的中频段--作业
-5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-第八部分--5.5单管共射放大电路低频段的频率响应
-5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-第八部分--5.6单管共射放大电路高频段的频率响应
-5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-第八部分--5.7单管共射放大电路的波特图及带宽增益积
-5.8单管共源放大电路的频率响应
--第八部分 5.8单管共源放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应
-5.9多级放大电路的频率响应--作业
-5.10关于频率响应的讨论
-第八部分--5.10关于频率响应的讨论
-EDA应用9-两级放大电路频率响应的测试
-实验7-两级放大电路频率响应的测试
-第八周习题
-6.1什么是反馈
--6.1什么是反馈
-6.1什么是反馈--作业
-6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-第九部分--6.2正反馈与负反馈、直流反馈和交流反馈、局部反馈和级间反馈
-6.3交流负反馈的四种组态
-第九部分--6.3交流负反馈的四种组态
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断
-6.4有无反馈、直流与交流反馈的判断--作业
-6.5正反馈和负反馈的判断
-第九部分--6.5正反馈和负反馈的判断
-6.6交流负反馈四种组态的判断
-第九部分--6.6交流负反馈四种组态的判断
-6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-第九部分--6.7分立元件放大电路中反馈的分析
-6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-第九部分--6.8负反馈放大电路的方框图及一般表达式
-6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九部分--6.9基于反馈系数的放大倍数的估算方法
-第九周作业
-6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
--第十部分 6.10基于理想运放的电压放大倍数的计算方法
-6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
--第十部分 6.11深度负反馈放大电路电压放大倍数的讨论
-6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
--第十部分 6.12引入交流负反馈提高放大倍数的稳定性并改变输入、输出电阻
-6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
--第十部分 6.13引入交流负反馈展宽频带、减小非线性失真
-实验8-交流负反馈对放大电路性能的影响
-6.14如何根据需求引入负反馈
--第十部分 6.14如何根据需求引入负反馈
-6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
--第十部分 6.15负反馈放大电路产生自激振荡的原因及条件
-6.16负反馈放大电路稳定性分析
--第十部分 6.16负反馈放大电路稳定性分析
-6.17简单滞后补偿
--第十部分 6.17简单滞后补偿
-6.18放大电路中的正反馈
--第十部分 6.18放大电路中的正反馈
-第十周作业
-期末考试
--期末作业
