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三极管的频率参数

三极管极间电容的存在→ β 成为频率的函数→ β 的频率特性→描述三极管频率特性的几个参数(三极管频率参数)→考虑极间电容时的等效电路(混合 π 型等效电路)。
三极管由两个pn结组成,而pn结是有电容效应的,如图所示。
信号频率不太高时(如低频、中频)→结电容容抗很大→可视为开路→结电容不影响放大倍数。当频率较高时→结电容容抗减小→其分流作用增大→集电极电流 i c 减小→ i c 与 i b 之比下降→三极管电流放大系数 β 将降低→放大倍数降低。同时,由于 i c 与 i b 之间存在相位差,放大倍数还会产生附加相移。
因此,信号处于低频和中频时,电流放大系数 β 是常数,高频时,电流放大系数 β 是频率 f 的函数,可表示为
β ˙ = β 0 1+j f f β
β 0 —中频时共射电流放大系数。 β ˙ 的模可表示为:
| β ˙ |= β 0 1+ ( f f β ) 2
其随频率变化的特性如图所示。
三极管的几个频率参数:
1、共射截止频率 f β
共射截止频率 f β : | β ˙ |= 1 2 β 0 ≈0.707 β 0 时所对应的频率。
2、特征频率 f t
特征频率 f t : | β ˙ |=1 时所对应的频率。
当信号频率 f> f t 时, | β ˙ |<1 ,三极管将无放大能力。所以不允许三极管工作在如此高的频率。特征频率 f t 与截止频率 f β 的关系如下:
1= β 0 1+ ( f t f β ) 2
通常 f t / f β >>1 ,所以 f t ≈ β 0 f β 。
3、共基截止频率 f α
由 α ˙ 与 β ˙ 的关系可知:
α ˙ = β ˙ 1+ β ˙
所以, α ˙ 也是频率 f 的函数,可表示为
α ˙ = α 0 1+j f f α ,
| α ˙ |= α 0 1+ ( f f α ) 2
共基截止频率 f α : | α ˙ |= 1 2 α 0 ≈0.707 α 0 时所对应得频率。
f α 、 f β 、 f t 三者的关系分析如下:
α ˙ = β ˙ 1+ β ˙ = β 0 1+j f f β 1+ β 0 1+j f f β = β 0 1+ β 0 1+j f ( 1+ β 0 ) f β
∴ f α =( 1+ β 0 ) f β
可见, f α >> f β ,因此共基组态的高频特性比共射组态的好。
f α 、 f β 、 f t 三者的关系: f β < f t < f α 。
一般 β 0 >>1 , ∴ f α ≈ β 0 f β = f t 。
三极管的频率参数是选择三极管的重要依据之一。通常,在要求通频带比较宽的放大电路中,应选用高频管,即频率参数值较高的三极管。如对通频带没有特殊要求,可选用低频管。
4、三极管混合 π 型等效电路
1. 三极管混合 π 型等效电路
考虑三极管极间电容后,三极管内部结构如图3.5(a)所示,其中:
c b'e —发射结等效电容;
c b'c —集电结等效电容;
r b'c —集电结反向电阻,其值很大,可视为开路;
r b'e —发射结正向电阻;
r bb' —基区体电阻电阻;
g m u ˙ b'e —发射结对集电极电流的控制作用, g m 称为跨导。
将 r b'c 视为开路,则可得三极管混合 π 型等效电路等效,如图3.5(b)所示。
2. 混合 π 型等效电路参数确定
低频和中频时,极间电容可不考虑,此时的混合 π 型等效电路如图3.6(a)所示。图3.6(b)为三极管微变等效电路。
比较图3.6(a)和(b)可得:
r be = r bb' + r b'e = r bb' +( 1+β ) 26(mv) i eq (ma)
比较还可得:
g m u ˙ b'e = g m i b r b'e =β  i b
g m = β  i b i b r b'e = β r b'e = β β 26(mv) i eq (ma)
c b'e 由下式计算:
5、简化的混合 π 型等效电路
在混合 π 型等效电路中, c b'c 跨接在 b ' 和 c 之间,将输入回路与输出回路直接联系起来,使电路的求解过程很复杂。为此,可利用密勒定理将 c b'c 分别等效为 b ' 、 e 之间电容和 c 、 e 之间电容,如图3.7所示,其中 k= u ˙ ce / u ˙ b'e 。
推导过程:
i ′ = u ˙ b'e − u ˙ ce 1 jω c b'c = u ˙ b'e ( 1− u ˙ ce u ˙ b'e ) 1 jω c b'c
令 u ˙ ce u ˙ b'e =k ,则
i ' = u ˙ b'e ( 1−k ) 1 jω c b'c = u ˙ b'e 1 jω( 1−k ) c b'c
所以,从 b ' 、 e 两端看进去,可等效为 (1−k) c b'c 。
同理:
i = u ˙ ce − u ˙ b'e 1 jω    c b'c = u ˙ ce ( 1− 1 k ) 1 jω    c b'c = u ˙ ce 1 jω   ( k−1 k )    c b'c
所以,从 c 、 e 两端看进去,可等效为 ( k−1 ) k c b'c 。
最后得简化混合 π 型等效电路如图3.8所示。其中 c ' = c b'e +(1−k) c b'c
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