高频放大器等效电路分析


关于高频电子线路分析


通信电子线路中,由于通常是高频小信号,不可以使用模电(低频电子线路)中的图解法来分析,因为在高频时,其中包括了低频电路中不需要考虑的极间电容(高频时用以分流),而特性曲线只有在低频(或直流)情况下取得的关系不足以反应高频的工作特性。
可用Y参数等效电路通过导纳分析,晶体管存在内部反馈;并通过混合 π \pi π型等效电路进一步分析晶体管内部的物理过程。

高频:
介于3MHz与30MHz之间的频率
中频:
300KHz 到 3000KHz的频率
低频:
无线电波段中,将30~300千赫范围内的频率称低频;电子放大电路中,将接近音频(20赫兹~2万赫兹)的频率称为低频


形式等效电路


晶体管工作在线性区,可看成线性元件,可用有源四端网络参数微变等效电路来分析。
高频放大器等效电路分析_第1张图片
发射机发出的信号微弱,需要经过高频载波放大后再传至接收端。
信号的放大元件继承模电中的晶体管来进行分析。

通过输出短路的方式,可以得出y参数模型的形式等效电路。
短路导纳参数是晶体管本身的参数,只与晶体管的特性有关,与外电路无关,所以为内部参数
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当接入外电路,构成放大器后,由于输入端和输出端都接有外电路,于是得出相应的放大器y参数,它们不仅与晶体管有关,而且与外电路有关,故称为外参数。
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其中电压放大倍数是我们重点关心的特性,可以理解为右端网络中导纳 Y L 与 Y o e Y_L与Y_{oe} YLYoe上的电压 V 2 V_2 V2与等效电流源 y f e V 1 y_{fe}V_1 yfeV1的比值,下标f,r代表正向(forward),反向(reverse),e代表共发射极电路的参数。

Y i Y_i Yi输入导纳与负载导纳 Y L Y_L YL有关,这反映了晶体管有内部反馈,而这个内部反馈是通过反向传输导纳 y r e y_{re} yre所引起的。
A u A_u Au说明晶体管的正向传输导纳越大,则放大器的增益也越大;负号表示输入电压与输出电压相位相反,这是模电常识。


混合π型等效电路


为了考虑晶体管的物理特性,引入混合л等效电路。
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电容对交流的阻碍作用是容量越大阻碍越小、频率越高阻碍越小

容抗 X c = 1 2 π f C X_c=\frac{1}{2\pi fC} Xc=2πfC1
容值C越小的电容在同一时间内道流入流出的电荷也相对较少,所以电容值越小,表现出对电流阻碍越大
交流电频率越大,也自然更容易对电容进行充放电

极间电容的容量很小,一般百P以下,对于高频可视为通路,对于低频可视为断路,所以在低频电路里可不用考虑极间电容,而在高频电路则一定要考虑
高频管的极间电容比低频管的小得多。

C b ′ c C_{b^{'}c} Cbc可忽略, C b ′ e C_{b^{'}e} Cbe必须保留。
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单调谐回路谐振放大器


高频小信号放大器的电路分析包括:

  1. 多级分单级
  2. 静态分析
  3. 动态分析
  4. 整合系统
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    多级分单级
    前级放大器是本级放大器的信号源;后级放大器是本级放大器的负载(右端网络无论多复杂均可等效为负载)。
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    静态分析
    画出直流等效电路,其简化规则:交流输入信号为零;所有电容开路;所有电感短路
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    动态分析
    画出交流等效电路, 其简化规则:有交流输入信号,所有直流量为零;所有大电容短路;所有大电感开路。(谐振回路L、C保留
    直流电源高频时接地(即电源短路),扼流电感(即大电感)等效开路,隔离电容(即大电容)等效短路,其它小电容、小电感照画
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    再画出交流小信号等效电路
    并将耦合电感左侧电流源 y f e v b e y_{fe}v_{be} yfevbe和并联电阻 y o e y_{oe} yoe分别去抽头,将C点挂到3处,54认为挂在31之间,也将5挂到3上,最后只保留31。
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    进一步分析晶体管物理性质,将y参数电路继续等效。
    省略输入端反向传输导纳及电流源,将 y o e y_{oe} yoe等效为电纳 g o 1 g_{o1} go1和一电容 C o 1 C_{o1} Co1并联,同理也将负载 Y L Y_{L} YL等效为 g i 2 g_{i2} gi2 C i 2 C_{i2} Ci2并联,在传输电感 L 1 L_1 L1处再并联一个自身电纳 G p G_{p} Gp
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    最终整合为一个单调谐回路
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    有了这些参数,电压增益也可求了。
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    既然是一个单调谐电路,那么让导纳虚部为0就可获得谐振时的电压增益:
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