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三极管的频率问题,怎么越挖越深~

2022/12/17 9:20:17      点击:
如下图所示,三极管放大电路的直流电源给15V,输入信号VG1为Vpp=2V,f=100MHz的正弦波。输出端没有放大效果,输出端的波形基本和输入端一致。这是什么原因?

针对这个问题,有小伙伴留言说,这个电路失去放大效果,确实是由于输入波形的频率过高。如果把输入信号频率降下来,放大效果就出来了。


知识点:特征频率fT



细心的小伙伴可能会问:为什么把输入信号频率降下来,就有放大作用了?输入信号频率高到什么程度,才会失去放大作用?这两个都是好问题,用心思考过才会有这样的问题。

敲黑板,知!识!点!来!了!三极管有个参数“特征频率fT”,当晶体工作频率超过一定值时,β值开始下降。当β值下降到1时,所对应的频率即为该管的特征频率。在三极管的Datasheet上,一定会标注出来该数值。如下图所示,即为MMBT3904L的fT值,300MHz。



如此,当工作频率f>特征频率fT时,三极管必然失去放大作用。

这时细心的小伙伴可能又会问:输入信号频率是100MHz,还远小于fT=300MHz啊,怎么会没有放大作用?确实没有超过300MHz,100MHz和300MHz之间差着200MHz呢!我们不妨看看输入信号频率在100MHz时的仿真结果。


如上图所示,VF1是输入端信号波形,100MHz,VF2是输出端信号波形,也是100MHz。从幅值上看,VF2比VF1稍微大一点点。其实,此时是有放大倍数的,只是倍数比1大一点点,假定该放大倍数为A。

如果我们把VF1的频率调整为200MHz,再看一下仿真效果,如下图所示,VF2比VF1稍微大一点,此时依然是有放大倍数,比1大一点,记为B。


如果我们把VF1的频率调整为300MHz,又会怎样呢?再仿真看一下。


如上图所示,VF2和VF1基本重合。此时的放大倍数记作C,则C约等于1。如果把A、B、C放在一起看,一定是A>B>C≈1。其实,A和B也只是分别比C大一点点。

现在回答上面的问题,从微观上看,像100Mhz,200Mhz这种小于三极管的fT特征频率,三极管放大电路同样表现出放大作用,只是放大倍数较小,略大于1。

进而在从宏观上看,此时的三极管放大电路没有放大效果。而像300MHz时,当工作频率等于fT特征频率时,三极管确实无放大作用。图片


降低工作频率



基于上面的分析,需要我们把输入信号的频率降下来,三极管电路才能表现出明显的放大作用。

这时细心的小伙伴又会问了,输入信号要比三极管的特征频率低多少,才能有明显的放大作用呢?

或者换种问法,三极管的工作频率要比fT低多少,才算合适的工作频率呢?工作频率和放大倍数是否有定量关系?

我们不妨把VF1降到10MHz看看效果。

如上图所示,VF2确实表现出明显的放大波形。

我们把VF1降到100kHz,再看看效果。

什么鬼?VF2是表现出放大效果,但是失真了!

于是又产生一个问题,当VF1在100kHz时,VF2为什么会出现失真?如何消除失真?

怎么突然有种挖坑,越挖越深的赶脚!不行了,今天先挖到这里图片