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三極管的頻率問題,怎么越挖越深~

2022/12/17 9:20:17??????點擊:
如下圖所示,三極管放大電路的直流電源給15V,輸入信號VG1為Vpp=2V,f=100MHz的正弦波。輸出端沒有放大效果,輸出端的波形基本和輸入端一致。這是什么原因?

針對這個問題,有小伙伴留言說,這個電路失去放大效果,確實是由于輸入波形的頻率過高。如果把輸入信號頻率降下來,放大效果就出來了。


知識點:特征頻率fT



細心的小伙伴可能會問:為什么把輸入信號頻率降下來,就有放大作用了?輸入信號頻率高到什么程度,才會失去放大作用?這兩個都是好問題,用心思考過才會有這樣的問題。

敲黑板,知!識!點!來!了!三極管有個參數(shù)“特征頻率fT”,當晶體工作頻率超過一定值時,β值開始下降。當β值下降到1時,所對應(yīng)的頻率即為該管的特征頻率。在三極管的Datasheet上,一定會標注出來該數(shù)值。如下圖所示,即為MMBT3904L的fT值,300MHz。



如此,當工作頻率f>特征頻率fT時,三極管必然失去放大作用。

這時細心的小伙伴可能又會問:輸入信號頻率是100MHz,還遠小于fT=300MHz啊,怎么會沒有放大作用?確實沒有超過300MHz,100MHz和300MHz之間差著200MHz呢!我們不妨看看輸入信號頻率在100MHz時的仿真結(jié)果。


如上圖所示,VF1是輸入端信號波形,100MHz,VF2是輸出端信號波形,也是100MHz。從幅值上看,VF2比VF1稍微大一點點。其實,此時是有放大倍數(shù)的,只是倍數(shù)比1大一點點,假定該放大倍數(shù)為A。

如果我們把VF1的頻率調(diào)整為200MHz,再看一下仿真效果,如下圖所示,VF2比VF1稍微大一點,此時依然是有放大倍數(shù),比1大一點,記為B。


如果我們把VF1的頻率調(diào)整為300MHz,又會怎樣呢?再仿真看一下。


如上圖所示,VF2和VF1基本重合。此時的放大倍數(shù)記作C,則C約等于1。如果把A、B、C放在一起看,一定是A>B>C≈1。其實,A和B也只是分別比C大一點點。

現(xiàn)在回答上面的問題,從微觀上看,像100Mhz,200Mhz這種小于三極管的fT特征頻率,三極管放大電路同樣表現(xiàn)出放大作用,只是放大倍數(shù)較小,略大于1。

進而在從宏觀上看,此時的三極管放大電路沒有放大效果。而像300MHz時,當工作頻率等于fT特征頻率時,三極管確實無放大作用。圖片


降低工作頻率



基于上面的分析,需要我們把輸入信號的頻率降下來,三極管電路才能表現(xiàn)出明顯的放大作用。

這時細心的小伙伴又會問了,輸入信號要比三極管的特征頻率低多少,才能有明顯的放大作用呢?

或者換種問法,三極管的工作頻率要比fT低多少,才算合適的工作頻率呢?工作頻率和放大倍數(shù)是否有定量關(guān)系?

我們不妨把VF1降到10MHz看看效果。

如上圖所示,VF2確實表現(xiàn)出明顯的放大波形。

我們把VF1降到100kHz,再看看效果。

什么鬼?VF2是表現(xiàn)出放大效果,但是失真了!

于是又產(chǎn)生一個問題,當VF1在100kHz時,VF2為什么會出現(xiàn)失真?如何消除失真?

怎么突然有種挖坑,越挖越深的趕腳!不行了,今天先挖到這里圖片