场效应管Y参数等效模型.PPT

2.1.1 电阻　　一个实际的电阻器，在低频时主要表现为电阻特性。电阻是导体由欧姆定律所决定的电学参数，表示了电流与电压的关系： 　　　　　　　　　　　　U=RI (2-1) 　　对于工程中的电阻元件，在高频使用时不仅表现有电阻特性的一面，还表现有电抗特性的一面。电阻器的电抗特性反映的就是其高频特性。一个电阻R的高频等效电路如图2.1 所示。其中，CR为分布电容，LR为引线电感，R为电阻。由于容抗为1/(ωC)，感抗为ωL，其中ω=2πf为角频率，可知容抗与频率成反比，感抗与频率成正比。 　分布电容和引线电感越小，表明电阻的高频特性越好。电阻器的高频特性与制作电阻的材料、 电阻的封装形式和尺寸大小有密切关系。一般说来，金属膜电阻比碳膜电阻的高频特性要好，而碳膜电阻比线绕电阻的高频特性要好，表面贴装(SMD)电阻比引线电阻的高频特性要好，小尺寸的电阻比大尺寸的电阻的高频特性要好。 　　其中，电感 L为分布电感或(和)极间电感，小容量电容器的引线电感也是其重要组成部分。引线导体损耗用一个串联的等效电阻R1表示，介质损耗用一个并联的电阻R2表示，同样得到一个典型电容器的阻抗与频率的关系，如图 2.4所示。由于存在介质损耗和有限长的引线，电容显示出与电阻同样的谐振特性。每个电容器都有一个自身谐振频率。当工作频率小于自身谐振频率时，电容器呈正常的电容特性； 但当工作频率大于自身谐振频率时，电容器的阻抗随频率的升高而增大，这时电容器呈现出感抗特性。 2.1.3 电感　　电感通常由导线在圆柱导体上绕制而成，因此电感除了考虑本身的感性特征外，还需要考虑导线的电阻以及相邻线圈之间的分布电容。高频电感的等效电路模型如图2.5所示，寄生旁路电容C和串联电阻R分别是考虑到分布电容和导线电阻的综合效应而加的。与电阻和电容相同，电感的高频特性同样与理想电感的预期特性不同，如图2.6所示。首先，当频率接近谐振点时，高频电感的阻抗迅速提高； 然后，当频率继续提高时，寄生电容C的影响成为主要的因素，线圈阻抗逐渐降低。 　　电阻在低频时阻值恒定，在高频时显示出谐振的二阶系统响应。电容在低频时电容值与频率成反比，在高频时电容中的电介质产生了损耗，显示出电容的阻抗特性。电感在低频时阻抗响应随频率的增加而线性增加，在高频时显示出电容特性。这些无源器件在高频的特性都可以通过前面提到的品质因数描述。　　对于电容和电感来说，为了达到调谐的目的，通常希望得到尽可能高的品质因数。 2.2.1 二极管　　在高频电路中二极管主要用于调制、 检波、 解调、 混频及锁相环等非线性变换电路。　　工作在不同的状态，二极管中的电容产生的影响效果也不同。二极管的电容效应在高频电路中不能忽略。要正确使用二极管，可参考半导体器件手册中给出的不同型号二极管的参数。 　　1. 二极管的电容效应　　二极管具有电容效应。它的电容包括势垒电容CB和扩散电容CD。二极管呈现出的总电容Cj相当于两者的并联，即Cj＝CB+CD。 当二极管工作在高频时，其PN结电容(包括扩散电容和势垒电容)不能忽略。当频率高到某一程度时，电容的容抗小到使PN结短路, 导致二极管失去单向导电性，不能工作。　　PN结面积越大，电容也越大，越不能在高频情况下工作。 　　二极管是一个非线性器件，而对非线性电路的分析和计算是比较复杂的。为了使电路的分析简化，可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。考虑到二极管的电阻和门限电压的影响，实际二极管可用图2.7所示的电路来等效。在二极管两端加直流偏置电压和二极管工作在交流小信号的条件下，可以用简化的电路来等效，如图2.7(b)所示。图中，rs为二极管P区和N区的体电阻，rj为二极管PN 结结电阻。 　　例1 二极管PN结分布参数特性分析。　　解　 在PSpice中选择一个二极管，并连接成图2.8所示的电路。　　仿真时把信号源的输入偏置电压设置成1 V(高于二极管结压降)，选择幅度为1 V的方波，仿真结果如图2.9所示。可以看到，输入的方波电压在输出端发生了变化，形成了上升阶段和下降阶段的过脉冲，以及其后的放电效应，这说明二极管的PN结存在电容，而这个电容在低频阶段(方波的平坦区域)没有起作用。 　　观察二极管的频率响应特性，如图2.10所示。 　　图2.10说明，二极管中确实存在电容。　　(1) 当输入信号的频率低于10 MHz时，输入和输出电压相差一个二极管的结压降(输出电压低于输入电压)。　　(2) 输入信号的频率超过10 MHz后，二极管压降开始减小。　　(3) 当频率高到一定程度后(如10 MHz)，就会出现完全导通、 没有结压降