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三极管的频率问题+文末送书福利

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最近一段时间,工作上比较忙,没有及时输出,对不住各位小伙伴了。为此,给大家送点小福利,弥补一下。具体在文末,数量有限,硬微的老粉应该懂的,老规矩:凭本事拿。

关于三极管前面已经发了3篇:
选择三极管时应重点关注哪些参数?(1)
选择三极管时应重点关注哪些参数?(2)
选择三极管时应重点关注哪些参数?(3)
前2篇都是偏理论的,第3篇是偏工程的。在第3篇中文章中留了个问题,这里先回复下。

   

问题回复


   

   

如上图所示三极管放大电路,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。什么原因?

共有3位小伙伴做了回复,感谢三位的留言,特别是第一位小伙伴,回复很详细。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。感兴趣的同学,可以自己试一把。原始的仿真工程文件,我已经放在文末。

   

知识点:特征频率fT


   

   

细心的小伙伴,可能会问:

①为什么把输入信号频率降下来,就有放大作用了呢?

②输入信号频率高到什么程度才会失去放大作用呢?

这都是好问题,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。
细心的小伙伴,可能又会问:
③输入信号频率是100MHz,还远小于fT=300MHz啊,怎么会没有放大作用?
又是一个好问题。
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,会怎样?再仿真看下。

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。

所以,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。

   

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。
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?
或者换一种问法:
④三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?
不妨我们把VF1降到10MHz,看看效果。


如上图所示,VF2确实表现出明显的放**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!

又产生一个问题:

⑤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。

   

总  结


   

   
简单总结下今天聊的内容:
1、回复下上一篇文章留下的问题,确实是由于输入波形的频率过高导致三极管放大电路失去放大作用;
2、抛出3个问题:

①为什么把输入信号频率降下来,就有放大作用了?

②输入信号频率高到什么程度才会失去放大作用呢?

③输入信号频率是100MHz,还远小于fT=300MHz啊,怎么会没有放大作用?

3、引出了特征频率fT的概念。并用多组仿真数据探讨了在不同频率下的放大效果,尤其说明了在100MHz时,并不是没有放大效果,只是放大倍数很小,接近于1,宏观表现为没有放大效果;
4、继续降低频率,引出两个问题。

④三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?

⑤当VF1在100kHz时,VF2为什么会出现失真?如何消除失真?

   

文末福利


   

   

文章开头讲要给大家送点小福利。

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获取方式:凭本事!

留言截止时间:10月30日20点

小伙伴们可以直接在那篇文章末尾留言,回答下面的问题。

1、本文的分析逻辑是否存在问题?如有,请明确指出并给出改正意见;

2、三极管的工作频率要比fT低多少才算合适的工作频率?工作频率和放大倍数是否有定量关系?

3、当VF1在100kHz时,VF2为什么会出现失真?如何消除失真?

答出任意两个即可。全答出来的,享有优先权留言内容,我会逐一确认,按先后顺序,前4位回答正确的小伙伴,将分别赠送《硬十--无源器件篇》全新纸质书籍1本,包邮到家!

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来源:硬件微讲堂
电源电路电子理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-05-12
最近编辑:1年前
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