晶体管的h参数、y参数和S参数 - TBsoftStudio的专栏 - 52RD博客_52RD.com
TBsoftStudio的专栏
晶体管的h参数、y参数和S参数(&23:58)
标签：晶体管 h参数 y参数 S参数
晶体管的h参数、y参数和S参数
（日草稿）
笔者注：文中“晶体管”指普通双极型晶体管（BJT），“场效应管”指场效应晶体管（FET）。
目前小功率硅晶体管的特征频率（fT）一般都在100MHz以上，既可用于低频小信号放大器，也可用于高频小信号放大器。同样一只晶体管，用于低频小信号放大器，例如收音机前置低放时，通常选用h参数进行电路设计，而用于高频小信号放大器，例如收音机中放时，则一般要选用y参数进行电路设计，那么，什么是h参数和y参数呢？
画出晶体管共发射极放大器的交流等效电路，即去掉直流电源并看作短路，同时将耦合和旁路电容也看作短路，不难看出，输入信号加入到晶体管b―e之间，而输出信号从晶体管c―e之间输出，也就是说，b―e之间可看作一个输入端口，c―e之间可看作一个输出端口。在小信号情况下，晶体管可近似看作是线性的，因此，晶体管可看作线性二端口（输入端口和输出端口）网络。这样一来，我们完全可以把晶体管看作一个黑盒子，用二端口网络参数来描述晶体管的特性。
由于将晶体管等效为二端口网络，是从交流等效电路角度出发的，因此这里的二端口网络参数都是交流参数，相应的电压和电流都是交流电压和交流电流，可用瞬时值或者相量表示。常用的二端口网络参数有3种：
1、如果将二端口网络的输入端口和输出端口，从电流控制电压的角度去分析，则得出下列关系式（关系式中V和I应该是相量，下标i表示输入，o表示输出，下同）：
Vi=Z11Ii+Z12Io
Vo=Z21Ii+Z22Io
式中，Z11表示输入电流对输入电压的控制作用，Z12表示输出电流对输入电压的控制作用（输出对输入的控制作用也称为“反向传输作用”或者“反馈作用”，下同），Z21表示输入电流对输出电压的控制作用（输入对输出的控制作用也称为“正向传输作用”，下同），Z22表示输出电流对输出电压的控制作用。Z11、Z12、Z21和Z22的单位显然都是阻抗单位“欧姆”，因此称为“阻抗参数”或者“Z参数”。
如果输出端口开路（交流开路），则Io=0，那么Z11=Vi/Ii，可见Z11是输入阻抗；Z21=Vo/Ii，可见Z21表示输入电流对输出电压的控制作用，对于放大器，就表示放大作用。
如果输入端口开路（交流开路），则Ii=0，那么Z22=Vo/Io，可见Z22是输出阻抗；Z12=Vi/Io，可见Z12表示输出电流对输入电压的控制作用，对于放大器，就表示内部反馈作用。
因此，如果用仪器直接测量Z参数，则要求测量时有一个端口（交流）开路，所以Z参数又叫做“开路阻抗参数”。
2、如果将二端口网络的输入端口和输出端口，从电压控制电流的角度去分析，则得出下列关系式：
Ii=Y11Vi+Y12Vo
Io=Y21Vi+Y22Vo
式中，Y11表示输入电压对输入电流的控制作用，Y12表示输出电压对输入电流的控制作用，Y21表示输入电压对输出电流的控制作用，Y22表示输出电压对输出电流的控制作用。Y11、Y12、Y21和Y22的单位都是导纳单位“西门子”，因此称为“导纳参数”或者“Y参数”。
如果输出端口短路（交流短路），则Vo=0，那么Y11=Ii/Vi，可见Y11是输入导纳；Y21=Io/Vi，可见Y21表示输入电压对输出电流的控制作用，对于放大器，也表示放大作用，又称为“跨导”。
如果输入端口短路（交流短路），则Vi=0，那么Y22=Io/Vo，可见Y22是输出导纳；Y12=Ii/Vo，可见Y12表示输出电压对输入电流的控制作用，对于放大器，也表示内部反馈作用。
因此，如果用仪器直接测量Y参数，则要求测量时有一个端口（交流）短路，所以Y参数又叫做“短路导纳参数”。
3、如果将二端口网络的输入端口从电流控制电压角度分析，输出端口从电压控制电流角度分析，并考虑输入电流控制输出电流，输出电压控制输入电压，则得出下列关系式：
Vi=h11Ii+h12Vo
Io=h21Ii+h22Vo
式中，h11表示输入电流对输入电压的控制作用，h12表示输出电压对输入电压的控制作用，h21表示输入电流对输出电流的控制作用，h22表示输出电压对输出电流的控制作用。h11的单位是阻抗单位“欧姆”，h22的单位是导纳单位“西门子”，h12和h21则是没有单位的（或者称为“无量纲的纯数”），因此h11、h12、h21和h22称为“混合参数”或者“h参数”。
如果输出端口短路（交流短路），则Vo=0，那么h11=Vi/Ii，可见h11是输入阻抗；h21=Io/Ii，可见h21表示输入电流对输出电流的控制作用，对于放大器，仍然表示放大作用，又称为“电流放大系数（倍数）”。
如果输入端口开路（交流开路），则Ii=0，那么h22=Io/Vo，可见h22是输出导纳；h12=Vi/Vo，可见h12表示输出电压对输出电压的控制作用，对于放大器，仍然表示内部反馈作用。
如果用仪器直接测量h参数，则要求输入端口（交流）开路，输出端口（交流）短路。
Z参数、Y参数和h参数都可用于描述二端口网络的特性，那么对于放大电路中的放大器件，例如电子管、晶体管或者场效应管，当它们交流等效于二端口网络时，选用什么参数描述比较合适呢？可以从三条原则来考虑：1、符合器件放大特性；2、容易测量；3、适合所在电路的计算。
电子管和场效应管是电压控制电流器件，输入电压（栅压）控制输出电流（屏流或者漏流），Y参数中的Y21正好表示输入电压对输出电流的控制作用，因此选择Y参数描述较为合适。
晶体管是电流控制电流器件，输入电流（基极电流）控制输出电流（集电极电流），h参数中的h21正好表示输入电流对输出电流的控制作用，因此选择h参数描述较为合适。
晶体管选择h参数描述还有一个好处。我们知道，任何测量电压和电流的仪表都不是理想的，电压表内阻虽然大，但不是开路，只有当信号源阻抗小时才能看作开路；电流表内阻虽然小，但不是短路，只有当信号源阻抗大时才能看作短路，晶体管输入阻抗低而输出阻抗高，如果选择Z参数描述，测量Z21时，测量Vo的电压表可能导致输出端口不是真正交流开路，破坏了Z21的测量准确性；如果选择Y参数描述，测量Y12时，测量Ii的电流表可能导致输入端口不是真正交流短路，破坏了Y12的测量准确性。而测量h参数时要求晶体管低阻抗的输入端口交流开路，高阻抗的输出端口交流短路，容易实现，测量准确。
晶体管低频小信号工作时，极间电容可以忽略，晶体管可等效为电阻和线性受控电流源组成的二端口网络，因此无论交流电压和交流电流用相量还是瞬时值表示，h参数都一样，而且都为实数，将h11、h12、h21和h22分别用hi、hr、hf和ho表示，并加上一个下标“e”表示共发射极状态，则得出晶体管在共发射极低频小信号放大器中工作时，晶体管h参数的表达式（表达式中的电压和电流均为交流成分，用瞬时值表示）：
hie=vbe/ib（vce=0，表示实际vCE固定不变，即交流成分值为零，部分资料中也写作vCE=常数或者vCE=VCEQ，下同）
hre=vce/vbe（ib=0，表示实际iB固定不变，即交流成分值为零，部分资料中也写作iB=常数或者iB=IBQ，下同）
hfe=ic/ib（vce=0）
hoe=ic/vce（ib=0）
晶体管极间电容中的Cob（可近似认为等于集电结电容）是导致内部反馈的主要原因，低频小信号工作时，Cob的影响可以忽略，因此hre很小，一般可以忽略。晶体管输出近似恒流源，ic基本不随vce变化，因此hoe也很小，一般也可以忽略。
因此h参数中，最为重要的就是hie和hfe，二者的实际意义都很明确，hie即共发射极输入阻抗，低频小信号工作时可以认为等于rbe；hfe即共发射极放大系数（倍数），也就是晶体管最重要的参数――β。
但晶体管高频工作时，情况就发生了变化。
频率越高，Cob的容抗越小，Cob导致的内部反馈作用再也不能忽略了，同时极间电容导致的移相作用越来越明显，输出和输入之间出现了附加相位差，内部反馈作用和附加相位差还随频率变化而变化。此时如果仍然将晶体管交流等效于二端口网络，则交流电压和交流电流只能用相量表示，二端口网络参数也变成了虚数，表示存在附加相位差，而且参数成为了频率的函数。
对于高频小信号放大器，从交流等效电路角度去看，晶体管的输入和输出一般是和并联谐振回路并联的，并联谐振回路使用回路元件的导纳进行计算较为简单，因为导纳并联可以直接相加，而Y参数本身就是导纳参数，也可以直接和并联谐振回路元件的导纳相加，使得晶体管对并联谐振回路影响的计算简化，因此高频小信号放大器多使用Y参数描述晶体管等效的二端口网络，也就是使用晶体管的Y参数进行计算。晶体管在共发射极高频小信号放大器中工作时，晶体管的Y参数Y11、Y12、Y21和Y22通常用yie、yre、yfe和yoe表示，因此部分资料中也将Y参数写作y参数。
高频下，晶体管的Y参数都是虚数，而且是频率的函数，同时也是集电极电流的函数，可以根据晶体管手册上提供的Cob、fT、hFE等参数，近似计算特定频率和集电极电流的Y参数，也可以通过专用仪器进行测量。
对于场效应管，由于它本来就是电压控制电流器件，无论低频还是高频工作，都用Y参数描述。场效应管在共源极小信号放大器中工作时，场效应管的Y参数Y11、Y12、Y21和Y22通常用yis、yrs、yfs和yos表示，这些参数在低频工作时也可看作实数，高频工作时为虚数，其中一定工作频率下yfs的模|yfs|即可认为是场效应管的跨导gm，国外场效应管手册多用|yfs|表示跨导。
当频率进一步升高到射频频段（一般指频率大于等于300MHz的UHF以上频段）时，则Y参数也不适用了，因为此时分布参数会严重影响电压和电流的测量，导致Y参数根本无法测量准确，射频频段容易测量准确的是功率，包括入射功率和反射功率。此时如果要将器件，包括晶体管、场效应管和射频集成电路交流等效为二端口网络，只能使用二端口网络的另一种参数――S参数（散射参数），S参数可以根据功率测量计算，可以保证在射频频段仍然测量准确。国外超高频晶体管，例如2SC3355等，手册上通常提供的是S参数。
无论是Z参数、Y参数、h参数还是S参数，它们本质都是将器件交流等效为二端口网络之后的二端口网络参数，与器件本身特性无关，因此它们可以互相换算，但换算时要注意器件的工作状态。例如将晶体管手册上的低频h参数换算为“Y参数”，则这种“Y参数”在晶体管高频工作时根本没有意义，因为二者工作状态不同，但如果将晶体管手册上的射频S参数换算为同样频率的Y参数，则只要工作频率相同，换算出的Y参数完全可用于计算。
换算的简单方法可以使用Matlab，在Matlab中安装“射频工具箱（RF Toolbox）”，则提供了一组函数可用于二端口网络参数的换算，例如s2y函数可将S参数换算为Y参数。
例：将2SC3355手册上提供的S参数换算为Y参数，VCE=10V，IC=20mA，Z0（特征阻抗或者特性阻抗）=50Ω，f（工作频率）=200MHz。
先在Matlab中安装RF Toolbox（是Matlab的一部分，可在安装Matlab时一起安装），然后按照手册上提供的S参数，输入命令行：
s2y([0.173*exp(j*(-80.3)*pi/180),0.041*exp(j*73.8*pi/180); 13.652*exp(j*103.4*pi/180),0.453*exp(j*(-21.8)*pi/180)],50)
运算结果为：
&& 0.0079 + 0.0028i& -0.0001 - 0.0008i
&& 0.1170 - 0.2406i&& 0.0004 + 0.0011i
（Matlab中，i和j均可表示虚数单位）
因此Y参数为：
相关函数和Matlab RF Toolbox的进一步使用，可参阅Matlab的帮助。
评 论2楼&TBsoftStudio&发表于& 18:48&1楼 52RD网友说：上面hre=vce/vbe写反了，应当是hre=vbe/vce。多谢，笔误。1楼&52RD网友&发表于& 15:30&上面hre=vce/vbe写反了，应当是hre=vbe/vce。
博客名称:TBsoft工作室
日志总数:1
评论数量:3
访问次数:8452
建立时间: 23:55
TBsoftStudio：(7-25)
52RD网友：(1-10)Access denied | www.mendeley.com used Cloudflare to restrict access
Please enable cookies.
What happened?
The owner of this website (www.mendeley.com) has banned your access based on your browser's signature (aca786e-ua98).Quantification of Mitochondrial DNA with the A1555G Mutation in NSHI Patients and Analysis of the Heterogeneity from Different Tissues--《中华医学会第七次全国中青年检验医学学术会议论文汇编》2012年
Quantification of Mitochondrial DNA with the A1555G Mutation in NSHI Patients and Analysis of the Heterogeneity from Different Tissues
【摘要】：正Aim The objective of this study was to develop a real-time amplification refractory mutation system-quantitative PCR(RT-ARMS-qPCR) assay for quantitation of mitochondrial DNA(mtDNA) with A1555G mutation and to analysis of the heterogeneity from different tissues in Non-syndromic deafness (NSHI) patients.
【作者单位】：
【分类号】：R440
欢迎：、、)
支持CAJ、PDF文件格式，仅支持PDF格式
【相似文献】
中国期刊全文数据库
;[J];四川大学学报(医学版);1984年04期
刘彦,赵亚南;[J];第二军医大学学报;1992年02期
刘爱平,周元恺;[J];第四军医大学学报;1992年05期
张丽容,刘迺丰,陈日新,张丽珊,黄鹰,李方园,王世浚;[J];中国优生与遗传杂志;1993年04期
张宏;[J];国外医学.皮肤性病学分册;1995年04期
刘世信,韩洪秋,赵丽中,朱理玮,梁辉;[J];中国肿瘤临床;1997年05期
余日安,陈学敏;[J];中国公共卫生学报;1998年02期
周晓慧;[J];承德医学院学报;1998年02期
陶震江,万林忠,叶玉霞,熊美萍,陈伟丽,顾慧巍;[J];口腔医学;1998年03期
陈至善!200052上海,熊显华!200052上海;[J];临床肿瘤学杂志;1998年02期
中国重要会议论文全文数据库
吴晓林;;[A];中国遗传学会模式生物与人类健康研讨会会议论文集[C];2010年
;[A];中国的遗传学研究——遗传学进步推动中国西部经济与社会发展——2011年中国遗传学会大会论文摘要汇编[C];2011年
;[A];湖北省植物病理学会2002年学术年会论文集[C];2002年
;[A];华东六省一市生物化学与分子生物学会2003年学术交流会论文摘要集[C];2003年
;[A];遗传学与社会可持续发展——2010中国青年遗传学家论坛论文摘要汇编[C];2010年
;[A];基因开启未来：新时代的遗传学与科技进步——湖北省遗传学会第八次代表大会暨学术讨论会论文摘要汇编[C];2009年
;[A];“细胞活动 生命活力”——中国细胞生物学学会全体会员代表大会暨第十二次学术大会论文摘要集[C];2011年
;[A];2011年全国时间生物医学学术会议论文集[C];2011年
Jamie Y.CJohnny SJulia J.Li;Wai S.PMarie C.L;[A];中国抗癌协会神经肿瘤专业委员会第八届学术会议论文集[C];2011年
金建玲;高培基;;[A];首届中国青年学者微生物遗传学学术研讨会论文摘要集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库
南方;[N];中国企业报;2009年
吴强;[N];中国食品质量报;2010年
陈杰;[N];科技日报;2010年
刘霞;[N];科技日报;2010年
冯卫东;[N];科技日报;2008年
许文强;[N];大众科技报;2008年
施晓焰　通讯员
马丽娟;[N];人民公安报;2009年
张巍巍;[N];科技日报;2010年
常丽君;[N];科技日报;2010年
常丽君;[N];科技日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库
S[D];中国海洋大学;2003年
郭晓兰;[D];重庆医科大学;2010年
陈志健;[D];浙江大学;2010年
赵丽霞;[D];内蒙古农业大学;2010年
朱慧芳;[D];浙江大学;2009年
沈美龙;[D];南京医科大学;2010年
徐铁刚;[D];上海交通大学;2008年
万超;[D];武汉大学;2009年
高鹏;[D];吉林大学;2011年
魏旭;[D];南京理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库
耿圣飞;[D];四川大学;2007年
山晓东;[D];大连理工大学;2009年
李芳;[D];西北大学;2011年
李晖;[D];浙江大学;2010年
蔡永聪;[D];广西医科大学;2010年
肖友生;[D];广西医科大学;2010年
周勤虎;[D];中国医科大学;2010年
朱英杰;[D];西南交通大学;2010年
苟新春;[D];兰州大学;2010年
李伟;[D];兰州大学;2010年
&快捷付款方式
&订购知网充值卡
400-819-9993tb1800h-13-f_tb1800h-13-f价格_tb1800h-13-f批发/采购 - 阿里巴巴
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
月均发货速度：
阿里巴巴为您找到8条tb1800h-13-f产品的详细参数，实时报价，价格行情，优质批发/供应等信息。
感兴趣的产品
感兴趣的厂家
感兴趣的内容
48小时发货
48小时发货