模拟电子技术基础：第14讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路 (2)

第十四讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路第十四讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路一、频率响应的基本概念二、放大电路的频率参数三、晶体管的高频等效电路四、场效应管的高频等效电路一、频率响应的基本概念1.研究的问题：研究的问题：放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。函数。在使用一个放大电路时应了解其信号频率的在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。率的范围要求。2.基本概念基本概念（1）高通电路高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1io（1）高通电路：频率响应高通电路：频率响应RCRCUUAuj1jiofL低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？LLLj1j21ffffARCfu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大时放大倍数约为倍数约为1（2）低通电路）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1io（2）低通电路：频率响应）低通电路：频率响应HHj1121ffARCfu，则令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAu低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时放大时放大倍数约为倍数约为1（3）几个结论）几个结论LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45；当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子Lj11ff 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。二、放大电路的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff三、晶体管的高频等效电路三、晶体管的高频等效电路 1.混合混合模型：形状像模型：形状像，参数量纲各不相同，参数量纲各不相同结构：结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻：基区体电阻rbe：发射结电阻：发射结电阻C：发射结电容：发射结电容re：发射区体电阻：发射区体电阻rbc：集电结电阻：集电结电阻C：集电结电容：集电结电容rc：集电区体电阻：集电区体电阻因多子浓因多子浓度高而阻度高而阻值小值小因面积大因面积大而阻值小而阻值小混合混合模型：模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系 gm为跨导，它不随信号频率为跨导，它不随信号频率的变化而变。的变化而变。为什么引入参数为什么引入参数gm？因在放大区因在放大区iC几乎仅几乎仅决定于决定于iB而阻值大而阻值大因在放大区承受反因在放大区承受反向电压而阻值大向电压而阻值大混合混合模型：忽略大电阻的分流模型：忽略大电阻的分流 C连接了输入回路连接了输入回路和输出回路，引入和输出回路，引入了反馈，信号传递了反馈，信号传递有两个方向，使电有两个方向，使电路的分析复杂化。路的分析复杂化。混合混合模型的单向化（即使信号单向传递）模型的单向化（即使信号单向传递）Lmebceeb)1(RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1(CRgC 1CkkC同理可得，等效变换后电流不变等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路EQT0ebbb)1(CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑 C？2.电流放大倍数的频率响应电流放大倍数的频率响应CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因为)(21j1 )(j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg为什么短路？为什么短路？电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg)(1j1-90 0 -45 707.02 0000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图:采用对数坐标系采用对数坐标系71.5，lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝”（dB），使得），使得“”“”。lg fdB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法3.晶体管的频率参数晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论：低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式；截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系；波特图及其折线画法；波特图及其折线画法；C的求法。的求法。手册手册查得查得四、场效应管的高频等效电路可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。很大，可忽略其电流很大，可忽略其电流单向化变换单向化变换极间电容极间电容CgsCgdCds数值数值/pF1101100.11dgLmgsgs)1(CRgCC忽略忽略d-s间等效电容间等效电容讨论一1.若干个放大电路的放大倍数分别为若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f讨论二讨论二 电路如图。已知各电阻阻电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电值；静态工作点合适，集电极电流极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF，f=1MHz。试求解该电路中晶体管高试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。频等效模型中的各个参数。清华大学 华成英 讨论二讨论二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC