模电例题.分析!课件

4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共基极和共集电极放大电路的高频响应单级共基极和共集电极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。号频率变化时的响应。4.7.1 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则sRCsCRsCsVsVsAV 11/1/1)()()(ioHfsj2j 且令且令RCf21H 又又)/j(11HioHffVVAV 电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctanHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数RC低通电路低通电路 最大误差最大误差-3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应2HH)/(11ffAV 1.RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应)/(arctanHHff 2.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：RCsssCRRsVsVsAV/1 /1)()()(ioL 幅频响应幅频响应2LL)/(11ffAV 相频响应相频响应)/(arctanLLff 输出超前输入输出超前输入RC高通电路高通电路 4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出 rbe 发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 Cbe 发射结电容发射结电容rbc 集电结电阻集电结电阻 Cbc 集电结电容集电结电容 rbb 基区的体电阻，基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点互导互导CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 简化模型简化模型混合混合 形高频小信号模型形高频小信号模型 cecbrr和和忽忽略略 1.BJT的高频小信号模型的高频小信号模型2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1(IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因为又因为ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价3.BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI)j/1(|)j/1(|cbebebbeb CCrIV低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 当当cbm Cg 时，时，ebcbeb0)(j1 rCC ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)(的幅频响应的幅频响应201)/(ff 共发射极截止频率共发射极截止频率f特征频率特征频率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)(Tfff 共基极截止频率共基极截止频率 f3.BJT的频率参数的频率参数arctanff 的相频响应的相频响应 f(1 0)f f fT 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 形高频等效电路形高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 形高频等效电路形高频等效电路对节点对节点 c 列列KCL得得0j)(cbeboLoebm CVVRVVg 由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj)(cb CVVIC 又又因因为为称为称为密勒电容密勒电容M1CcbLmebMj)1(1cb CRgIVZC 则则表表示示若若用用之之间间存存在在一一个个电电容容和和相相当当于于 e b M1,C cbLmM1)1(CRgC而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能不能cb C忽略忽略 的电流。的电流。目标：断开输入输出之间的连接目标：断开输入输出之间的连接4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应cbLmM1)1(CRgC同理，在同理，在c、e之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且cbM2 CC等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系1.高频响应高频响应 形高频等效电路形高频等效电路4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 形高频等效电路形高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1(CRgC 输出回路的时间常数输出回路的时间常数远小于输入回路时间常数，远小于输入回路时间常数，考虑高频响应时可以忽略考虑高频响应时可以忽略CM2的影响。的影响。cbM2 CCM1M2CC M1ebCCC 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应 形高频等效电路形高频等效电路目标：简化和变换目标：简化和变换cbLmM1)1(CRgCM1ebCCC ebbbbs|)|(rrRRRsbebsbebbeebs|VrRRrRrrV ebbbberrr 4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应单级共射极放大电路的频率响应1.高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率ebLmo VRgV由电路得由电路得soHVVAVS 电压增益频响电压增益频响其中其中RCf21H 中频增益或通中频增益或通带源电压增益带源电压增益上限频率上限频率sbebsbebbeebs|VrRRrRrrV RCrRRrRrrRg j11|bebsbebbeebLm)/j(1HMffAVS M1ebCCC ebbbbs|)|(rrRRRsebj11VRCV bebsbebbeebLmSM|rRRrRrrRgAV bebsbebbeL0|rRRrRrR 1.高频响应高频响应高频响应和上限频率高频响应和上限频率RC低通电路低通电路)/j(11HHffAV )/j(11HMHffAAVSVS 共射放大电路共射放大电路频率响应曲线变化趋势相同频率响应曲线变化趋势相同 180 arctan(f/fH)相频响应相频响应幅频响应幅频响应2HMH)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVSVS 增益增益-带宽积带宽积RC21 BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数1.高频响应高频响应HSMfAV cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm1|21|CRgCRRrrrRRrRrrRg bebsbebbeebLm|rRRrRrrRg 当当RbRs及及Rbrbe时，有时，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HSMfAV 例题例题 解：解：模型参数为模型参数为例例4.7.1 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：，1ksR，pF5.000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr。k5cR负载开路，负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。mgTVIEmV26mA1 S 038.0 ebrm0g S 038.0001 k 6.2 ebCcbTm2 CfgpF 8.14 M1Ccbcm)1(CRgpF 7.96 SMVAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CM1C pF 5111.低频电压增益为低频电压增益为 R)(bbs rReb|r k 77.0又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为 HfRC21MHz 85.1 SMlg20VA51.133lg20 dB 5.42 dB/lg20SVA2.低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路2.低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路Rb=（Rb1|Rb2）远大于）远大于R i ee1RC ，CeCb2 ceII R ieb1eb11)1(CCCCC soSLVVAV)/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS besLSMrRRAV )(21bes1L1rRCf )(21Lcb2L2RRCf 中频区中频区(即通常内即通常内)源电压增益源电压增益当当则则下限频率取决于下限频率取决于L1f2.低频响应低频响应低频响应低频响应 Lcb2bes1besL/j11/j11RRCrRCrRR L2L14 ff 当当)/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS 2.低频响应低频响应低频响应低频响应 下限频率取决于下限频率取决于L1f当当 时，时，L2L14 ff 相频响应相频响应 180 arctan(fL1/f)180 arctan(fL1/f)幅频响应幅频响应2L1ML)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVSVS )/j(11 L1MLffAAVSVS 2.低频响应低频响应低频响应低频响应包含包含fL2的幅频响应的幅频响应4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路高频响应高频响应ebm2 CgTf 特征频率特征频率1.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应 H2H1SMSHffffAAj1j1VV ebeesH1|21CrRRf cbLH221CRf eeseeLmSM|RrRRrRgAV 其中其中由于由于re很小很小由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。ebeebeesH121|21CrCrRRf 4.7.4 单级共集电极和共基极放大电路的高频响应单级共集电极和共基极放大电路的高频响应2.共集电极放大电路的高频响应共集电极放大电路的高频响应1.多级放大电路的增益多级放大电路的增益)j()j()j(io VVAV)j()j()j()j()j()j(-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j()j()j(21 VnVVAAA 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应2.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电多级放大电路的通频带比路的通频带比它的任何一级它的任何一级都窄。都窄。（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，。707.0M1VA两级的增益为两级的增益为。5.0)707.0(M122M1VVAA 即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带宽。4.7.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应end