放大电路的频率响应

华成英 第五章 放大电路的频率响应华成英 第五章 放大电路的频率响应5.1 5.1 频率响应的有关概念频率响应的有关概念5.2 5.2 晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路5.3 5.3 放大电路的频率响应放大电路的频率响应华成英 5.1 5.1 频率响应的有关概念一、本章要研究的问题一、本章要研究的问题二、二、高通电路和低通电路高通电路和低通电路三、放大电路中的频率参数三、放大电路中的频率参数华成英 一、研究的问题 放大电路对信号频率的适应程度，即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。信号频率对放大倍数的影响。由于放大电路中耦合电容、旁路电容、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，使放大倍数半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。为频率的函数。在使用一个放大电路时应了解其信号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，应频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。满足信号频率的范围要求。华成英 二、高通电路和低通电路。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUUi.I.2.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 iooioUUUfUU 使输出电压幅值下降到使输出电压幅值下降到70.7%，相位为，相位为45的信号频率为的信号频率为截止频率。截止频率。Ui.Uo.I.1.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。华成英 三、放大电路中的频率参数 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结电容结电容华成英 5.2 晶体管的高频等效电路一、混合一、混合 模型模型二、电流放大倍数的频率响应二、电流放大倍数的频率响应三三、晶体管的晶体管的频率频率参数参数华成英 1.模型的建立：由结构而建立，形状像由结构而建立，形状像，参数量纲各不相同。，参数量纲各不相同。gm为跨导，它不随信为跨导，它不随信号频率的变化而变。号频率的变化而变。阻值小阻值小阻值大阻值大连接了输入回路连接了输入回路和输出回路和输出回路一、混合模型华成英 2.混合模型的单向化（使信号单向传递）（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华成英 3.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？华成英 二、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？1.适于频率从0至无穷大的表达式华成英 2.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华成英 3.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华成英 三、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。手册手册查得查得华成英 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华成英 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。华成英 清华大学 华成英 讨论二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC华成英 5.35.3 放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应二、多级放大电路的频率响应二、多级放大电路的频率响应华成英 一、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路，开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响，开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 开路。开路。C华成英 1.中频电压放大倍数eboiebsisosmUUUUUUUUAu)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu带负载时：带负载时：)(cmbeebisismoRgrrRRRAu空载时：空载时：华成英 2.低频电压放大倍数:定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，时，当超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs华成英 2.低频电压放大倍数：定量分析：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 j1)j()(j1LcLLLsmLsmslRRfffffAffAAuuuC所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs华成英 2.低频电压放大倍数：低频段频率响应分析：低频段频率响应分析)arctan90(180)(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)(21 j1)j(LcLLLsmsl135 dB3lg20 sL，下下降降时时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff时，中频段中频段20dB/十倍频十倍频华成英 3.高频电压放大倍数：定性分析：定性分析0U.CIs.U.s。滞后，时，当，滞后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbe华成英 )(sbbbebRRrrR3.高频电压放大倍数：定量分析：定量分析)(21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)(j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu华成英 3.高频电压放大倍数：高频段频率响应分析：高频段频率响应分析)(21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下下降降时时，uAffH2Hmsharctan180)(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg20 10 shHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时时，smshHlg20lg20 uuAAff华成英 4.电压放大倍数的波特图 )j1)(j1()j1)(j1()j(HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：华成英 5.带宽增益积：定性分析：定性分析fbw fH fL fH)(21sbbbebHCRRrrfLm)1(CRgCCHmbwm fAfAuu带宽增益积mLmHLmuARgfCRg)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。华成英 5.带宽增益积：定量分析：定量分析)(21sbbbebHCRRrrfLm)1(CRgCC)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、Rs fL1，fH fH1，频带变窄！，频带变窄！华成英 2.多级放大电路的频率响应与各级的关系 ),2,1(bwbwHHLLnkffffffkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 对于对于n级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、fH，则，则nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得1.1为修正系数为修正系数华成英 讨论一 1.信号频率为信号频率为0时电压放大倍数的表达式？时电压放大倍数的表达式？2.若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？华成英 时间常数分析：所确定的截止频率。、分别考虑e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路，开路，求出开路，求出CC1、Ce短路，短路，开路，求出开路，求出CC1、C2短路，短路，开路，求出开路，求出CC1、C2、Ce短路，求出短路，求出若电容值均相等，则若电容值均相等，则e 1、2无本质区别无本质区别华成英 清华大学 华成英 讨论二1.该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路?2.耦合方式耦合方式?3.在在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移时，增益下降多少？附加相移？4.在在 f 105Hz 时，附加相移时，附加相移？5.画出相频特性曲线；画出相频特性曲线；6.fH？?uA 已知某放大电路的幅频已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问特性如图所示，讨论下列问题：题：华成英 讨论三：两级阻容耦合放大电路的频率响应两级阻容耦合放大电路的频率响应华成英