模拟电子技术 CH4-5 放大电路的频率响应

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,假定,C,b1,、,C,b2,、,C,e,足够大，,(f),又不是太小,视为交流短路；,认为极间电容非常小，,(f),又不是太大,视为交流开路；,A,v,=,r,be,( R,C,R,L,),与,无关,是,建立在两点假定基础上,这两点假设确定,f,在中频段,耦合电容,C,e,旁路电容,C,bc,C,be,极间电容,R,b,v,i,R,c,R,L,4.7,放大电路的频率响应,当,f,很低时，,C,b1,、,C,b2,、,C,e,的容抗很大，不能再视为短路，,即它们对放大器的低频特性有影响；,当,f,很高时，,C,be,、,C,bc,的容抗很小,，,不能再视为开路，,即它们对放大器的高频特性有影响；,极间电容,耦合电容,C,e,旁路电容,C,bc,C,be,由于放大电路中有电抗性元件（包括极间电容、耦合电容、旁路电容等）,对于不同,的,f,或,阻抗,不同,放大器对于不同,f,信号的,A,V,不同,放大电路的电压增益随输入正弦信号频率变化的,响应,放大电路的频率响应,亦是放大电路的重要指标！,或,幅频响应,相频响应,我们要用幅频响应曲线及相频响应曲线来研究放大电路的低频及高频响应。,4.7.1,单时间常数,RC,电路的频率响应,一阶,RC,电路,RC,低通电路,RC,高通电路,可用来模拟放大电路高频段的频率响应,可用来模拟放大电路低频段的频率响应,RC,电路的电压增益（传递函数）：,则,且令,又,电压增益的幅值（模）,（幅频响应）,电压增益的相角,（相频响应）,1.,RC,低通电路的频率响应,RC,低通电路,最大误差发生在,f,H,处,最大误差为,3dB,幅频响应,0,分贝水平线,斜率为,-20dB/,十倍频程,的直线,与,0dB,线相交于,f =,f,H,处。,f,H,为,转折频率、上限频率,相频响应,f, 0.1,f,H,f, 10,f,H,H,-,90,2,、,RC,高通电路的频率响应：,RC,高通电路的电压增益：,转折频率,下限频率,则,A,VL,=,1,1 j (,f,L,/ f ),RC,高通电路,幅频响应,相频响应,20,分贝,/,十倍频程,-45,/,十倍频程,A,VL,=,1,1 j (,f,L,/ f ),1. BJT,的高频小信号模型,模型的引出,前面给出,BJT,H,参数小信号模型,。在高频区，,极间电容,不可忽略。,4.7.2 BJT,的高频小信号模型及频率参数,r,be,发射结电阻,r,e,归算到基极回路的电阻,C,be,发射结电容,r,bc,集电结电阻,C,bc,集电结电容,r,bb,基区的体电阻，,b,是假想的基区内的一个点,BJT,的高频小信号模型,由于结电容的影响，,I,c,与,I,b,不呈正比关系，,与有关,用,g,m,V,b,e,来表示受控电流源,g,m,与无关,BJT,的高频小信号模型,BJT,的高频小信号模型,互导,简化模型,混合,形高频小信号模型,2. BJT,高频小信号模型中元件参数值的获得,低频时，混合,模型,与,H,参数,模型等价,等价,2. BJT,高频小信号模型中元件参数值的获得,低频时，混合,模型,与,H,参数,模型等价,所以,等价,由输入回路等价,从手册中查出,g,m,=,I,b,V,b,e,r,b,e,=,(1+,),V,T,I,E,=,I,E,V,T,所以,可见，,模型中的参数,r,b,e,、,g,m,都与,Q,点有关。,式,4.7.21c,等价,由输出回路等价,3. BJT,的频率参数,内容自学,4.7.3,单级共射极放大电路的频率响应,1.,高频响应,形高频小信号等效电路,对节点,c,列,KCL,得,电路简化（求密勒电容）,称为,密勒电容,得,目标：断开输入输出之间的连接,由于输出回路电流比较大，所以可以,忽略 的分流，得,又,同理，在,c,、,e,之间也可以求得一个等效电容,C,M2,忽略,C,M2,对输出回路的影响,同时令,戴维南定理,输入、输出成为独立回路，,且只有输入回路含电抗元件,又与,RC,低通电路相似。,由电路得,又,上限频率,高频响应和上限频率,电压增益频响,其中,中频,(,通带,),源电压增益,令,RC,低通电路,共射放大电路的高频响应,幅频响应,相频响应,180,arctg(,f,/,f,H,),电压增益,波特图,解：,模型参数为,例,4.7.1,设共射放大电路在室温下运行。试计算它的中频源电压增益和上限频率。其,BJT,参数为：,=0.74,输入回路的等效电阻,输入回路的等效电容,中频源电压增益为,=-65,上限频率为,其中,增益,-,带宽积,BJT,一旦确定，,增益带宽积基本为常数,#,如何提高增益,-,带宽积？,都较小的,BJT,。,可选用,如,想,R,L,来 ,A,VSM,密勒效应加强,C,M1,f,H,带宽变窄,当,R,b,R,s,及,R,b,r,be,时，有,中频增益增大多少倍，带宽变窄多少倍,2.,低频响应,低频小信号等效电路,电路简化：,C,e,足够大，,R,b,=,（,R,b1,|,R,b2,）,远大于,R,i,R,i,R,b,可视为开路,R,e,可视为开路,将,C,e,折算到基极（输入）回路，,将输出回路化为电压源,等效电路形式。,则，输入回路总电容,C,1,为,C,b1,与 的串联。即,输入、输出回路都是一阶,RC,高通电路。,将,C,e,折算到集电极（输出）回路，,C,e,可视为短路,中频区,(,即通常内,),源电压增益,则,下限频率取决于,当,令,下限频率取决于,当 时，,相频响应,180,arctan(,f,L1,/,f,),幅频响应,低频特性与,RC,一阶高通电路相似,+,中频区,低频区,高频区,分三个区域：,中频区：,中间平坦部分,A,V,= A,VM,，, =,180,低频区：,由于,C,b1,、,C,b2,、,C,e,的影响，,A,V,，,超前中频相位。,高频区：,由于极间电容的影响，,A,V,，,滞后于中频相位。,工程上规定：,A,V,至,所对应的频率，分别称为,下限频率,f,L,上限频率,f,H,3dB,点,0,通频带：,BW =,f,H,f,L,又称带宽。,4.7.4,单级共集电极和共基极放大电路的高频响应,内容自学,1.,多级放大电路的增益,前级的开路电压是后级的信号源电压,前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗,后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,2.,多级放大电路的频率响应,（以两级为例）,当两级中频增益和频率响应均相同的电路耦合时，见下图分析：,end,A,V,f,A,VM1,0.707A,VM1,f,L1,f,H1,0.5A,2,VM1,0.707A,2,VM1,f,L,f,H,A,2,VM1,两级耦合电路的通频带变窄了。,几级放大电路级连起来，总的电压增益增大，但通频带比任一级都窄,在高频区，,极间电容,不可忽略。,混合,型高频小信号模型,回忆上节内容,BJT,的高频小信号模型,低频,等效,输入回路等效,又,r,be,得,输出回路等效,又低频时,g,m,r,b,e,=,(1+,),V,T,I,E,=,I,E,V,T,模型参数,r,b,e,、,g,m,都可由,Q,点定出。,等效,模型中的电容参数,从手册中查出,f,T,为,BJT,的特征频率,电路简化,忽略,C,b,C,在,C,点处的分流,得,C,b,c,对输入回路的影响相当于并联了一个大电容,称为,密勒电容,又,同理，在,c,、,e,之间也可以求得一个等效电容,C,M2,