模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：CH04-7 放大電路的頻率響應(yīng)

1、4.7 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)4.7.1 單時(shí)間常數(shù)單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)4.7.2 BJT的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)4.7.4 單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)4.7.5 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) 研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。4.7.1 單時(shí)間常數(shù)單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)1. RC低通電路的頻率

2、響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則則11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應(yīng)）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctanHHff （相頻響應(yīng)）（相頻響應(yīng)）增益頻率函數(shù)增益頻率函數(shù)RC低通電路低通電路 最大誤差最大誤差 -3dB頻率響應(yīng)曲線描述頻率響應(yīng)曲線描述幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HH)/(11ffAV 1

3、. RC低通電路的頻率響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng)相頻響應(yīng)相頻響應(yīng))/(arctanHHff 2. RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2LL)/(11ffAV 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng))/(arctanLLff 輸出超前輸入輸出超前輸入RC高通電路高通電路 4.7.2 BJT的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)1. BJT的高頻小信號(hào)模型的高頻小信號(hào)模型模型的引出模型的引出 rbe-發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)

4、電容-集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻rbc -集電結(jié)電容集電結(jié)電容 Cbc rbb -基區(qū)的體電阻，基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)互導(dǎo)互導(dǎo)CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高頻小信號(hào)模型的高頻小信號(hào)模型 簡(jiǎn)化模型簡(jiǎn)化模型混合混合 型高頻小信號(hào)模型型高頻小信號(hào)模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高頻小信號(hào)模型的高頻小信號(hào)模型2. BJT高頻小信號(hào)模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號(hào)模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時(shí)，混合低頻時(shí)，混合 模型模型與與H參數(shù)參數(shù)模型等價(jià)模型等價(jià)ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(

5、IVrT ebbebb rrr又因?yàn)橛忠驗(yàn)閑bbeb rIVbebmIVgTmeb2 fgC 從手冊(cè)中查出從手冊(cè)中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高頻小信號(hào)模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號(hào)模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時(shí)，混合低頻時(shí)，混合 模型模型與與H H參數(shù)參數(shù)模型等價(jià)模型等價(jià)3. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)由由H參數(shù)可知參數(shù)可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根據(jù)混合根據(jù)混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )/()/(cbebebbebj1j1 CCrIV 低頻時(shí)低頻時(shí)ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc

6、CCrCgII 當(dāng)當(dāng)cbm Cg 時(shí)，時(shí)，ebcbeb0)(j1 rCC ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅頻響應(yīng)的幅頻響應(yīng)201)/(ff 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f特征頻率特征頻率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tfff 共基極截止頻率共基極截止頻率 f3. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)arctgff 的相頻響應(yīng)的相頻響應(yīng)f (1 0)f f fT 4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)1. 共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 型高頻等效電路型高頻等效電路4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射

7、極放大電路的頻率響應(yīng)1. 共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 型高頻等效電路型高頻等效電路對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn) c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVVg 由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，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?yàn)闉榉Q為稱為密勒電容密勒電容M1CcbLmebMj )1(1cb CRgIVZC 則則表示表示若用若用之間存在一個(gè)電容之間存在一個(gè)電容和和相當(dāng)于相當(dāng)于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能不能cb C

8、忽略忽略 的電流。的電流。目標(biāo)：斷開輸入輸出之間的連接目標(biāo)：斷開輸入輸出之間的連接4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)cbLmM1)1( CRgC同理，在同理，在c、e之間也可以求得之間也可以求得一個(gè)等效電容一個(gè)等效電容CM2，且，且cbM2 CC等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系1.共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 型高頻等效電路型高頻等效電路4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)1.共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 型高頻等效電路型高頻等效電路目標(biāo)：簡(jiǎn)化和變換目標(biāo)：簡(jiǎn)化和變換cbLmM1)1( CRgC 輸

9、出回路的時(shí)間常數(shù)輸出回路的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于輸入回路時(shí)間常數(shù)，遠(yuǎn)小于輸入回路時(shí)間常數(shù)，考慮高頻響應(yīng)時(shí)可以忽略考慮高頻響應(yīng)時(shí)可以忽略CM2的影響。的影響。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)1.共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 型高頻等效電路型高頻等效電路目標(biāo)：簡(jiǎn)化和變換目標(biāo)：簡(jiǎn)化和變換cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV ebbbberrr 4.7.3 單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)單級(jí)共射極放大電路的頻率響應(yīng)1.共射極共射極-高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)

10、高頻響應(yīng)和上限頻率高頻響應(yīng)和上限頻率ebLmo VRgV由電路得由電路得soHVVVAS 電壓增益頻響電壓增益頻響其中其中RCf21H 中頻增益或通中頻增益或通帶源電壓增益帶源電壓增益上限頻率上限頻率sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV RCjrRRrRrrRg 11bebsbebbeebLm/)/HMj(1ffAVS M1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sebj11VRCV bebsbebbeebLmVSMrRRrRrrRgA/ bebsbebbeL0rRRrRrR/ 1. 高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)和上限頻率高頻響應(yīng)和上限頻率RC低通電路低通電路)/HHj(11ffAV

11、 )/HMHVj(11ffAAVSS 共射放大電路共射放大電路頻率響應(yīng)曲線變化趨勢(shì)相同頻率響應(yīng)曲線變化趨勢(shì)相同 180 arctg(f/fH) 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HMHV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS 增益增益-帶寬積帶寬積RC21 BJT 一旦確定，一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)帶寬增益積基本為常數(shù)1. 高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)HVSMfA cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm121CRgCRRrrrRRrRrrRg/ bebsbebbeebLmrRRrRrrRg/ 當(dāng)當(dāng)RbRs及及Rbrbe時(shí)，有時(shí)，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrR

12、g HVSMfA 例題例題 解：解：模型參數(shù)為模型參數(shù)為例例3.7.1 設(shè)共射放大電路在室溫下運(yùn)行，其參數(shù)為：設(shè)共射放大電路在室溫下運(yùn)行，其參數(shù)為：， 1ksR，pF5 . 000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr 。 k5cR負(fù)載開路，負(fù)載開路，Rb足夠大忽略不計(jì)。試計(jì)算它的低頻電壓增益和上限頻率。足夠大忽略不計(jì)。試計(jì)算它的低頻電壓增益和上限頻率。 mgTVIEmV26mA1 S 038. 0 ebrm0g S 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm2 CfgpF 8 .14 M1Ccbcm)1( CRgpF 7 .96 VSMAcmRg ebbbseb rrRr

13、51.133 Ceb CM1C pF 5111. 低頻電壓增益為低頻電壓增益為 R)(bbs rReb/ r k 77. 0又因?yàn)橛忠驗(yàn)樗陨舷揞l率為所以上限頻率為 HfRC21MHz 85. 1 VSM20Alg51.133lg20 dB 5 .42 dB/lg20SVA2. 低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻等效電路低頻等效電路2. 低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻等效電路低頻等效電路Rb=（Rb1/Rb2）遠(yuǎn)大于）遠(yuǎn)大于Ri ee1RC ，CeCb2 ceII Rieb1eb11)1(CCCCC soVSLVVA )ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML besLVSMrRRA )(21bes1L1

14、rRCf )(21Lcb2L2RRCf 中頻區(qū)中頻區(qū)(即通常內(nèi)即通常內(nèi))源電壓增益源電壓增益當(dāng)當(dāng)則則下限頻率取決于下限頻率取決于L1f2. 低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng) Lcb2bes1besL1111RRCjrRCjrRR /L2L14 ff 當(dāng)當(dāng))ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML 2. 低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng) 下限頻率取決于下限頻率取決于L1f當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，L2L14 ff 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng) 180 arctg( fL1 / f) 180arctg(fL1/f) 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2L1MLV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS )ffAA

15、VSVS/j(11 L1ML 2. 低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)低頻響應(yīng)包含包含fL2的幅頻響應(yīng)的幅頻響應(yīng)4.7.4 單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)1. 共基極放大電路的高頻響應(yīng)共基極放大電路的高頻響應(yīng)高頻等效電路高頻等效電路高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)ebm2 CgTf 特征頻率特征頻率1. 共基極放大電路的高頻響應(yīng)共基極放大電路的高頻響應(yīng) 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。 ebee

16、beesH121|21CrCrRRf 4.7.4 單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)單級(jí)共集電極和共基極放大電路的高頻響應(yīng)2. 共集電極放大電路的上限頻率共集電極放大電路的上限頻率1. 多級(jí)放大電路的增益多級(jí)放大電路的增益)j ()j ()j (io VVAV )j ()j ()j ()j ()j ()j (-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j ()j ()j (21 VnVVAAA 前級(jí)的開路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓前級(jí)的開路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓 前級(jí)的輸出阻抗是下級(jí)的信號(hào)源阻抗前級(jí)的輸出阻抗是下級(jí)的信號(hào)源阻抗 下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載4.7.5 多級(jí)放大電路的頻率響