模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第十四節(jié)放大電路的頻率響應(yīng)

1、模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第十四節(jié):放大電路的頻率響應(yīng)在實際應(yīng)用中，在實際應(yīng)用中，RCRC 耦合放大器的幅頻特性曲線如圖所示。我們將全頻域分為三個頻區(qū)：中耦合放大器的幅頻特性曲線如圖所示。我們將全頻域分為三個頻區(qū)：中頻區(qū)、高頻區(qū)、低頻區(qū)。頻區(qū)、高頻區(qū)、低頻區(qū)。中頻區(qū)：在一個較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線是平坦的。即放大倍數(shù)不隨信號中頻區(qū)：在一個較寬的頻率范圍內(nèi)，曲線是平坦的。即放大倍數(shù)不隨信號頻率而變。（在此頻率范圍內(nèi)，耦合電容、射極旁路電容視為短路，極間電容頻率而變。（在此頻率范圍內(nèi)，耦合電容、射極旁路電容視為短路，極間電容視為開路）。中頻區(qū)放大倍數(shù)用視為開路）。中頻區(qū)放大倍數(shù)用 AVMAVM 表示。表示。

2、高頻區(qū)（高頻區(qū)（f f 高于高于 fHfH 的頻率范圍）：當信號頻率升高時，放大倍數(shù)隨頻率的頻率范圍）：當信號頻率升高時，放大倍數(shù)隨頻率的升高而減小。（在此頻率范圍，幅頻特性主要受的升高而減小。（在此頻率范圍，幅頻特性主要受 BJTBJT 的極間電容的影響）。的極間電容的影響）。低頻區(qū)（低頻區(qū)（f f 低于低于 fLfL 的頻率范圍）：當頻率降低時，放大倍數(shù)隨頻率的降的頻率范圍）：當頻率降低時，放大倍數(shù)隨頻率的降低而減小。（在此頻率范圍，幅頻特性主要受耦合電容和旁路電容的影低而減小。（在此頻率范圍，幅頻特性主要受耦合電容和旁路電容的影響）。響）。上限截止頻率（上限截止頻率（fHfH）：當）：當

3、 AVAV 下降為下降為 0.707AVM0.707AVM 時所對應(yīng)的高端信號頻率；時所對應(yīng)的高端信號頻率；下限截止頻率（下限截止頻率（fLfL）：當）：當 AVAV 下降為下降為 0.707AVM0.707AVM 時所對應(yīng)的低端信號頻率。時所對應(yīng)的低端信號頻率。通頻帶（通頻帶（BWBW）：）：fHfH 和和 fLfL 之間的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶或帶寬。之間的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶或帶寬。BW=fH-fLBW=fH-fL3 3、波特圖、波特圖在研究放大電路的頻率響應(yīng)時，由于信號的頻率范圍很寬（從幾赫到幾百在研究放大電路的頻率響應(yīng)時，由于信號的頻率范圍很寬（從幾赫到幾百兆赫以上），

4、放大電路的放大倍數(shù)也很大（可達百萬倍），為壓縮坐標，擴大兆赫以上），放大電路的放大倍數(shù)也很大（可達百萬倍），為壓縮坐標，擴大視野，在畫頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數(shù)刻度，而幅值（以視野，在畫頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數(shù)刻度，而幅值（以 dBdB 為單為單位）或相角采用線性刻度。在這種半對數(shù)坐標中畫出的幅頻特性和相頻曲線稱位）或相角采用線性刻度。在這種半對數(shù)坐標中畫出的幅頻特性和相頻曲線稱為對數(shù)頻率特性或波特圖。如低通電路的波特圖如圖所示。為對數(shù)頻率特性或波特圖。如低通電路的波特圖如圖所示。3.7.13.7.1 單時間常數(shù)單時間常數(shù) RCRC 電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)一、一、RCRC

5、低通電路的頻率響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng)由于放大電路高頻區(qū)的頻率響應(yīng)可用圖由于放大電路高頻區(qū)的頻率響應(yīng)可用圖 1 1 所示的所示的 RCRC 低通電路來模擬。下低通電路來模擬。下面我們分析面我們分析 RCRC 低通電路的頻率響應(yīng)。低通電路的頻率響應(yīng)。圖圖 1 11 1、頻率響應(yīng)、頻率響應(yīng)（1 1）令令（2 2）得得（3 3）其中幅頻響應(yīng)為其中幅頻響應(yīng)為（4 4）相頻響應(yīng)為相頻響應(yīng)為（5 5）2 2、幅頻響應(yīng)波特圖、幅頻響應(yīng)波特圖圖圖 4 4根據(jù)式（根據(jù)式（4 4）幅頻響應(yīng)可在波特圖中用兩條直線來近似描述：）幅頻響應(yīng)可在波特圖中用兩條直線來近似描述：（1 1）當）當時時用分貝表示為：用分貝表示為：（

6、2 2）當）當時時用分貝表示為用分貝表示為此直線的斜率為此直線的斜率為20dB/20dB/十倍頻程，它與零分貝線在十倍頻程，它與零分貝線在處相交。近似處相交。近似的幅頻響應(yīng)如圖的幅頻響應(yīng)如圖 2(a)2(a)所示。所示。3 3、相頻響應(yīng)、相頻響應(yīng)根據(jù)式（根據(jù)式（5 5）作出相頻響應(yīng)，它可用三條直線來近似描述：）作出相頻響應(yīng)，它可用三條直線來近似描述：（1 1）當）當時，時，得一條，得一條的直線。的直線。（2 2）當）當時時 ，得一條，得一條的直線。的直線。（3 3）當）當時，時，。由于當由于當或或時，相應(yīng)可近似得時，相應(yīng)可近似得和和，故，故在在和和之間，可用一條斜率為之間，可用一條斜率為/ /

7、十倍頻程的直線來表示，于是可十倍頻程的直線來表示，于是可畫得相頻響應(yīng)如圖畫得相頻響應(yīng)如圖 2(b)2(b)所示。所示。二、二、RCRC 高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)放大電路的低頻響應(yīng)，可用如圖放大電路的低頻響應(yīng)，可用如圖 1 1 所示的所示的 RCRC 高通電路來模擬。下面我們高通電路來模擬。下面我們分析分析 RCRC 高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)圖圖 1 11 1、頻率響應(yīng)表達式、頻率響應(yīng)表達式（1 1）令令（2 2）（3 3）圖圖 2 2由式（由式（3 3）可得）可得幅頻響應(yīng)為幅頻響應(yīng)為（4 4）相頻響應(yīng)為相頻響應(yīng)為（5 5）2 2、波特圖、波特圖采用與低通電路同樣的折線似

8、方法，可畫出高通電路的幅頻和相頻響應(yīng)波采用與低通電路同樣的折線似方法，可畫出高通電路的幅頻和相頻響應(yīng)波特圖如圖特圖如圖 2 2 所示所示3.7.23.7.2 單級放大電路的高頻響應(yīng)單級放大電路的高頻響應(yīng)一、一、BJTBJT 高頻小信號模型建模高頻小信號模型建模1 1、BJTBJT 高頻小信號模型的引出高頻小信號模型的引出根據(jù)根據(jù) BJTBJT 的特性方程，推導(dǎo)出的的特性方程，推導(dǎo)出的 H H 參數(shù)低頻小信號模型在高頻運用的情況參數(shù)低頻小信號模型在高頻運用的情況下，其物理過程有些差異，主要表現(xiàn)在下，其物理過程有些差異，主要表現(xiàn)在 BJTBJT 的極間電容不可忽略。為此，我們的極間電容不可忽略。為

9、此，我們從從 BJTBJT 的物理機質(zhì)出發(fā)加以分析，再用的物理機質(zhì)出發(fā)加以分析，再用2 2、BJTBJT 的高頻小信號模型：的高頻小信號模型：在圖示的在圖示的 BJTBJT 的高頻小信號模型中的高頻小信號模型中圖圖 1 1 BJTBJT 的高頻小信號模型的高頻小信號模型受控電流源受控電流源 ，它受，它受所所（a)a)(b)(b)圖圖 1 1 高頻小信號模型與高頻小信號模型與 H H 參數(shù)小信號模型等效電路的對比參數(shù)小信號模型等效電路的對比的定義的定義混合混合 P P 型等效電路如圖型等效電路如圖 1 1 所示。所示。的頻率特性表達式的頻率特性表達式，有有式中式中時時圖圖2 2所在回路的時間常數(shù)

10、比所在回路的時間常數(shù)比（）的要小得）的要小得 忽略。于是可得放大忽略。于是可得放大電路的高頻小信號等效模型如圖電路的高頻小信號等效模型如圖 2 2 所示。所示。，經(jīng)，經(jīng)路徑，在輸出端得到路徑，在輸出端得到。與有與有關(guān)；關(guān)；與與 C C 有關(guān)。有關(guān)。的容抗越小，使得的容抗越小，使得的分壓值變小，而使的分壓值變小，而使變小，變小，下降。而在高頻率區(qū)，下降。而在高頻率區(qū)，C C 的容抗很小，接的容抗很小，接近于短路，對近于短路，對的影響不大。的影響不大。從從得到的分壓值越小，故得到的分壓值越小，故下降。而此時下降。而此時的容抗越大，則可視為開路，對的容抗越大，則可視為開路，對的影響不大。的影響不大。

11、 下降；而下降；而由于耦合電容由于耦合電容 C C 的存在，使低頻時的的存在，使低頻時的下降。下降。，可視為開路；而可視為開路；而（C C 的數(shù)值須滿足此條件），的數(shù)值須滿足此條件），C C 可視為短路。這樣我們得到可視為短路。這樣我們得到中頻等效電路如圖中頻等效電路如圖 2 2 所示。所示。，則，則的作用，而耦合電容的作用，而耦合電容 C C 仍可視為短路，高頻小信號等效電路如下圖所仍可視為短路，高頻小信號等效電路如下圖所示。示。開路，而開路，而 考慮考慮 C C 的作用，可畫出低頻小信號等效電路如圖所示。的作用，可畫出低頻小信號等效電路如圖所示。（1 1） ，（2 2）的近似式：的近似式：

12、（1 1） 時，時，則上式變?yōu)?，則上式變?yōu)榫褪侵蓄l放大倍數(shù)；就是中頻放大倍數(shù)；，上式變，上式變?yōu)闉闉榈皖l段的放大倍數(shù)；為低頻段的放大倍數(shù)； ），則），則，上式變，上式變?yōu)闉闉楦哳l區(qū)的電壓放大倍數(shù)。為高頻區(qū)的電壓放大倍數(shù)。及其回路電阻，以減小回路時間常數(shù)，增大上限頻率。及其回路電阻，以減小回路時間常數(shù)，增大上限頻率。需減小需減小，而，而，可見，可見，fHfH 的提高與的提高與相矛盾。相矛盾。）與通頻帶（）與通頻帶（fbw=fHfbw=fH - - fLfL）的乘積。對于前述單極共射電路有：）的乘積。對于前述單極共射電路有：，則，則；設(shè)；設(shè)，則，則；一般有一般有，則則。所在回路的總等效電阻。另外，

13、還可考慮采用共基電路。所在回路的總等效電阻。另外，還可考慮采用共基電路。要分析電路的低頻響應(yīng)，首先畫出它的低頻小信號等效電路，如圖要分析電路的低頻響應(yīng)，首先畫出它的低頻小信號等效電路，如圖 1 1 所所示。示。為便于分析對電路作以下作一些合理的近似，使其簡化。為便于分析對電路作以下作一些合理的近似，使其簡化。1 1、設(shè)、設(shè)遠大于放大電路本身的輸入阻抗，以致遠大于放大電路本身的輸入阻抗，以致 RbRb 的影響可以的影響可以忽略；忽略；2 2、CeCe 的值足夠大的值足夠大于是可除去于是可除去 ReRe、RbRb 得簡化電路如圖得簡化電路如圖 2 2 所示。所示。3 3、把、把 CeCe 折算到基

14、極電路，折算后的容抗為折算到基極電路，折算后的容抗為即折算后的電容為即折算后的電容為基極回路中的總電容基極回路中的總電容 C1C1且一般且一般 ，CeCe 的作用可忽略。這樣可最后的簡化的作用可忽略。這樣可最后的簡化二、射極偏置電路下限頻率二、射極偏置電路下限頻率射極偏置電路簡化后的低頻等效電路如圖所示，射極偏置電路簡化后的低頻等效電路如圖所示，由圖可得由圖可得設(shè)中頻區(qū)電壓增益為設(shè)中頻區(qū)電壓增益為因此因此式中式中如果如果 fL1fL1 和和 fLfL 二者之間的比值在四倍以上，則可取較大的值作為放大二者之間的比值在四倍以上，則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。電路的下限頻率。3.7.43.7

15、.4 共基放大電路的高頻響應(yīng)共基放大電路的高頻響應(yīng)根據(jù)如圖（根據(jù)如圖（a)a)所示的共基電路交流通路，可畫出其高頻小信號等效電路如所示的共基電路交流通路，可畫出其高頻小信號等效電路如圖（圖（b)b)所示。首先，我們來考察所示。首先，我們來考察 BJTBJT 電容電容 CbCb e e 和和 CbCb c c 以及負載電容以及負載電容 CLCL 對高對高頻響應(yīng)的影響。頻響應(yīng)的影響。(a) 交流通路(b) 高頻小信號等效電路一、一、CbCb e e 的影響的影響由共基電路高頻小信號等效電路可見，如果忽略由共基電路高頻小信號等效電路可見，如果忽略 rbbrbb 的影響，則的影響，則 CbCb e e 直直接接于輸入端，輸入電容接接于輸入端，輸入電容 Ci=CbCi=Cb e e，不存在密勒倍增效應(yīng)，且與，不存在密勒倍增效應(yīng)，且與 CbCb c c 無關(guān)。所無關(guān)。所以，共基電路的輸入電容比共射電路的小得多，以，共基電路的輸入電容比共射電路的小得多，fH1fH1 很高。理論分析的結(jié)果很高。理論分析的結(jié)果。二、二、CbCb c c 以及負載電容以及負載電容 CLCL 的影響的影響如果忽略如果忽略 rbbrbb 的影響，則的影響，則 CbCb c c 直接接到輸出端，也不存在密勒倍增效直接接到輸出端，也不存在密勒倍增效應(yīng)。輸出端總電容應(yīng)。輸出