第5章放大電路的頻率響應

1、第五章第五章 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應 頻率響應頻率響應放大器的電壓放大倍數(shù)放大器的電壓放大倍數(shù) 與信號頻率的關系與信號頻率的關系下面先分析無源下面先分析無源RC網(wǎng)絡的頻率響應網(wǎng)絡的頻率響應)()( |)(ffAfAUU 其中：其中： 稱為放大器的幅頻響應稱為放大器的幅頻響應)( |fAU 稱為放大器的相頻響應稱為放大器的相頻響應)( f 1. 1. RC低通網(wǎng)絡低通網(wǎng)絡RCCRCUUAU j11j1j1io （1 1）頻率響應表達式：）頻率響應表達式：一一. 無源無源RC電路的頻率響應電路的頻率響應RCf 21H 令：令：HioUj11ffUUA 則：則：+-RuuiCo2HU)

2、(11ffA 幅頻響應：幅頻響應：)arctg(Hff 相頻響應：相頻響應：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UANoImage)(lg20lg10)()(lg10)(22dBVVVVdBAdBPPdBAioioviop 特點：特點： 1. 對數(shù)表示的頻率范圍寬對數(shù)表示的頻率范圍寬 2. 放大倍數(shù)的乘法關系變?yōu)榧臃P系放大倍數(shù)的乘法關系變?yōu)榧臃P系（2） RC低通電路的波特圖低通電路的波特圖最大誤差最大誤差 -3dB時時，當當 Hff 1)/(11|2H ffAUdB 01lg20|lg20 UA時時，當當 Hff ffffAU/)/(11|H2H )/lg(2

3、0|lg20HffAU 0分貝水平線分貝水平線斜率為斜率為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線2HU)(11ffA 幅頻響應：幅頻響應：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍頻程十倍頻程 10Hff 1 . 0| UAdB20|lg20 UA 100Hff 01. 0| UAdB40|lg20 UA Hff 707. 0| UAdB3|lg20 UA相頻響應相頻響應時時，當當 Hff 時時，當當 Hff 090時時，當當 Hff 45時時，當當 100.1 HHfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 可見：當頻率較低時，可

4、見：當頻率較低時，AU 1，輸出與輸入電壓之間的相位差，輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的提高，隨著頻率的提高， AU 下降，相位差下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電增大，且輸出電壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后壓的，最大滯后9090o o。 其中其中fH H是一個重要的頻率點，稱為是一個重要的頻率點，稱為上限截止頻率上限截止頻率。 )arctg(Hff f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍頻程十倍頻程f0.1fH0fH10fH100fH-45-90 十十倍倍頻頻/45 這種對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖這種對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖

5、2. 2. RC高通網(wǎng)絡高通網(wǎng)絡RCCjRRUUAU / j11/1iO （1）頻率響應表達式：）頻率響應表達式：+-+uuiCoRRCf 21L 令：令：ffUUALioUj11 則：則：2LU)(11ffA 幅頻響應：幅頻響應：)arctg(Lff 相頻響應：相頻響應：（2） RC高通網(wǎng)絡的波特圖高通網(wǎng)絡的波特圖f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA最大誤差最大誤差 -3dB時時，當當 Lff 1)/(11|2L ffAUdB 01lg20|lg20 UA時時，當當 Lff L2L/)/(11|ffffAU )/lg(20|lg20LffAU 斜率為斜率

6、為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線2LU)(11ffA 幅頻響應：幅頻響應： 1 . 0Lff 1 . 0| UAdB20|lg20 UA 01. 0Lff 01. 0| UAdB40|lg20 UA20dB/十倍頻十倍頻 Lff 707. 0| UAdB3|lg20 UA時時，當當 Lff 時時，當當 Lff 0 90 時時，當當 Lff 時時，當當 100.1 LLfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 可見：當頻率較高時，可見：當頻率較高時，AU 1，輸出與輸入電壓之間的，輸出與輸入電壓之間的相位差相位差=0。隨著頻率的降低，。隨著頻率的降低， AU 下降，相

7、位差增大，且輸下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前9090o o。 其中，其中，fL L是一個重要的頻率點，稱為是一個重要的頻率點，稱為下限截止頻率下限截止頻率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA20dB/十倍頻十倍頻相頻響應相頻響應)arctg(Hff f0.01fL00.1fL fL10fL9045 45 十十倍倍頻頻/45 二二.BJT.BJT的混合的混合型模型型模型 rbb 基區(qū)的體電阻基區(qū)的體電阻1.BJTBJT的混合的混合型模型型模型rbe發(fā)射結電阻發(fā)射結電阻+ecbbbcberCbcbe

8、Crrbbcergmube b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。Cbe發(fā)射結電容發(fā)射結電容rbc集電結電阻集電結電阻Cbc集電結電容集電結電容eb.mUg受控電流源，代替了受控電流源，代替了.bI 混合混合型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。 （2）用）用 代替了代替了 。因為。因為本身就與頻率有關，本身就與頻率有關，而而gm與頻率無關。與頻率無關。eb.mUg.bI 2.2.BJTBJT的混合的混合等效電路等效電路+ecbbbcberCbcbeCrrbbcergmube+CbccbeCreg+bbbbcmubberbc

9、ruberceube+uce+icib特點：特點：（1）體現(xiàn)了三極管的電容效應體現(xiàn)了三極管的電容效應rbc很大，可以忽略。很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。很大，也可以忽略。3 3、簡化的混合、簡化的混合等效電路等效電路+c+ui+beiubcubeCbecerubmbgebc+bbrcCbeb低頻時，忽略電容，混合低頻時，忽略電容，混合 模型與模型與H參數(shù)模型等效參數(shù)模型等效所以所以EebmV26)1(Ir EbebbmV26Irr 4. 混合混合參數(shù)的估算參數(shù)的估算+bebbceurm+gurbibcbeebei+cbeub+uebbbbe rrr由：由：+iubcc+bbe+irc

10、ebeueib又因為又因為ebbeb riubebmiug Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以mV26EebmIrg +bebbceurm+gurbibcbeebei+cbeub+u+iubcc+bbe+ircebeueibEebmV26)1(Ir 5. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)f、 fT0bcce UII 將將c c、e e短路。短路。e bmc be be bmc UgCjUUgI +eu+ubbbbeirbeC+Cbebebccumbbcbgric)1/1/(C be be bbe bCjCjrIU ffjCCrjrg 1)(10cbebebebm得

11、：得：)(21cbebebCCrf 其中：其中：根據(jù)根據(jù)定義：定義：當當=1時對時對應的頻率應的頻率 當當20lg下降下降3dB時對應的頻率時對應的頻率 ffj 1020)(1| ff ff00）（dB| -20dB/十倍頻程十倍頻程fT特征頻率特征頻率fT的的定義：定義：當當 f = fT 時時 , f共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率做出做出的幅頻特性曲線：的幅頻特性曲線：可得：可得：1 1)(10 ffT0 ffT所以：所以：ebmcbebebebmcgccrrg2)(2 Tmeb2 fgC 三. 阻容耦合共射放大電路的頻率響應對于如圖所示的共射放大電對于如圖所示的共射放大電路，分低、中、

12、高三個頻段路，分低、中、高三個頻段加以研究。加以研究。+TVCb2u+b1RCRoCC-Rb1cLS+-R-+Suui 180 LebmoRUgU 1 .1 .中頻段中頻段 所有的電容均可忽略。所有的電容均可忽略?？捎们懊嬷v的混合可用前面講的混合 等效電路分析等效電路分析中頻電壓放大倍數(shù)：中頻電壓放大倍數(shù)：ebbbebiSiSebrrrRRRUU LmebbbebisimousmRgrrrRRRUUA )(ebbbrr biRR / 2. 低頻段低頻段 在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略不能忽略。 為方便分析，現(xiàn)在只考

13、慮為方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將將C2歸入第二級。畫出低歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示。頻等效電路如圖所示。該電路有該電路有 一個一個RC高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：低頻電壓放大倍數(shù)：低頻電壓放大倍數(shù)：11)(1111biSLmebbbebiSiLmebbbebbiSiSOusLCRRjRgrrrRRRRgrrrCjRRRUUA ebbbebbiSiSebrrrCjRRRUU11 ffjAUUALusmsousL1 令：令：LebmoRUgU 1L21bisCRRf 共射放大電路低頻段的波特圖共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應幅頻響應 ： 2LusmusL)(11

14、lg20|lg20|lg20ffAA 相頻響應相頻響應 ： )arctg(180Lff f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135 十十倍倍頻頻/45 f0.01fL0.1fL fL10fL）（dB|lg20UA20dB/十倍頻十倍頻|lg20usmA 在高頻段，耦合電容在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路可以可視為短路，三極管三極管的極間電容不能忽略的極間電容不能忽略。這時要用混合這時要用混合等效電路等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示。，畫出高頻等效電路如圖所示。3. 高頻段高頻段用用“密勒定理密勒定理”將集電結電容單向化。將集電結電容單向化。RsUsRbrbeCUb

15、eUbegmLiUebbcUorbb+Cbc.+RcRicbibeZI2I12 23 31 1N N0 0V2V1(a)含有N+1個結點的網(wǎng)絡2 23 31 1N N(b)經(jīng)過密勒變換后的電路I1I2Z1Z20 0圖中，由結點1流出通過Z的電流 可由下式得出：I1Z1-KZ1=I1V2V1=ZZKV1V1=Z=V1(1-K)Z1V1=V1Z1-K=密勒定理密勒定理：一個含有N+1個結點的網(wǎng)絡如圖(a)，其中結點0為參考點，即為零電位點。在結點1和結點2之間有一阻抗Z，結點1與結點2對參考結點的電壓分別為V1和V2，設兩結點的電壓之比為: :K=V2V1I2V1V2=ZZ=V2(1-1/K)Z2

16、V2=ZV21-1/K=同理： 說明由結點說明由結點2 2流出通過流出通過Z Z的電流的電流 等于由結點等于由結點2 2流出通過流出通過Z Z2 2 到達到達參考點參考點0 0的電流的電流 。I2時，當由上分析可知由上分析可知：K=V2V1Z1-KZ1=Z2 =Z1-1/K圖圖(a)(a)與圖與圖(b)(b)是等效的是等效的 說明由結點說明由結點1 1流出通過流出通過Z Z的電流的電流 等于由結點等于由結點1 1流出通過流出通過Z Z1 1 到達到達參考點參考點0 0的電流的電流 。I1cbeboebcboebCjUUUCjUUI1)1(1 cbLmebcbLmebCRgjUCjRgUI)1(

17、11)1( 用用“密勒定理密勒定理”將集電結電容單向化將集電結電容單向化。又有：又有：在在b和和e之間，只要保持之間，只要保持I 不變，電容不變，電容Cbc 就就 可以用可以用1個對地的電容來等效代替。個對地的電容來等效代替。LmebLebmeboRgURUgUU 用用“密勒定理密勒定理”將集電結電容單向化：將集電結電容單向化：其中：其中：c bLmM) 1(CRgC c bc bLmN)11(CCRgC RsUsRbrbeCbeUbeUbegmLiUebbcUorbb+.+RcRicibCMCN用戴維南定理將用戴維南定理將C左端的電路進行變換：左端的電路進行變換： 忽略忽略CN，并將兩個電容

18、合并成一個電容，并將兩個電容合并成一個電容: 得簡化的高頻等效電路。得簡化的高頻等效電路。MebCCC bbeRbbUc+br+mbergU.bi.oebcc.UCi.UbeRsLURsR+iLU.oU.be.g+U+cC.+RmUbeRRs)/(/sbbbe bRRrrR 其中：其中：SSUrrrRRRUe bbbe bisi LU.oU.be.g+U+cC.+RmUbeRRs)/(/sbbbe bRRrrR eSURCjUb)1 (RCjRgrrrRRRUUALmebbbebisi11SOusHRCjUCjRUcjUsse111bSSUrrrRRRUe bbbe bisi 可推出高頻電壓放

19、大倍數(shù)：可推出高頻電壓放大倍數(shù)：其中其中：Lme bbbe bisiusmRgrrrRRRA beLiSirRRRR 其中：其中：RCf 21H 該電路有該電路有 一個一個RC低通環(huán)節(jié)。低通環(huán)節(jié)。上限截止頻率：上限截止頻率：MebCCC )/(/sbbbe bRRrrR LU.oU.be.g+U+cC.+RmUbeRRsHffjAUUA 1usmSOusHRcjRgrrrRRRUUALmebbbebisi 11SOusH共射放大電路高頻段的波特圖共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應幅頻響應 ： 2HusmusH)(11lg20|lg20|lg20ffAA 相頻響應相頻響應 ： )arctg(180Hff f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270 十十倍倍頻頻/45 f0.1fHfH10fH100fH）（dB|lg20U