第十二講基本放大器高低截止頻率的估算

1、5-3 基本放大器高、低截止頻率的估算基本放大器高、低截止頻率的估算一、主極點(diǎn)的概念一、主極點(diǎn)的概念二、基本放大器上、下限截止頻率的估算二、基本放大器上、下限截止頻率的估算三、多級(jí)放大器上、下限截止頻率的估算方法三、多級(jí)放大器上、下限截止頻率的估算方法一、主極點(diǎn)的概念一、主極點(diǎn)的概念1 1、基本放大器零、極點(diǎn)的分布特點(diǎn)、基本放大器零、極點(diǎn)的分布特點(diǎn)低頻段：低頻段： 零點(diǎn)通常比極點(diǎn)在數(shù)值上小得多。零點(diǎn)通常比極點(diǎn)在數(shù)值上小得多。高頻段：高頻段： 零點(diǎn)通常比極點(diǎn)在數(shù)值上大得多。零點(diǎn)通常比極點(diǎn)在數(shù)值上大得多。零點(diǎn)對(duì)高、低截止頻率的影響通常可以忽略不計(jì)。零點(diǎn)對(duì)高、低截止頻率的影響通?？梢院雎圆挥?jì)。2 2

2、、低頻主極點(diǎn)、低頻主極點(diǎn)在低頻段的極點(diǎn)中，若某極點(diǎn)的絕對(duì)值比其它極點(diǎn)的絕在低頻段的極點(diǎn)中，若某極點(diǎn)的絕對(duì)值比其它極點(diǎn)的絕對(duì)值大對(duì)值大4 4倍以上，則該極點(diǎn)倍以上，則該極點(diǎn)對(duì)低頻截止頻率起決定作用對(duì)低頻截止頻率起決定作用，稱之為稱之為低頻主極點(diǎn)低頻主極點(diǎn)。3 3、高頻主極點(diǎn)、高頻主極點(diǎn)在高頻段的極點(diǎn)中，若某極點(diǎn)的絕對(duì)值比其它極點(diǎn)的絕在高頻段的極點(diǎn)中，若某極點(diǎn)的絕對(duì)值比其它極點(diǎn)的絕對(duì)值小對(duì)值小4 4倍以上，稱之為倍以上，稱之為高頻主極點(diǎn)高頻主極點(diǎn)，它對(duì)，它對(duì)高頻截止頻高頻截止頻率起決定作用率起決定作用。即放大器的高、低截止頻率主要由高、低頻段的極點(diǎn)決定。即放大器的高、低截止頻率主要由高、低頻段的極

3、點(diǎn)決定。例如：某放大器高頻區(qū)的電壓增益為：例如：某放大器高頻區(qū)的電壓增益為：;41MHzfP ;2 .962MHzfP 20lg|Au|/dB4f/MHz40 96.29624020-20dB/十倍頻十倍頻-40dB/十倍頻十倍頻fP1對(duì)對(duì)BW起主導(dǎo)作用，為主極點(diǎn)。起主導(dǎo)作用，為主極點(diǎn)。fP2對(duì)對(duì)BW基本無(wú)作用，為非主極點(diǎn)?；緹o(wú)作用，為非主極點(diǎn)。)2 .961)(41 (100)1)(1 () 0()(21ssfsfsAsAppuuh )MHz(兩個(gè)極點(diǎn)：兩個(gè)極點(diǎn)：;41MHzfBWP 二、基本放大器上、下限截止頻率的估算方法二、基本放大器上、下限截止頻率的估算方法C1C2CeRb1Rb2R

4、eRLRCRSuSVCC+u在已知電路參數(shù)的條件，如何估算放大器的上限截止頻率在已知電路參數(shù)的條件，如何估算放大器的上限截止頻率 fH 和下限截止頻率和下限截止頻率fL ？估算上限截止頻率估算上限截止頻率 fH 開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法估算下限截止頻率估算下限截止頻率fL 短路時(shí)間常數(shù)法短路時(shí)間常數(shù)法適用范圍：適合用于不含電感的放大電路。適用范圍：適合用于不含電感的放大電路。只含電阻只含電阻和受控源的和受控源的線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)C1C2二階的線性網(wǎng)絡(luò)模型二階的線性網(wǎng)絡(luò)模型1、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法（估算上限截止頻率（估算上限截止頻率fH ）（1）什么叫開(kāi)路時(shí)間常數(shù)）什么叫開(kāi)路時(shí)間常數(shù)

5、R1OR2OC2開(kāi)路時(shí)，開(kāi)路時(shí)，C1的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)。的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)。 ORC111 C1開(kāi)路時(shí)，開(kāi)路時(shí)，C2的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)。的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)。 ORC222 某個(gè)電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)某個(gè)電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)是指將電路中的是指將電路中的其他電容其他電容開(kāi)路時(shí)，該電容兩端的等效電阻與該電容的乘積。開(kāi)路時(shí)，該電容兩端的等效電阻與該電容的乘積。1、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法（估算上限截止頻率（估算上限截止頻率fH ）（2）放大電路上限截止頻率）放大電路上限截止頻率fH與各電容開(kāi)路時(shí)間常數(shù)間的關(guān)系與各電容開(kāi)路時(shí)間常數(shù)間的關(guān)系 2HHf jnjjOCR 121 式子的意義：式子的意義： -放大電路上限截止角

6、放大電路上限截止角頻率的倒數(shù)恒等于相應(yīng)的高頻等效電頻率的倒數(shù)恒等于相應(yīng)的高頻等效電路中各電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)之和。路中各電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)之和。jnjjOHCR 11 利用這個(gè)開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法計(jì)算得到的利用這個(gè)開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法計(jì)算得到的fH總是低于實(shí)際的總是低于實(shí)際的上限頻率，為此引入修正系數(shù)上限頻率，為此引入修正系數(shù)(1.14)以減小誤差。以減小誤差。14. 1 修正修正系數(shù)系數(shù)1、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法、開(kāi)路時(shí)間常數(shù)法（估算上限截止頻率（估算上限截止頻率fH ）（3）估算放大電路的上限截止頻率）估算放大電路的上限截止頻率fH 的方法的方法首先首先畫(huà)出放大電路的在高頻段的微變等效電路，此時(shí)耦合電畫(huà)出放大電

7、路的在高頻段的微變等效電路，此時(shí)耦合電 容、旁路電容等大電容應(yīng)短路，放大管的極間電容、電路的分容、旁路電容等大電容應(yīng)短路，放大管的極間電容、電路的分 布電容須考慮，因此布電容須考慮，因此BJT的模型應(yīng)該用混的模型應(yīng)該用混模型。模型。分別求出電路中每一個(gè)電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)；分別求出電路中每一個(gè)電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)；jjOjCR 關(guān)鍵是求關(guān)鍵是求RjO：應(yīng)將：應(yīng)將Cj以外的其他電容都開(kāi)路，把獨(dú)立信以外的其他電容都開(kāi)路，把獨(dú)立信號(hào)源置零，此時(shí)該電容兩端的等效電阻即為號(hào)源置零，此時(shí)該電容兩端的等效電阻即為RjO.將所有電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)代入將所有電容的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)代入 計(jì)算公式即可估算出計(jì)算公式即可估算

8、出fH。jnjjOHCRf 1214. 1 bbrbeCbcgmubecerbbCbeube+- -應(yīng)用應(yīng)用1估算共射放大器的上限截止頻率：估算共射放大器的上限截止頻率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+RbRSuS+bceLR LR RbRSuS高頻段的微變等效電路高頻段的微變等效電路 http:/ http:/ -LR RbRSuS高頻段的微變等效電路高頻段的微變等效電路Cb e的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：ebOCR 11 R1OebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 bbrbeCbcgmubecerbbCbeube+- -LR RbRSuS高頻段的

9、微變等效電路高頻段的微變等效電路Cb C的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：cbOCR 22 bR R2Oii;/2iURcbO ; iRubeb LbmbCbRiRgiiRu )(; iRgugbmebm LbmbcbORRgRiuR )1 (2 cbLbmbCRRgR )1 (2 Cb e的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：ebOCR 11 ebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 Cb C的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：cbOCR 22 )(214. 121 Hf放大電路的上限截止頻率放大電路的上限截止頻率fH：CbLbmbebbHCRRgRCRf )1(14. 121 ;/2i

10、URcbO ; iRubeb LbmbCbRiRgiiRu )(; iRgugbmebm LbmbcbORRgRiuR )1 (2 cbLbmbCRRgR )1 (2 Cb e的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：ebOCR 11 ebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 應(yīng)用應(yīng)用2估算共基放大器的上限截止頻率：估算共基放大器的上限截止頻率：（1 1）共基放大器的高頻微變等效電路：）共基放大器的高頻微變等效電路： uSRSCLRCRL負(fù)載負(fù)載電容電容rbbbbrbegmu1ceCbeu1+- -CbCRSuSLR CL忽略忽略rbb 后的等效電路后的等效電路：uSRSRLrbe+ +

11、- -u1gmu1ecCLbCbeLCbLCCC 忽略忽略rbb 后的等效電路后的等效電路：uSRSRLrbe+ +- -u1gmu1ecCLbCbeR1OuSRSRLrbe+ +- -u1gmu1ecCLbCbeR2OLCbLCCC 受控電流源的內(nèi)阻很大，所以當(dāng)受控電流源的內(nèi)阻很大，所以當(dāng)在在CL兩端加上電壓后，兩端加上電壓后， rbe上的上的分壓分壓u10； gmu10； R2O 。 Cb e的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：ebOCR 11 ;/)/(11OebSORrRR mmOguguR/1/111 )/1/()/(1mebSOgrRR （很很小?。﹎g/1 CL 的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)

12、路時(shí)間常數(shù)：LOCR 22 LOORRR /22LR Cb e的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：ebOCR 11 ;/)/(11OebSORrRR mmOguguR/1/111 )/1/()/(1mebSOgrRR （很很小小）mg/1 CL 的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：的開(kāi)路時(shí)間常數(shù)：LOCR 22 )(LCbLCCC LOORRR /22LR )(214. 121 Hf放大電路的上限截止頻率放大電路的上限截止頻率fH：LLebmCRCg /11214.1 當(dāng)當(dāng)CL 0時(shí)，時(shí)，TebmHfCgf14. 1)2(14. 1 此時(shí)放大器的高頻特性受負(fù)載電阻的影響很小。此時(shí)放大器的高頻特性受負(fù)載電阻的影響很小。

13、共基放大電路的上限截共基放大電路的上限截止頻率很高，高頻特性止頻率很高，高頻特性好，通頻帶寬。好，通頻帶寬。只含電阻只含電阻和受控源的和受控源的線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)C1C2二階的線性網(wǎng)絡(luò)模型二階的線性網(wǎng)絡(luò)模型2、短路時(shí)間常數(shù)法、短路時(shí)間常數(shù)法（估算下限截止頻率（估算下限截止頻率fL ）（1）什么叫短路時(shí)間常數(shù)）什么叫短路時(shí)間常數(shù)R1SR2SC2短路時(shí)，短路時(shí)，C1的短路時(shí)間常數(shù)。的短路時(shí)間常數(shù)。 SRC111 C1短路時(shí)，短路時(shí)，C2的短路時(shí)間常數(shù)。的短路時(shí)間常數(shù)。 SRC222 某個(gè)電容的短路時(shí)間常數(shù)某個(gè)電容的短路時(shí)間常數(shù)是指將電路中的是指將電路中的其他電容其他電容短路時(shí)，該電容兩端的等效電阻與

14、該電容的乘積。短路時(shí)，該電容兩端的等效電阻與該電容的乘積。（2）放大電路下限截止頻率）放大電路下限截止頻率fL的估算方法的估算方法 njjjSLCRf112114.11 修正修正系數(shù)系數(shù)（3）估算放大電路的下限截止頻率）估算放大電路的下限截止頻率fL 的步驟的步驟首先首先畫(huà)出放大電路的在低頻段的微變等效電路，此時(shí)放大畫(huà)出放大電路的在低頻段的微變等效電路，此時(shí)放大 管的極間電容、分布電容視為開(kāi)路，耦合電容、旁路電容管的極間電容、分布電容視為開(kāi)路，耦合電容、旁路電容 等大電容必須保留。等大電容必須保留。分別求出電路中每一個(gè)電容的短路時(shí)間常數(shù)；分別求出電路中每一個(gè)電容的短路時(shí)間常數(shù)；jjsjCR 將

15、所有電容的短路時(shí)間常數(shù)將所有電容的短路時(shí)間常數(shù) 代入代入 計(jì)算公式即可估算出計(jì)算公式即可估算出fL。 njjjSLCRf112114. 11 uSRbRCrbe ibcbRSC1RLCeReibC2e應(yīng)用應(yīng)用1估算共射放大器的下限截止頻率：估算共射放大器的下限截止頻率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+低頻段的微變等效電路低頻段的微變等效電路C1兩端的等效電阻：兩端的等效電阻：bebSSrRRR/1 C2兩端的等效電阻：兩端的等效電阻：LCSRRR 2Ce兩端的等效電阻：兩端的等效電阻： 1/SbeeeSRrRRC2各電容的短路時(shí)間常數(shù)：各電容的短路時(shí)間常數(shù)：應(yīng)用應(yīng)用1估算共

16、射放大器的下限截止頻率：估算共射放大器的下限截止頻率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+C1兩端的等效電阻：兩端的等效電阻：bebSSrRRR/1 C2兩端的等效電阻：兩端的等效電阻：LCSRRR 2Ce兩端的等效電阻：兩端的等效電阻：各電容的短路時(shí)間常數(shù)：各電容的短路時(shí)間常數(shù)： njjjSLCRf112114. 11 )111(14. 12132211eSSSLCRCRCRf 1/SbeeeSRrRR三、多級(jí)放大器高低截止頻率的估算三、多級(jí)放大器高低截止頻率的估算222211 . 1LnLLLffff 可以證明：可以證明：222211111 .11HnHHHffff 級(jí)聯(lián)的

17、級(jí)數(shù)越多，級(jí)聯(lián)的級(jí)數(shù)越多，fL fH 放大器的總的通頻帶越窄。放大器的總的通頻帶越窄。Au1（fH1，fL1）uiAu2（fH2，fL2）Aun（fHn，fLn）uO放大器的總的通頻帶比任何單級(jí)的通頻帶都要窄。放大器的總的通頻帶比任何單級(jí)的通頻帶都要窄。222211 . 1LnLLLffff 222211111 .11HnHHHffff ),max(21LnLLLffff 2 2、若各級(jí)放大器的高、低截止頻率相差較大（、若各級(jí)放大器的高、低截止頻率相差較大（4 4倍以上），則：倍以上），則：),min(21HnHHHffff 1 1、若各級(jí)放大器的高、低截止頻率數(shù)值相等，則有：、若各級(jí)放大器的

18、高、低截止頻率數(shù)值相等，則有：;12/1 nLiLff12/1 nHiHff第五章第五章 小結(jié)小結(jié)一、放大器頻率響應(yīng)的基本概念一、放大器頻率響應(yīng)的基本概念1 1、頻率特性函數(shù)：、頻率特性函數(shù)：)(juue| )j (A|)j (A 2 2、影響放大器頻率特性的主要因素：、影響放大器頻率特性的主要因素：低頻區(qū)：耦合和旁路電容；低頻區(qū)：耦合和旁路電容；高頻區(qū)：極間電容和分布電容高頻區(qū)：極間電容和分布電容3 3、表征放大器頻率特性的主要特征參數(shù)：、表征放大器頻率特性的主要特征參數(shù)：（1）中頻增益）中頻增益Au0及相角及相角 O： （與頻率無(wú)關(guān)）（與頻率無(wú)關(guān)）在整個(gè)頻段內(nèi)，在整個(gè)頻段內(nèi)， |Au0|是

19、最大的。是最大的。（2）fH和和fL：021)()(uLuHuAfAfA （3）BW：LHffBW （4）GBW：|0BWAGBWu 綜合表征增益綜合表征增益與帶寬的性能與帶寬的性能uOjiHA)p()z(K) s (Alim 0s 二、放大電路的增益函數(shù)的特點(diǎn)二、放大電路的增益函數(shù)的特點(diǎn)放大電路的一般表達(dá)式及特點(diǎn)：放大電路的一般表達(dá)式及特點(diǎn)： njjmiiupszsKsA11)()()(;nm ;0 ipn等于電路中獨(dú)立電抗元件的數(shù)目。等于電路中獨(dú)立電抗元件的數(shù)目。1 1、低頻段的增益函數(shù)：、低頻段的增益函數(shù)：;nm uOLAKsA )(lim s2 2、高頻段的增益函數(shù)：、高頻段的增益函數(shù)

20、：;nm 3 3、全頻段的增益函數(shù)：、全頻段的增益函數(shù)：;nm 其中頻電壓增益可通過(guò)波特圖判斷其中頻電壓增益可通過(guò)波特圖判斷 njjmiiupszsKsA11)1()1()(三、放大電路波特圖的繪制方法三、放大電路波特圖的繪制方法方法：方法：（1）將增益函數(shù)變換成作圖的）將增益函數(shù)變換成作圖的 標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。（2）每經(jīng)過(guò)一個(gè)單個(gè)零點(diǎn)，幅頻波特圖的漸進(jìn)線頻率）每經(jīng)過(guò)一個(gè)單個(gè)零點(diǎn)，幅頻波特圖的漸進(jìn)線頻率 改變（改變（+20dB/十倍頻）；十倍頻）；每經(jīng)過(guò)一個(gè)單個(gè)極點(diǎn)，幅頻波特圖的漸進(jìn)線頻率每經(jīng)過(guò)一個(gè)單個(gè)極點(diǎn)，幅頻波特圖的漸進(jìn)線頻率改變（改變（- -20dB/十倍頻）；十倍頻）；（3）零點(diǎn)

21、、極點(diǎn)因子在）零點(diǎn)、極點(diǎn)因子在0.1 z、 0.1 P之后開(kāi)始貢獻(xiàn)相位之后開(kāi)始貢獻(xiàn)相位一般零點(diǎn)貢獻(xiàn)相位的斜率為（一般零點(diǎn)貢獻(xiàn)相位的斜率為（+ 45dB/十倍頻）；十倍頻）；在在 z出處貢獻(xiàn)相位出處貢獻(xiàn)相位45； 10 z后為后為+90；一般極點(diǎn)貢獻(xiàn)相位的斜率為一般極點(diǎn)貢獻(xiàn)相位的斜率為（- - 45dB/十倍頻）；十倍頻）；在在 P出處貢獻(xiàn)相位出處貢獻(xiàn)相位- - 45； 10 P后為后為- - 90；四、用時(shí)間常數(shù)法估算放大電路的上、下限截止頻率四、用時(shí)間常數(shù)法估算放大電路的上、下限截止頻率 njjjSLCRf1114. 121 njjjOHCRf11214.1 例題：已知放大器的電壓增益函數(shù)為：例題：已知放大器的電壓增益函數(shù)為： 試畫(huà)出其幅頻特性和相試畫(huà)出其幅頻特性和相頻特性漸進(jìn)波特圖，指頻特性漸進(jìn)波特圖，指出其上限頻率出其上限頻率fH和下限和下限頻率頻率fL及中頻增益及中頻增益AuO各各為多少？為多少？)10)(10(10)(528 ssssAu解：解：將函數(shù)化成作圖的標(biāo)準(zhǔn)形式：將函數(shù)化成作圖的標(biāo)準(zhǔn)形式：)101 (10)101 (1010)(55228ssssAu )101)(101(1052s