模電5頻率響應(yīng)

第五章放大電路的頻率響應(yīng)1第五章放大電路的頻率響應(yīng)5.1頻率響應(yīng)概述5.2晶體管的高頻等效模型5.3場效應(yīng)管的高頻等效模型5.4單管放大電路的頻率響應(yīng)5.5多級放大電路的頻率響應(yīng)25.1.1研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性放大電路中，由于電抗（電容、電感）元件和晶體管極間電容的存在，使放大倍數(shù)的大小隨頻率變化，同時(shí)輸入輸出的相位移也隨著頻率變化。放大電路的放大倍數(shù)和輸入輸出的相位移是輸入信號頻率的函數(shù)——放大電路的頻率響應(yīng)（頻率特性）分析放大電路必須討論在不同頻率下的響應(yīng)。即它的上、下限截止頻率及通頻帶。在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號頻率的范圍要求。5.1頻率響應(yīng)概述35.1.2頻率響應(yīng)的基本概念一、高通電路令CR+-+-則LLLLuffjffjjffjA+=+=+=11111ww幅頻特性相頻特性頻率比較高的信號能夠通過，頻率低的信號不能通過4-----f下降10倍，下降10倍高通fL：下限截止頻率，簡稱下限頻率0°90°f10f45°0.707fLf=fL時(shí)，放大倍數(shù)的幅值下降到70.7%，相移為450。5二、低通電路CR+-+-則因此幅頻特性相頻特性令60°-45°-90°f0.70710ffHfH：上限截止頻率，簡稱上限頻率f=fH時(shí)，放大倍數(shù)的幅值下降到70.7%，相移為-450。7幾個(gè)結(jié)論①電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子②當(dāng)f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍（增益下降3dB

），相角超前45o；

當(dāng)f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍（增益下降3dB

）相角滯后45o。③截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子④頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。8放大電路中的頻率參數(shù)

在低頻段，隨著信號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。高通電路低通電路

在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。下限頻率上限頻率結(jié)電容9（1）用函數(shù)式

3.放大電路頻率響應(yīng)的表示電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子全頻段當(dāng)f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍（增益下降3dB

），相角超前45o；當(dāng)f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍（增益下降3dB

），相角滯后45o。10（1）用曲線

頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。幅頻特性：相頻特性：fLfH115.1.3波特圖波特圖用對數(shù)坐標(biāo)畫放大電路的頻率特性。對數(shù)幅頻特性：橫軸刻度：

lgf縱軸刻度：單位是分貝（dB）對數(shù)相頻特性：橫軸刻度：

lgf縱軸刻度：可以表示很寬的數(shù)據(jù)范圍。用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。幅頻特性：以截止頻率fL、fH做拐點(diǎn)，兩段直線近似曲線。相頻特性：以截止頻率（0.1fL、10fL）（0.1

fH，10fH）做拐點(diǎn)，直線近似曲線。12一、高通電路的對數(shù)幅頻特性45°0°90°f-30ffL10fL0.1fL近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。折線以截止頻率fL做拐點(diǎn)，兩段直線近似曲線。13二、低通電路的對數(shù)幅頻特性fH0-3f10fH0.1fH0°-45°-90°f近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。折線以截止頻率fH做拐點(diǎn)，兩段直線近似曲線。14-135°-180°-90°f-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103三、單級共射放大電路的對數(shù)幅頻特性155.2晶體管的高頻等效模型5.2.1晶體管的混合模型結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。rbb’：基區(qū)體電阻rb’e’：發(fā)射結(jié)電阻Cπ：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻rb’c’：集電結(jié)電阻Cμ：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻因多子濃度高而阻值小因面積大而阻值小混合π模型：形狀像Π，參數(shù)量綱各不相同16

gm為跨導(dǎo)，它不隨信號頻率的變化而變。阻值小連接了輸入回路和輸出回路，信號傳遞有兩個(gè)方向，使電路的分析復(fù)雜化一、混合模型的建立因在放大區(qū)iC幾乎僅決定于iB而阻值大因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大17二、混合π模型的單向化（使信號單向傳遞）等效變換后電流不變18三、簡化的混合模型19四、混合模型的主要參數(shù)＝？205.2.2晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)為什么短路？21共射截止頻率22電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線0°-45°-90°fff10f0.1ffT23共基截止頻率24晶體管的頻率參數(shù)共射截止頻率共基截止頻率特征頻率集電結(jié)電容手冊查得25晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路的參數(shù)手冊中查出r’bb

，

f，Cob（C）估算靜態(tài)電流IEQ（

ICQ）歸納：265.3場效應(yīng)管的高頻等效模型+-+-CdgCgsrdsgsdCdsR’Ls+-+-C’gsgd高頻等效模型簡化等效模型忽略rgs，rds，c’ds，得簡化等效模型。270.1~11~101~10>1091040.1~20絕緣柵型0.1~11~101~10>1071050.1~10結(jié)型Cds(pF)Cgd(Pf)Cgs(pF)rgs()rds()gm(mS)

參數(shù)（單位）管子類型場效應(yīng)管的主要參數(shù)28討論一1.若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？2.為什么波特圖開闊了視野？同樣長度的橫軸，在單位長度不變的情況下，采用對數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg

f29討論二

電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流ICQ＝2mA；晶體管的rbb’=200Ω，Cob=5pF，fβ=1MHz。試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。30315.4單管放大電路的頻率響應(yīng)5.4.1單管共射放大電路的頻率響應(yīng)RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-適用于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-中頻段：C短路，開路。低頻段：考慮C的影響，開路。高頻段：考慮的影響，C開路。32rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-+-+-+-rbb'becb’RbRcRLRs+-單管共射放大電路的中頻等效電路33一、中頻電壓放大倍數(shù)輸入電阻+-+-+-rbb'becb’RbRcRLRs+-電壓放大倍數(shù)帶負(fù)載時(shí)：空載時(shí)：34二、低頻電壓放大倍數(shù)單管共射放大電路的低頻等效電路+-+-+-rbb'becb’RbRcRLCRs+-高通低頻段頻率響應(yīng)分析35中頻段20dB/十倍頻36單管共射放大電路的高頻等效電路+-+-+-rbb'C’becb’RbRcRLRs+-三、高頻電壓放大倍數(shù)高頻段頻率響應(yīng)分析+-C’ecRcRLR+-b’+-3738四、波特圖在信號頻率從0~時(shí)，要綜合考慮耦合電容C和結(jié)電容C’39四、波特圖-135°-180°-90°f-225°-270°fHfLf10fH0.1fH0.1fL10fL3dB40上限頻率和下限頻率均可表示為1/2，分別是極間電容C’和耦合電容Ｃ所在回路的時(shí)間常數(shù)，其值為從電容兩端向外看的總等效電阻與相應(yīng)的電容之積。可見，求解上、下限截止頻率的關(guān)鍵是正確求出回路的等效電阻。適用于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-41歸納：單管共射放大電路的頻率響應(yīng)的分析2、將等效電路中電容短路、開路，計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù)；1、畫出信號頻率從零到無窮大的交流等效電路；3、將等效電路中極間電容開路，計(jì)算下限截止頻率；4、將等效電路中耦合電容短路，計(jì)算上限截止頻率；5、寫出全頻段電壓放大倍數(shù)表達(dá)式；6、畫出波特圖。42［例]在圖示電路中,已知VCC=15V,Rs=1k,Rb=20k,Rc=RL=5k,C=5F；晶體管的UBEQ=0.7V,rbb’=100,=100,f

=0.5MHz,Cob=5F試估算電路的截止頻率f

H和f

L

，并畫出的波特圖。解：（1）求解Q點(diǎn)可見，放大電路的Q點(diǎn)合適。RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-43（2）求解混合模型中的參數(shù)，畫適用于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路。rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-44（3）求解中頻電壓放大倍數(shù)rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-45（4）求解f

H和f

L因?yàn)镽s<<Rb，所以rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-46（5）畫出的波特圖-135°-180°-90°f-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103475.4.2單管共源放大電路的頻率響應(yīng)（略）5.4.3放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積采用直接耦合方式，使得f

L=0。fbw＝fH－fL≈fH矛盾當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反之，增益降低，帶寬將變寬。48單管共射放大電路的增益帶寬積晶體管選定則增益帶寬積確定。增益帶寬帶寬增益495.5多級放大電路的頻率響應(yīng)5.5.1多級放大電路頻率響應(yīng)的定性分析對數(shù)幅頻特性和相頻特性表達(dá)式為50設(shè)組成兩級放大電路的兩個(gè)單管放大電路具有相同的頻率響應(yīng)：下限頻率fL1=fL2，上限頻率fH1=fH2，；整個(gè)電路的中頻電壓增益：當(dāng)f=fL1時(shí)，說明增益下降6dB，并且由于和均產(chǎn)生+45°的附加相移，所以產(chǎn)生+90°附加相移。根據(jù)同樣的分析可得，當(dāng)f=fH1時(shí)，增益也下降6dB，且所產(chǎn)生的附加相移為-90°。51ffHfL0fL1fH13dB6dB-40dB/十倍頻-20dB/十倍頻兩級一級-180°-270°-90°f-360°-450°-540°一級兩級由圖可見fL>fL1（fL2

），

fH<fH1（fH2

），因此兩級放大電路的通頻帶比組成它的單級放大電路窄。對于一個(gè)n級放大電路，設(shè)組成它的各級放大電路的下限頻率為fL1

、fL2

、…、fLn

，上限頻率為fH1

、fH2、…、fHn，通頻帶為fbw1、fbw2

、…、fbwn

；設(shè)該多級放大電路的下限頻率為fL，上限頻率為fH，通頻帶為fbw，則525.5.2截止頻率的估算一、下限頻率fL當(dāng)f＝fL時(shí)即5354二、上限頻率fH當(dāng)f＝fH時(shí)即5556若兩級放大電路是由兩個(gè)具有相同頻率特性的單管放大電路組成,則其上、下限頻率分別為：對各級具有相同頻率特性的三級放大電路，其上、下限頻率分別為57[例]已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻特性如圖所示。試求解下限、上限頻率fL和fH

，以及電壓放大倍數(shù)f(Hz)020806040104010210