第三章放大電路頻率特性

第三章放大電路頻率特性3.1頻率特性的一般概念3.1.1頻率特性的概念對低頻段,由于耦合電容的容抗變大,1/ωc<<R,可視為短路,低頻段時1/ωC<<R不成立。我們定義:當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍時,即時的頻率稱為下限頻率fl。圖3–1考慮頻率特性時的等效電路

對高頻段,由于三極管極間電容或分布電容的容抗較小,低頻段視為開路,高頻段處1/ωC較小,此時考慮極間電容影響的等效電路如圖3-1(b)所示。當(dāng)頻率上升時,容抗減小,使加至放大電路的輸入信號減小,輸出電壓減小,從而使放大倍數(shù)下降。同時也會在輸出電壓與輸入電壓間產(chǎn)生附加相移。同樣我們定義:當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍,即Auh=(1／)Aum時的頻率稱為上限頻率fh。圖3–2共射基本放大電路的頻率特性

共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)將是一個復(fù)數(shù),即其中幅度Au和相角φ都是頻率的函數(shù),分別稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性?？捎脠D3-2(a)和(b)表示。我們稱上、下限頻率之差為通頻帶fbw,即fbw=fh-fl

通頻帶的寬度,表征放大電路對不同頻率的輸入信號的響應(yīng)能力,它是放大電路的重要技術(shù)指標(biāo)之一。3.1.2線性失真圖3–3頻率失真3.2三極管的頻率參數(shù)(3-4)(3-3)圖3–4β的幅頻特性3.2.1共發(fā)射極電流放大系數(shù)β的截止頻率fβ

將值下降到β0的0.707倍時的頻率fβ定義為β的截止頻率。按公式(3-4)也可計算出,當(dāng)f=fβ時,3.2.2特征頻率fT

定義值降為1時的頻率fT為三極管的特征頻率。將f=fT和代入(3-4)式,則得由于通常fT／fβ>>1,所以上式可簡化為fT≈β0fβ上式表示了fT和fβ的關(guān)系。3.2.3共基極電流放大系數(shù)α的截止頻率fα

定義當(dāng)下降為中頻α0的0.707倍時的頻率fα為α的截止頻率。(3-7)fα、fβ、

fT之間有何關(guān)系?將式(3-3)代入式(3-7)得3.2.4三極管混合參數(shù)π型等效電路1.完整的混合π型模型圖3–5三極管的混合π型等效電路圖3–6混合π型參數(shù)和h參數(shù)之間的關(guān)系2.簡化的混合π型模型圖3–7Cμ的等效過程令此式表明,從b′、e兩端看進(jìn)去,跨接在b′、c之間的電容Cμ的作用,和一個并聯(lián)在b′、e兩端,其電容值為的電容等效。這就是密勒定理。如圖3-7(c)所示。3.3共e極放大電路的頻率特性圖3–8共e極放大電路及其混合π型等效電路

具體分析時,通常分成三個頻段考慮:(1)中頻段:全部電容均不考慮,耦合電容視為短路,極間電容視為開路。

(2)低頻段:耦合電容的容抗不能忽略,而極間電容視為開路。

(3)高頻段:耦合電容視為短路,而極間電容的容抗不能忽略。這樣求得三個頻段的頻率響應(yīng),然后再進(jìn)行綜合。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是,可使分析過程簡單明了,且有助于從物理概念上來理解各個參數(shù)對頻率特性的影響。3.3.1中頻放大倍數(shù)Ausm圖3-9中頻段等效電路(3-18)3.3.2低頻放大倍數(shù)Ausl及波特圖圖3–10低頻段等效電路(3-19)式中p、ri同中頻段的定義。將、代入式(3-19),得將公式(3-18)代入,并令則當(dāng)f=fl時,，fl為下限頻率。由(3-20)式可看出,下限頻率fl主要由電容C1所在回路的時間常數(shù)τl決定。（3-20）（3-21）將式(3-21)分別用模和相角來表示:（3-22）（3-23）根據(jù)公式(3-22)畫對數(shù)幅頻特性,將其取對數(shù),得（3-24）先看式(3-24)中的第二項,當(dāng)f>>fl時故它將以橫坐標(biāo)作為漸近線；當(dāng)f<<fl時圖3–11低頻段對數(shù)頻率特性

低頻段的相頻特性,根據(jù)式(3-23)可知,當(dāng)f>>fl時,

趨于0,則φ≈-180°;當(dāng)f<<fl時,趨于90°,φ≈-90°;當(dāng)f=fl時,,φ=-135°。這樣可以分三段折線來近似表示低頻段的相頻特性曲線,如圖3-11(b)所示。f≥10fl時,φ=-180°f≤0.1fl時,φ=-90° 0.1fl＜f＜10fl時,斜率為-45°/10倍頻程的直線。可以證明,這種折線近似的最大誤差為±5.71°,分別產(chǎn)生在0.1fl和10fl處。3.3.3高頻電壓放大倍數(shù)Aush及波特圖圖3–12高頻等效電路由等效電路可求得,則為求出與的關(guān)系,利用戴維寧定理將圖3-12進(jìn)行簡化,如圖3-13所示,其中由圖3-13可得圖3–13簡化等效電路令上限頻率為則(3-28)式(3-28)也可以用模和相角來表示高頻段的對數(shù)幅頻特性為圖3–14高頻段對數(shù)頻率特性3.3.4完整的頻率特性曲線(波特圖)圖3–15共射極基本放大電路的幅頻和相頻特性曲線3.3.5其它電容對頻率特性的影響(1)圖3–16C2的下限頻率的等效電路耦合電容C2。(2)圖3–17Ce對頻率特性的影響射極旁路電容Ce。(3)輸出端分布電容Co。3.4多級放大電路的頻率特性3.4.1多級放大電路的通頻帶fbw中頻區(qū)時

在上、下限頻率處,即fl=fl1=fl2,fh=fh1=fh2處,各級的電壓放大倍數(shù)均下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍,即而此時的總的電壓放大倍數(shù)為截止頻率是放大倍數(shù)下降至中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707時的頻率。所以,總的截止頻率fh＜fh1=fh2;fl＞fl1=fl2。總的頻帶為3.4.2上、下限頻率的計算下限頻率滿足下述近似關(guān)系:多級放大器中,其中某一級的上限頻率fhk比其它各級小很多,而下限頻率flk比其它各級大很多時,則總的上、下限頻率近似為

【例1】共e極放大電路如圖3-18所示,設(shè)三極管的β=100,rbe=6kΩ,rbb′=100Ω,fT=100MHz,Cμ=4pF。

(1)估算中頻電壓放大倍數(shù)Ausm;(2)估算下限頻率fl;(3)