第三放大電路的頻率特性模擬電子基礎(chǔ)全面的模擬電子基礎(chǔ)涵蓋廣泛

1、第三章 放大電路的頻率特性第三章第三章 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念頻率特性的一般概念 3.2 三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參數(shù) 3.3 共共e極放大電路的頻率特性極放大電路的頻率特性 3.4 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性 第三章 放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念頻率特性的一般概念 3.1.1 頻率特性的概念頻率特性的概念 對低頻段, 由于耦合電容的容抗變大, 高頻時1/cR, 可視為短路, 低頻段時1/C1, 所以上式可簡化為fT0f上式表示了fT和f的關(guān)系。 第三章 放大電路的頻率特性3.2.3 共基極電流放大系數(shù)共基極電流放大

2、系數(shù)的截止頻率的截止頻率f 1ffjo1定義當 下降為中頻0的0.707倍時的頻率f為的截止頻率。 .(3-7)第三章 放大電路的頻率特性f、f、 fT之間有何關(guān)系? 將式(3 - 3)代入式(3 - 7)得ffjfjffjf)1 (11/11/100000Taafffff00)1 (第三章 放大電路的頻率特性3.2.4 三極管混合參數(shù)三極管混合參數(shù)型等效電路型等效電路 1.完整的混合完整的混合型模型型模型 rcebc(b) 混合 型等效電路rbbCbrbcCeUb e.gmUb e .eIb.Ic.(a) 三極管的電容效應(yīng)berberberbbrbcbCCc圖3 5 三極管的混合型等效電路第

3、三章 放大電路的頻率特性berbbIcIbrbebcgmUb e(a) 不考慮C和C的簡化混合型等效電路beIcIbc(b) 簡化的h參數(shù)等效電路rbeIb圖3 6 混合型參數(shù)和h參數(shù)之間的關(guān)系第三章 放大電路的頻率特性26262626)1 (26)1 (CQCQebmbebbmebmebbebbCQEQebEQbbbeebbbIIrgIrIgUgrrrIIrIrrrrCgfmT2第三章 放大電路的頻率特性2. 簡化的混合簡化的混合型模型型模型 bce(a)rbbrbebUbe.CCgmUb e.c(b)IUbe.CbeUc e.eIc(c)Ub e.b(1 K)CCK 1KUce.e圖3 7

4、 C的等效過程第三章 放大電路的頻率特性CjUUUCjUUIebceebceeb1)1 (1令 則,KUUebceCKjUCjKUIebeb)1 (11)1 (第三章 放大電路的頻率特性此式表明, 從b、e兩端看進去, 跨接在b、c之間的電容C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。 CKC)1 (CKKjUCjKUCjUUIceecebce)1(11)11 (1 第三章 放大電路的頻率特性3.3 共共e極放大電路的頻率特性極放大電路的頻率特性 RsRbrb eRcUsRsC1RL UCCRcRbC2(a)(b)bcUo.Ui.Us.

5、Ui.C1rbbCUo.CK 1KgmUb e.Ub eeb圖3 8 共e極放大電路及其混合型等效電路第三章 放大電路的頻率特性 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), 然后再進行綜合。 這樣做的優(yōu)點是, 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。 第三章 放大電路的頻率特性3.3.1 中頻放大倍數(shù)中頻放大倍數(shù)Ausm RsR

6、bbcUirbbUogmU b e Usrb eUb eRceb圖3 - 9 中頻段等效電路第三章 放大電路的頻率特性ebbbebebbbbisisiiiiebsiiiiebbbebebcebmOrrrprrRrUrRrUpUUrRrUpUUrrrURUgU);/(第三章 放大電路的頻率特性scmisiscmebbbebisiOURpgrRrURgrrrrRrUcmisisOusmRpgrRrUUA(3-18)第三章 放大電路的頻率特性3.3.2 低頻放大倍數(shù)低頻放大倍數(shù)Ausl及波特圖及波特圖 RsRbbcUirbbUo.gmU b e .Usrb ebUb eRcC1.e.圖3 10 低頻

7、段等效電路第三章 放大電路的頻率特性sisiiiiebbbebebcebmOUCjrRrUUpUrrrURUgU11(3-19)式中p、ri同中頻段的定義。將 、 代入式(3 - 19), 得ebUiUscmisioURpgCjrRrU11第三章 放大電路的頻率特性siscmisioUCrRjRpgrRrU1)(11111)(111CrRjRpgrRrUUAiscmisisOus第三章 放大電路的頻率特性將公式(3 - 18)代入, 并令 ffjAjAACrRfCrRusmusmusisis1111111111111)(2121)(則當f=fl時, ， fl為下限頻率。由(3 - 20)式可看

8、出, 下限頻率fl主要由電容C1所在回路的時間常數(shù)l決定。 ,121usmusAA（3-20）（3-21）第三章 放大電路的頻率特性將式(3 - 21)分別用模和相角來表示: ffffAAusmus1211arctan1801（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211120120120ffgAgAIgGusmusu（3-24）第三章 放大電路的頻率特性先看式(3 - 24)中的第二項, 當ffl時0120121ffg故它將以橫坐標作為漸近線；當ffl時, 趨于0, 則-180; 當ffl時, 趨于90, -90;當f=fl時, , =-135。 這

9、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。 f10fl時, =-180f0.1fl時, =-900.1flf10fl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。 ff1arctanff1arctan 45arctan1ff第三章 放大電路的頻率特性3.3.3 高頻電壓放大倍數(shù)高頻電壓放大倍數(shù)Aush及波特圖及波特圖 RsberbbUo.rb eUb eRcRbC b.gmUb e.Us.圖3 12 高頻等效電路第三章 放大電路的頻率特性ebceUUK由等效電路可求得 cebmceRU

10、gU,則cebmOcmcmebcebmebRUgUCRgCRgURUgUUKce)1 (第三章 放大電路的頻率特性為求出 與 的關(guān)系, 利用戴維寧定理將圖3 - 12進行簡化, 如圖3 - 13所示, 其中ebUsU)/(/bsbbebsisiebbbebisissRRrrRUprRrrrrrRrUU由圖3 -13可得第三章 放大電路的頻率特性RcUo.Ub eRcC b.gmUb e .U s.e圖3 13 簡化等效電路 sisissebUprRrRCjURCjUCjRCjU111111第三章 放大電路的頻率特性1111RCjAUUAUprRrRCjRgUusmsoushsisicmo令RC

11、h上限頻率為 2121RCfhh則husmhusmushffjAjAA1111(3-28)第三章 放大電路的頻率特性式(3 - 28)也可以用模和相角來表示 hhusmushffffAAarctan180)(12高頻段的對數(shù)幅頻特性為 21201201201husmushuffgAgAgG第三章 放大電路的頻率特性20 lg|Ausm|lg fO225270(a) 幅頻特性3 dBGk / dB20 dB / 10 倍頻程1805.710.1 f h5.71 f h10 f hlg f(b) 相頻特性 f h圖3 14 高頻段對數(shù)頻率特性 第三章 放大電路的頻率特性3.3.4 完整的頻率特性曲

12、線完整的頻率特性曲線(波特圖波特圖) husmusffjffjAA111CrRfAbbshusm)(21第三章 放大電路的頻率特性圖3 15 共射極基本放大電路的幅頻和相頻特性曲線 fbeGu / dB20 lg|Ausm|O20 dB / 10 倍頻程20 dB / 10 倍頻程3 dBff90135180225270(a) 幅頻特性(b) 相頻特性flfh第三章 放大電路的頻率特性3.3.5 其它電容對頻率特性的影響其它電容對頻率特性的影響 21f第三章 放大電路的頻率特性(1) 21)(212CRrfLoroRLC2圖3 16 C2的下限頻率的等效電路 耦合電容C2。 第三章 放大電路的

13、頻率特性(2) 1/21/1/13bbeeebsbbbeeRrRCfRRRRrRrUsrRbRcReCeRs圖3 17 Ce對頻率特性的影響射極旁路電容Ce。 第三章 放大電路的頻率特性(3) 輸出端分布電容Co。 21LOhLOhRCfRC第三章 放大電路的頻率特性3.4 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性3.4.1 多級放大電路的通頻帶多級放大電路的通頻帶fbw nuuuuAAAA 21中頻區(qū)時 2121usmusmusmusmAAAA第三章 放大電路的頻率特性 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

14、.707倍, 即21212121707. 0707. 0707. 0707. 011usmusmusususmusmushushAAAAAAAA212121215 . 05 . 0111usmusmususususmusmushushushAAAAAAAAAA而此時的總的電壓放大倍數(shù)為第三章 放大電路的頻率特性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fhfh1=fh2;flfl1=fl2?？偟念l帶為11111ffffffhbwhbw第三章 放大電路的頻率特性3.4.2 上、下限頻率的計算上、下限頻率的計算 2221111 . 1121nhhhhffff

15、 下限頻率滿足下述近似關(guān)系: 2121211211 . 1nffff 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kkffffhh11,第三章 放大電路的頻率特性 【例1】共e極放大電路如圖3 - 18所示, 設(shè)三極管的=100, rbe=6k, rbb=100, fT=100MHz, C=4pF。 (1) 估算中頻電壓放大倍數(shù)Ausm; (2) 估算下限頻率fl; (3) 估算上限頻率fh。 解解 (1) 估算Ausm。 由公式(3 - 18)240 50 F12 VUs.RsC130 F30 kRb91 kRb

16、10 FC2Rc12 kRe5.1 kCeUo.12圖3-18 例1電路圖第三章 放大電路的頻率特性7 .459 . 29 .1698. 07 . 424. 07 . 49 . 29 . 3/12/9 .169 . 510098. 061 . 067 . 491/30/6/21usmLcLebmebbbebbbbeiLmisiusmAkRRRVmArgrrrpkRRrrRpgrRrA故其中第三章 放大電路的頻率特性 (2) 估算下限頻率fl。電路中有兩個隔直電容C1和C2以及一個旁路電容Ce, 先分別計算出它們各自相應(yīng)的下限頻率fl1、 fl2和fle。HzCrRRfHzCrRfHzCrRfe

17、beseLcise5210101)91/30/24. 0(6/1 . 5105021)1/(210 . 1101010)9 . 312(21)(2107. 11010)7 . 424. 0(21)(21361632163112121111fffe、由于，所以Hzffe5211第三章 放大電路的頻率特性 (3) 估算上限頻率fh。高頻等效電路如圖3 - 19所示。根據(jù)給定參數(shù)可算出 RsRbUs.rbbUoCK 1KgmUb e .bRbrb eCUb eRcRL1 bc2圖3 19 例1高頻等效電路 第三章 放大電路的頻率特性kRRRrrRpFCRgCCpFfgCbbsbbebLmTm32. 0)91/30/24. 0(1 . 0/9 . 5)/(/9 .226104)9 . 29 .161 (109 .26)1 (9 .26109 .26