模電第五章放大電路的頻率響應(yīng)

華成英 第五章 放大電路的頻率響應(yīng)清華大學(xué)華成英 第五章 放大電路的頻率響應(yīng)5.1 5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念頻率響應(yīng)的有關(guān)概念5.2 5.2 晶體管的高頻等效電路晶體管的高頻等效電路5.3 5.3 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)華成英 5.1 5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念一、本章要研究的問題一、本章要研究的問題二、二、高通電路和低通電路高通電路和低通電路三、放大電路中的頻率參數(shù)三、放大電路中的頻率參數(shù)華成英 一、研究的問題 放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。為頻率的函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。滿足信號(hào)頻率的范圍要求。華成英 二、高通電路和低通電路。超前，時(shí)；，當(dāng)超前900 0 iooioUUUfUUUi.I.2. 低通電路:信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。Ui.Uo.I.。滯后，時(shí)；，當(dāng)滯后900 iooioUUUfUU 使輸出電壓幅值下降到使輸出電壓幅值下降到70.7%，相位為，相位為45的信號(hào)頻率為的信號(hào)頻率為截止頻率。截止頻率。Ui.Uo.I.1. 高通電路:信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。華成英 三、放大電路中的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號(hào)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(dòng)態(tài)信號(hào)分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfff結(jié)電容結(jié)電容華成英 5.2 晶體管的高頻等效電路一、混合一、混合 模型模型二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)三三、晶體管的晶體管的頻率頻率參數(shù)參數(shù)華成英 1. 模型的建立：由結(jié)構(gòu)而建立，形狀像由結(jié)構(gòu)而建立，形狀像，參數(shù)量綱各不相同。，參數(shù)量綱各不相同。 gm為跨導(dǎo)，它不隨信為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。號(hào)頻率的變化而變。阻值小阻值小阻值大阻值大連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路和輸出回路一、混合模型華成英 2. 混合模型的單向化（使信號(hào)單向傳遞）（使信號(hào)單向傳遞）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變?nèi)A成英 3. 晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊(cè)查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？華成英 二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因?yàn)?( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什么短路？為什么短路？1. 適于頻率從0至無窮大的表達(dá)式華成英 2. 電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，時(shí)，；時(shí)，；，時(shí)，；時(shí)，fffffffffo華成英 3. 電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系71. 5， lg20 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為，可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫法折線化近似畫法華成英 三、晶體管的頻率參數(shù) 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過以上分析得出的結(jié)論：通過以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得華成英 討論一1. 若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為若干個(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？，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(zhǎng)度的橫軸，在為什么波特圖開闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來的多少倍？率是原來的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f華成英 討論二 電路如圖。已知各電阻阻電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流極電流ICQ2mA；晶體管的；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。華成英 清華大學(xué) 華成英 討論二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC華成英 5.35.3 放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)華成英 一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號(hào)頻率從適用于信號(hào)頻率從0的的交流等效電路交流等效電路中頻段：中頻段：C 短路，短路， 開路。開路。CC低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響，的影響， 開路。開路。高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 開路。開路。C華成英 1. 中頻電壓放大倍數(shù)eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu帶負(fù)載時(shí)：帶負(fù)載時(shí)：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時(shí)：空載時(shí)：華成英 2. 低頻電壓放大倍數(shù): :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，時(shí)，當(dāng)超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs華成英 2. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 j1) j ()(j1LcLLLsmLsmslRRfffffAffAAuuuC所在回路的時(shí)間常數(shù)？所在回路的時(shí)間常數(shù)？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs華成英 2. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析：低頻段頻率響應(yīng)分析)arctan90(180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl135 dB3lg20 sL，下下降降時(shí)時(shí)，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu時(shí)，。，時(shí)，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff時(shí)，中頻段中頻段20dB/十倍頻十倍頻華成英 3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析：定性分析0U.CIs.U.s。滯后，時(shí)，當(dāng)，滯后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbe華成英 )(sbbbebRRrrR3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu華成英 3. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析：高頻段頻率響應(yīng)分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下下降降時(shí)時(shí)，uAffH2Hmsharctan180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大時(shí)，dB20lg20 10 shHuAfff。，時(shí)，-270 0 shuAf；時(shí)時(shí)，smshHlg20lg20 uuAAff華成英 4. 電壓放大倍數(shù)的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：華成英 5. 帶寬增益積：定性分析：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當(dāng)提高增益時(shí)，當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反帶寬將變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。華成英 5. 帶寬增益積：定量分析：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！華成英 2. 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)與各級(jí)的關(guān)系 ), 2 , 1( bwbwHHLLnkffffffkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 對(duì)于對(duì)于n級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為fL1 fLn、 fH1 fHn，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為fL、 fH，則，則nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的頻的頻率，經(jīng)修正，可得率，經(jīng)修正，可得1.1為修正系數(shù)為修正系數(shù)華成英 討論一 1. 信號(hào)頻率為信號(hào)頻率為0時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？ 2. 若所有的電容容量都相同，則下限頻率等于多少？若所有的電容容量都相同，則下限頻率等于多少？華成英 時(shí)間常數(shù)分析：所確定的截止頻率。、分別考慮e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路， 開路，求出開路，求出CC1、Ce短路，短路， 開路，求出開路，求出CC1、C2短路，短路， 開路，求出開路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出若電容值均相等，則若電容值均相等，則e 1、2無本質(zhì)區(qū)別無本質(zhì)區(qū)別華成英 清華大學(xué) 華成英 討論二1. 該放大電路為幾級(jí)放大電路該放大電路為幾級(jí)放大電路?2. 耦合方式耦合方式?3. 在在 f 104Hz 時(shí)，增益下降多少？附加相移時(shí)，增益下降多少？附加相移？4. 在在 f 105Hz 時(shí)，附加相移時(shí)，附加相移？5. 畫出相頻特性曲線；畫出相頻特性曲線；6. fH？?uA 已知某放大電路的幅頻已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討論下列問特性如圖所示，討論下列問題：題：華成英 討論三：兩級(jí)阻容耦合放大電路的頻率響應(yīng)兩級(jí)阻容耦合放大電路的頻率響應(yīng)華成英