电子科大模电第5章 放大电路的频率响应

1、第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 教学内容和要求教学内容和要求 理解频率响应的概念理解频率响应的概念 理解晶体管高频模型和场效应管高频模型理解晶体管高频模型和场效应管高频模型 掌握单管放大电路的频率响应掌握单管放大电路的频率响应 理解多级放大电路的频率响应理解多级放大电路的频率响应 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 5.1 频率响应的概念频率响应的概念 1、研究放大电路频率响应的必要性、研究放大电路频率响应的必要性 放大电路中电容、电感和晶体管、场效应管内电容放大电路中电容、电感和晶体管、场效应管内电容 效应效应

2、电压放大倍数是信号频率的函数电压放大倍数是信号频率的函数 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2、频率响应的基本概念、频率响应的基本概念 高通电路高通电路 i U o U Cj 1 R + _ _ fRC2 1 j1 1 RCj 1 1 1 Cj 1 R R U U A i o u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 f f j1 1 A RC2 1 f L uL 记 2 L u ) f f (1 1 A 幅频特性 ) f f arctan( L 相频特性 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 o uL o uL o uL 01Aff 45 2 1 Af

3、f 900Aff ，当 ，当 ，当 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 低通电路低通电路 i U o U Cj 1 R + _ _ fRC2 j1 1 RCj1 1 Cj 1 R Cj 1 U U A i o u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 H uH f f j1 1 A RC2 1 f 记 2 H u ) f f (1 1 A 幅频特性 ) f f arctan( H 相频特性 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 o uH o uH o uH 900Aff 45 2 1 Aff 01Aff ，当 ，当 ，当 第第5章章 放大电路的频率响应放大

4、电路的频率响应 3、波特图、波特图 横坐标横坐标f采用对数尺度，纵坐标采用对数尺度，纵坐标 采用线采用线 性尺度所构成坐标系下的幅频特性曲线和相频特性性尺度所构成坐标系下的幅频特性曲线和相频特性 曲线曲线 和 u Alg20 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 L L L L 2 L u ff , 0 ff , 3 ff), f f lg(20 ) f f (1lg10Alg20 L o L o L o L ff ,0 ff ,45 ff ,90 ) f f arctan( 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 fL u Alg20 -3 -20 10fL 0 0.1

5、fLf fL10fL 90o 0.1fL 0o 45o f 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 H H H H 2 H u ff), f f lg(20 ff , 3 ff , 0 ) f f (1lg10Alg20 H o H o H o H ff ,90 ff ,45 ff ,0 ) f f arctan( 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 fH u Alg20 -3 -20 10fH 0 0.1fHf fH10f H 0o 0.1fH -90o -45o f 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 5.2 晶体管高频模型和场效应管高频模型晶体管高频

6、模型和场效应管高频模型 1、晶体管高频模型、晶体管高频模型 + _ rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb r ce U Cj 1 Cj 1 晶体管晶体管的混合的混合模型模型 eb mbbebmebm r gIIrgUg 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 C)K1 (CUCj Cj 1 U IU)K1 (Cj Cj 1 UU I eb eb Ceb ceeb C + _ rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb r ce U Cj 1 Cj 1 Cj 1 + _ rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb

7、r ce U Cj 1 Cj 1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 C) K 1 1 (CUCj Cj 1 U IU) 1 K 1 (Cj Cj 1 UU I ce ce Cce ceeb C + _ rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb r ce U Cj 1 Cj 1 Cj 1 + _ rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb r ce U Cj 1 Cj 1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 C)K1 (CCCC 记 CC) K 1 1 (C CC 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _

8、 rce eb r ebmU g eb U be U + _ bb r ce U Cj 1 晶体管晶体管高频模型高频模型 C)K1 (CCCC 其中 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 电流放大系数的频率响应电流放大系数的频率响应 )CC(rj1)CC(rj1 rg U)CC(j r 1 Ug I I ebeb ebm eb eb ebm b c f f j1 )CC(r2 1 f eb 记 0Uce 模型中晶体管混合 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2、场效应管的高频模型、场效应管的高频模型 + _ rds gsmU g gs U + _ ds U gs Cj

9、 1 gd Cj 1 场效应管的混合场效应管的混合模型模型 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ rds gsmU g gs U ds U gs Cj 1 gd Cj 1 gd Cj 1 + _ rds gsmU g gs U + _ ds U gs Cj 1 gd Cj 1 gdgdgsgd gd gs Cgsgd gd dsgs C C)K1 (CUCj Cj 1 U IU)K1 (Cj Cj 1 UU I gdgd 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ rds gsmU g gs U ds U gs Cj 1 gd Cj 1 gd Cj 1 + _

10、 rds gsmU g gs U + _ ds U gs Cj 1 gd Cj 1 gdgddsgd gd ds Cdsgd gd dsgs C C) K 1 1 (CUCj Cj 1 U IU) 1 K 1 (Cj Cj 1 UU I gdgd 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 gdgdgd CC) K 1 1 (C gdgs CC gdgsgdgsgs C)K1 (CCCC 记 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ rds gsmU g gs U ds U gs Cj 1 场效应管高频模型场效应管高频模型 gdgsgdgsgs C)K1 (CCCC 其中

11、 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 5.3 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应 1、阻容耦合共射放大电路的频率响应、阻容耦合共射放大电路的频率响应 + _ uI RcRb UCC + _ uO C1 + _ uS Rs RL C2 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 分析放大电路频率响应时，输入信号的频率范围分析放大电路频率响应时，输入信号的频率范围 分为中频、低频和高频三个频段分为中频、低频和高频三个频段 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U Cj 1 s U eb U + _ 1 Cj 1 2

12、 Cj 1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 输入信号为中频输入信号为中频电路中电路中“大电容大电容” 容抗很小，容抗很小， 短路，晶体管中短路，晶体管中“小电容小电容”容抗很大，开路容抗很大，开路 输入信号为低频输入信号为低频电路中电路中“大电容大电容” 容抗不大容抗不大 不小，保留，晶体管中不小，保留，晶体管中“小电容小电容”容抗很大，开路容抗很大，开路 输入信号为高频输入信号为高频电路中电路中“大电容大电容” 容抗很小，容抗很小， 短路，晶体管中短路，晶体管中“小电容小电容”容抗不大不小，保留容抗不大不小，保留 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 中频电压放

13、大倍数中频电压放大倍数 短路 短路 开路 2Lc 2 1beb 1 eb CRR Cj 1 Cr/R Cj 1 Cr Cj 1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U s U eb U + _ ebLmo eb eb be i URgU U r r U u be L be Lebm i o u A r R r Rrg U U A 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 低频电压放大倍数低频电压放大倍数 开路 Cr Cj 1 eb + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb

14、 r ebmU g i U bb r o U s U eb U + _ 1 Cj 1 2 Cj 1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U s U eb U + _ 1 Cj 1 2 Cj 1 i be eb 1beb i be eb 1 beb beb eb U r r C)r/R(j 1 1 1 U r r Cj 1 )r/R( r/R U 2 Lc Lc ebm 2 Lc 2 Lc ebm 2 L L o Cj 1 RR RR Ug Cj 1 RR ) Cj 1 R(R Ug Cj

15、1 R R U 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 i be Lebm 2Lc1beb2Lc L ebm U r Rrg C)RR(j 1 1 C)r/R(j 1 1 1 C)RR(j 1 1 R Ug C)RR(j 1 1 C)r/R(j 1 1 A r R C)RR(j 1 1 C)r/R(j 1 1 1 r Rrg C)RR(j 1 1 C)r/R(j 1 1 1 U U A 2Lc1beb u be L 2Lc1beb be Lebm 2Lc1beb i o u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2Lc 2L 1beb 1L C)RR(2 1 f C)r/

16、R(2 1 f 记 ) f f j1)( f f j1 ( A A 2L1L u u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 高频电压放大倍数高频电压放大倍数 短路 短路 2Lc 2 1beb 1 CRR Cj 1 Cr/R Cj 1 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U Cj 1 s U eb U + _ 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U Cj 1 s U eb U + _ i ebbb be eb i ebbbe

17、bbb eb i eb eb bb eb eb i ebbb eb eb U C)r/r (j1 r r U Crrjrr r U Crj1 r r Crj1 r U ) Cj 1 /r (r Cj 1 /r U 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ RcRb + _ + _ RL Rs eb r ebmU g i U bb r o U Cj 1 s U eb U + _ i be Lebm ebbb Lebmo U r Rrg C)r/r (j1 1 RUgU C)r/r (j1 A r R C)r/r (j1 1 r Rrg C)r/r (j1 1 U U A ebbb

18、 u be L ebbbbe Lebm ebbbi o u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 C)r/r (2 1 f ebbb H 记 H u u f f j1 A A 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 波特图波特图 Lk H u HLku H 2L1L u H 2L1L u u ff f f j1 A fffA ff ) f f j1)( f f j1 ( A ) f f j1)( f f j1)( f f j1 ( A A 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 低频段低频段高通电路高通电路 中频段中频段常数常数 高频段高频段低通电路低通电路 三

19、段合一三段合一带通电路带通电路 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 fL2 u Alg20 10fL20.1fL1ffH10fH0.1fH u Alg20 fL1 fL1 10fL20.1fL1ffH10fH0.1fH o 270 fL2 o 0 o 180 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 下限截止频率下限截止频率 设共射放大电路有设共射放大电路有m个个“大电容大电容” m 1k 2 Lk u u m 1k Lk u u ) f f (1 A A ) f f j1 ( A A 2 A Aff u uL ，当 2) f f (1 2) f f (1 m 1k 2

20、L Lk m 1k 2 L Lk 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2) f f (1 m 1k 2 L Lk m 1k 2 LkL m 1k 2 Lk 2 L ff1f f 1 2 2L 2 1LL fff下限截止频率 2Lc 2L 1beb 1L C)RR(2 1 f C)r/R(2 1 f 其中 1LLLk1L ffm, 2kff，当 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 上限截止频率上限截止频率 2 H u u H u u ) f f (1 A A f f j1 A A 2 A Aff u uH ，当 C)r/r (2 1 f ebbb H 上限截止频率 第

21、第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 通频带通频带 fL2 u Alg20 ffH u Alg20 fL1fL LHBW fff 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ uI 5k950k 15V + _ uO 5 + _ uS Rs 5k 5 例例1，阻容耦合共射放大电路中，阻容耦合共射放大电路中，rbb=100， =100，f=0.5MHz，C=5F。求。求(1)电压放大倍电压放大倍 数数 ；(2)下限截止频率下限截止频率fL，上限截止频率，上限截止频率fH，通，通 频带频带fBW u A 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 )mA(015. 0

22、950 7 . 015 R UU I b onCC BQ )k(73. 1)(1733 015. 0 26 I U r BQ T eb C fr2 1 C )CC(r2 1 f ebeb )pF(178)F(10178105 )105 . 01733(2 1 C 1212 6 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ 5k950k + _ + _ 5k Rs eb r ebmU g i U bb r o U s U eb U + _ 136 73. 11 . 0 ) 5/5 (100 r R r Rrg A be L be Lebm u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的

23、频率响应 + _ 5k950k + _ + _ 5k Rs eb r ebmU g i U bb r o U s U eb U + _ 1 Cj 1 2 Cj 1 )Hz( 4 .17 10510)833. 1/950(2 1 C)r/R(2 1 f 63 1beb 1L )Hz(18. 3 10510) 55(2 1 C)RR(2 1 f 63 2Lc 2L 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 + _ 5k950k + _ + _ 5k Rs eb r ebmU g i U bb r o U Cj 1 s U eb U + _ Lebmoce RUgUU 144 73. 1 )

24、 5/5 (100 r R Rg U U K eb L Lm eb ce )pF(9035)1441 (178C)K1 (CCCC )MHz(86. 1 1090310)73. 1/1 . 0(2 1 C)r/r (2 1 f 123 ebbb H 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 ) 1086. 1 f j1)( f 4 .17 j1)( f 18. 3 j1 ( 136 ) f f j1)( f f j1)( f f j1 ( A A 6 H 2L1L u u 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 )Hz( 7 .1718. 34 .17fff 222 2L 2

25、 1LL )MHz(86. 1fH )MHz(86. 1)Hz(1086. 17 .171086. 1fff 66 LHBW 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2、直接耦合共源放大电路的频率响应、直接耦合共源放大电路的频率响应 + _ uI Rd Rg2 UDD + _ uO + _ uS RS RL Rg1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 分析放大电路频率响应时，输入信号的频率范围分析放大电路频率响应时，输入信号的频率范围 分为中低频、高频两个频段分为中低频、高频两个频段 + _ + _ + _ RL Rs i U o U s U RdRg2 + _ gsm

26、U g gs U gs Cj 1 Rg1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 中低频电压放大倍数中低频电压放大倍数 开路 gs2g gs CR Cj 1 + _ + _ + _ RL Rs i U o U s U RdRg2 + _ gsmU g gs U Rg1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 im 2g1g 2g gsLmo i 2g1g 2g gs URg RR R URgU U RR R U uLm 2g1g 2g i o u ARg RR R U U A + _ + _ + _ RL Rs i U o U s U RdRg2 + _ gsmU g gs

27、 U Rg1 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 高频电压放大倍数高频电压放大倍数 + _ + _ + _ RL Rs i U o U s U RdRg2 + _ gsmU g gs U gs Cj 1 Rg1 i gs2g 2g 1g gs2g 2g i gs 2g1g gs 2g gs U CRj1 R R CRj1 R U ) Cj 1 /R(R Cj 1 /R U 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 i gsg Lm 2g1g 2g gsLmo U CRj1 Rg RR R URgU i gsg 2g2g 2g i gs2g1g2g1g 2g U CRj1

28、RR R U CRRjRR R gsg u gsg Lm 2g1g 2g i o u CRj1 A CRj1 Rg RR R U U A 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 gsg H CR2 1 f 记 H u u f f j1 A A gsg H CR2 1 f 上限截止频率 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 足够大f f f j1 A ffA f f j1 A A H u Hu H u u 频率响应频率响应 中低频段中低频段常数常数 高频段高频段低通电路低通电路 两段合一两段合一低通电路低通电路 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 通频带通频带

29、 gsg HLHBW CR2 1 ffff 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 3、频率响应的改善和增益带宽积、频率响应的改善和增益带宽积 频率响应的改善频率响应的改善 低频特性的改善低频特性的改善减小下限截止频率减小下限截止频率 增大耦合电容增大耦合电容 增大回路电阻增大回路电阻有限有限 直接耦合直接耦合 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 高频特性的改善高频特性的改善增大上限截止频率增大上限截止频率 减小等效结电容减小等效结电容减小电压放大倍数减小电压放大倍数 减小回路电阻减小回路电阻有限有限 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 增益带宽积增益带宽

30、积 C)r/r (2 1 ffff ebbb HLHBW 通频带 C) r R 1 (C)r/r (2 r R C)K1 (C)r/r (2 A fA eb L ebbb be L ebbb u BWu 增益带宽积 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 习题：习题：(p255)5.3、(p256)5.9、5.11、5.12 Cr2 1 C r r )r/r (2 1 bb eb be ebbb 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 5.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 1、多级放大电路频率响应分析、多级放大电路频率响应分析 设多级放大电路由相同的放大电路组成设多级放大电路由相同的放大电路组成 N, 2 , 1kAlgN20Alg20Alg20 uk N 1k uku 2lg202lgN20Alg20ff 2lg20Alg20ff uLk uL ，当 ，当 LkL ff 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2lg202lgN20Alg20ff 2lg20Alg20ff ukH uH ，当 ，当 HkH ff BWkBW ff 第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 2、多级放大电路的截