讲义说明讲稿模电1503ch

1、课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008华中科技大学电信系华中科技大学电信系 刘勃刘勃课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20082华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃电子技术基础模拟部分电子技术基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10

2、10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃36 6 频率响应频率响应6.0 6.0 复习频率响应的基本概念6.1 6.1 放大电路的频率响应放大电路的频率响应6.2 6.2 单时间常数单时间常数RCRC电路的频率响应电路的频率响应6.3 6.3 共源和共射放大电路的低频响应共源和共射放大电路的低频响应6.4 6.4 共源和共射放大电路的高频响应共源和共射放大电路的高频响应6.5 6.5 共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应共栅和共基、共漏和

3、共集放大电路的高频响应6.6 6.6 扩展放大电路通频带的方法扩展放大电路通频带的方法6.7 6.7 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应* *6.8 6.8 单级放大电路的瞬态响应单级放大电路的瞬态响应课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20084 44.7 放大电路的频率响应4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应4.7.2 BJT的高频小信号模型及频率参数4.7.3 单级共射极放大电路的频率响应4.7.4 单级共基极和共集电极放大电路的高频响应4.7.5 多级放大电路的频率响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信研究放大电路的动态指标（主要是增

4、益）随信号频率变化时的响应。号频率变化时的响应。4.7.0 复习频率响应的基本概念第10次课课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085 5放大放大输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻温度温度频率响应频率响应一，影响放大的因素：一，影响放大的因素：BJTBJT组态组态频率问题也是放大稳定的重要因素频率问题也是放大稳定的重要因素静态静态工作点位置工作点位置6.0 复习频率响应的基本概念课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086 6在前面的讨论中：在前面的讨论中：-我们设定的信号是：我们设定的信号是：Asint-这个单一频率信号不会这个

5、单一频率信号不会产生线性失真产生线性失真实际信号是含有丰富频率的信号：实际信号是含有丰富频率的信号：信信 号号频率范围频率范围心电图心电图0.05 200Hz音频信号音频信号20Hz 15kHz 模拟视频信号模拟视频信号直流直流 4.5MHz调幅无线广播调幅无线广播88 108MHz调频无线广播调频无线广播540 1600kHz超高频电视超高频电视470 806MHz卫星电视卫星电视3.7 4.2GHz频域 O 2Vs v Vs Vs 2Vs 2Vs 二，信号的频率二，信号的频率课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20087 7当输入信号有很多频率成分时当输入信号

6、有很多频率成分时放大电路对每个频率分量的增益和延迟的总称为频率响应放大电路对每个频率分量的增益和延迟的总称为频率响应频率响应用波特图表示：频率响应用波特图表示：幅频特性幅频特性对应每个频率分量增益的分贝对应每个频率分量增益的分贝相频特性相频特性对应每个频率分量的相移分布对应每个频率分量的相移分布三，频率响应的图示三，频率响应的图示课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088 8()()()VVAfAff)()()(VVAA或或( )VAf( )f 幅频响应幅频响应 相频响应相频响应四，放大器增益的数学表达四，放大器增益的数学表达课件下载：课件下载： 密码：密码：

7、mndzjs2008mndzjs20089 9五，为什么要研究频率响应？五，为什么要研究频率响应？（1 1）：现实中的信号含有丰富频率。）：现实中的信号含有丰富频率。（2 2）：放大电路对不同频率成分的频率响应会有不同。）：放大电路对不同频率成分的频率响应会有不同。（3 3）：这种不同可能带来信号失真。）：这种不同可能带来信号失真。（4 4）：研究的目的是如何保证放大的信号不失真。）：研究的目的是如何保证放大的信号不失真。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081010六，如何分析研究频率响应的特性？六，如何分析研究频率响应的特性？（1 1）分析信号的频率表达

8、）分析信号的频率表达（2 2）分析放大器的频率响应表达）分析放大器的频率响应表达（3 3）根据信号频率特性提出对放大器频率响应的要求）根据信号频率特性提出对放大器频率响应的要求（4 4）放大器的频率响）放大器的频率响应应会受那些因素的影响会受那些因素的影响课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081111输入信号输入信号输出输出以射极放大器为例以射极放大器为例正常放大区正常放大区不正不正常放常放大区大区不正不正常放常放大区大区观察有丰富频率特性的信号通过观察有丰富频率特性的信号通过带宽有限的放大器的情况带宽有限的放大器的情况课件下载：课件下载： 密码：密码：mn

9、dzjs2008mndzjs20081212不正常放大区对数字信号的影响：不正常放大区对数字信号的影响：设输入是数字信号的一个脉冲设输入是数字信号的一个脉冲 O 2 Vs v Vs Vs 2 Vs 2 Vs O 2 Vs v Vs Vs 2 Vs 2 Vs 关键是受中频带关键是受中频带以外部分的影响以外部分的影响课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081313关键是受中频带以外部分的影响关键是受中频带以外部分的影响总结推论：总结推论：好的放大器中频带宽一般好的放大器中频带宽一般覆盖信号频带范围覆盖信号频带范围前期我们所讲到的增益都是在中频区。前期我们所讲到的增

10、益都是在中频区。那么到底是什么因素致使高低频区出现：那么到底是什么因素致使高低频区出现：增益下降相移分散。增益下降相移分散。电路中那些因素会造成这些变化？电路中那些因素会造成这些变化？课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081414电路中有电抗性元件（电路中有电抗性元件（L L、C C，包括极间电容等），包括极间电容等）对于不同的对于不同的f f或或， X不同不同放大器对于不同放大器对于不同f f 信号的信号的A AV V不同不同输出波形不能反映输入波形的形状，出现失真输出波形不能反映输入波形的形状，出现失真放大器对于不同频率正弦信号的稳态响应放大器对于不同频

11、率正弦信号的稳态响应 放大器的频率响应（特性）放大器的频率响应（特性） 是放大电路的重要指标！是放大电路的重要指标！放大电路放大指标的完全表达放大电路放大指标的完全表达七，频率响应不同产生的原因是：七，频率响应不同产生的原因是：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081515耦合电容耦合电容C CbcbcC Cbebe极间电容极间电容旁路电容旁路电容八，八，BJTBJT放大电路中有哪些电抗元件：放大电路中有哪些电抗元件：如何处理呢？如何处理呢？接线电容接线电容分布电容分布电容分布电感分布电感变压器变压器C Ce e课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs

12、2008mndzjs20081616电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级fCjCjXc211电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级短路短路BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级开路开路电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级 开路开路BJTBJT极间电容极间电容p

13、FpF级级开路开路电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级 开路开路有限值有限值 短路短路BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级开路开路开路开路电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级 开路开路有限值有限值 短路短路BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级开路开路开路开路开路开路电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电

14、容FF级级 开路开路有限值有限值 短路短路短路短路BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级开路开路开路开路开路开路电抗器件电抗器件大小大小直流直流f=0f=0低频低频f=f=小小中频中频f=f=中中高频高频f=f=大大耦合旁路电容耦合旁路电容FF级级 开路开路有限值有限值 短路短路短路短路BJTBJT极间电容极间电容pFpF级级开路开路开路开路开路开路有限值有限值低频时，分析耦合旁路电容的影响，极间电容开路低频时，分析耦合旁路电容的影响，极间电容开路高频时，分析极间电容的影响，耦合旁路电容短路高频时，分析极间电容的影响，耦合旁路电容短路九，九，BJT中电抗元件影响分析中电抗元件影响分析课件下载

15、：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081717f Xc1Xc11Hz1Hz3184.73184.7 10Hz10Hz318.5318.5 100Hz100Hz31.831.8 1kHz1kHz3.23.2 10kHz10kHz0.30.3 100kHz100kHz0.030.03 1MHz1MHz0.0030.003 RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路f f 100Hz100Hz时，时，X Xc1c1r rbebe= 863= 863 可视为短路。可视为短路。f f 100Hz 4 fL1，fL1 fL3，则上式简化为，

16、则上式简化为 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085151 为简单起见，假设为简单起见，假设3个下限截止频率个下限截止频率fL1、fL2和和fL3之间相距较远（之间相距较远（4倍以上），可以倍以上），可以只考虑起主要作用的截止频率的影响。例如有只考虑起主要作用的截止频率的影响。例如有fL2 4 fL1，fL1 fL3，则上式简化为，则上式简化为 fL2 4 fL1，fL1 fL3fL1 fL340dB/十十倍频程倍频程60dB/十十倍频程倍频程课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085252fL1 fL340dB/十十倍频

17、程倍频程60dB/十十倍频程倍频程fL1相频特性超前相频特性超前180-90-90fL3相频特性超前相频特性超前270-180-18090 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200853华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.1 共源放大电路的低频响应共源放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数)/j(11L2SMSLffAAVV 2. 增益的频率响应波特图增益的频率响应波特图2L2SMSL)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVV )/arctan(180L2ff siggLdmSM)|(RRRRRgAV 水平线不水平线不是是0 dBf

18、fL2时，相频响应为时，相频响应为-180 ，反映了，反映了通带内输出与输入的反相关系通带内输出与输入的反相关系课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200854华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.1 共源放大电路的低频响应共源放大电路的低频响应 若想尽可能降低下限截止频率，则需要尽可能选择大的若想尽可能降低下限截止频率，则需要尽可能选择大的旁路电容旁路电容Cs和耦合电容和耦合电容Cb1、Cb2。但这种改善是很有限的，因。但这种改善是很有限的，因此在信号频率很低的使用场合，可考虑用直接耦合方式。此在信号频率很低的使用场合，可考虑用直接耦合方式。)/j(11)/

19、j(11)/j(11L3L2L1SMSLffffffAAVV b1gsiL1)(21CRRf smL22Cgf b2LdL3)(21CRRf 小结小结课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085555极间电容开路极间电容开路留下电路中的耦合电容、旁路电容留下电路中的耦合电容、旁路电容6.3.2 6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20085656低频等效电路低频等效电路Rb=（Rb1 | Rb2）远大于）远大于R i ee1RC R iRe和和Rb视为开路视为开路课件下载：课件

20、下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200857华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数低频小信号等效电路低频小信号等效电路Rb=（Rb1 | Rb2）远大于）远大于R i ee1RC R i课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200858华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数定性讨论定性讨论输入回路构成的是输入回路构成的是RC高通电路高通电路 b21C |bI输入回路输入回路和和

21、b11C e1C 输出回路输出回路 |oV输出回路也是高通电路输出回路也是高通电路课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200859华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数由第由第2 2个方程得个方程得由电路可列出方程由电路可列出方程sebbeb1sibj1)1()j1(VCIrCRI bb2LccLoj1ICRRRRV s1besibj11VCrRI 其中其中eb1eb11)1(CCCCC 反比分流求出反比分流求出RL上的电流上的电流输入回路电压输入回路电压课件下载：课件下载： 密

22、码：密码：mndzjs2008mndzjs200860602. 低频响应低频响应低频等效电路低频等效电路Ce和和C1串联的串联的 1eeCC将将Ce折算到基极回路：折算到基极回路：eb1eb11)1(CCCCC ，CeCb2 ceII Ce对输出回路的影响忽略对输出回路的影响忽略课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086161soSLVVAV )/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS besLSMrRRAV )(21bes1L1rRCf )(21Lcb2L2RRCf 中频区中频区(即通常内即通常内)源电压增益源电压增益当当则则下限频率取决于下限

23、频率取决于L1f2. 低频响应低频响应低频响应低频响应( ( ( ( Lcb2bes1besL/ j11/ j11RRCrRCrRR L2L14 ff 当当课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200862华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数代入第代入第1 1个方程得源电压增益个方程得源电压增益 1besib2LcLcsoSLj11j1CrRCRRRRVVAV 1besib2LcbesibebeLc)(j111)(j111)|(CrRCRRrRrrRR 标准化标准化课件下载：课件

24、下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200863华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应1. 增益的传递函数增益的传递函数 1besib2LcbesibebeLcsoSL)(j111)(j111)|(CrRCRRrRrrRRVVAV 其中其中besibebeLcSM)|(rRrrRRAV 1besiL1)(21CrRf b2LcL2)(21CRRf f2 且且通带内（中频）增益，与频率无关通带内（中频）增益，与频率无关由由Cb1和和Ce引起的引起的下限截止频率下限截止频率Cb2引起的下限截止频率引起的下限截止频率eb1eb11)

25、1(CCCCC 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200864华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应其中其中第第1项是与频率无关的通带内源电压增益项是与频率无关的通带内源电压增益后两项分别是后两项分别是2个与个与6.2节节RC高通电路相同的低频响应。高通电路相同的低频响应。 可见共射放大电路的低频响应是由可见共射放大电路的低频响应是由2个个RC高通电路共同作高通电路共同作用的结果。其中用的结果。其中fL1与与Cb1和和Ce两个电容有关。两个电容有关。则则)/j(11)/j(11L2L1SMSLffffAAVV

26、为简单起见，假设为简单起见，假设2个下限截止频率个下限截止频率fL1和和fL2之间相距较远之间相距较远（4倍以上），可以只考虑起主要作用的截止频率的影响。例如倍以上），可以只考虑起主要作用的截止频率的影响。例如有有fL1 4 fL2，则上式简化为，则上式简化为 1. 增益的传递函数增益的传递函数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200865华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应)/j(11L1SMSLffAAVV 1. 增益的传递函数增益的传递函数besiLcSM)|(rRRRAV 2. 增益的频率响应波特图增

27、益的频率响应波特图2L1SMSL)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVV )/arctan(180L1ff 水平线不水平线不是是0 dBf fL1时，相频响应为时，相频响应为-180 ，反映了，反映了通带内输出与输入的反相关系通带内输出与输入的反相关系课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200866华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应2. 增益的频率响应波特图增益的频率响应波特图包含包含fL2的幅频响应的幅频响应课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200867华中科技大学

28、华中科技大学 刘勃刘勃6.3.2 共射放大电路的低频响应共射放大电路的低频响应 若想尽可能降低下限截止频率，则需要尽可能选择大的若想尽可能降低下限截止频率，则需要尽可能选择大的旁路电容旁路电容Ce和耦合电容和耦合电容Cb1、Cb2。但这种改善是很有限的，因。但这种改善是很有限的，因此在信号频率很低的使用场合，可考虑用直接耦合方式。此在信号频率很低的使用场合，可考虑用直接耦合方式。)/j(11)/j(11L2L1SMSLffffAAVV 1besiL1)(21CrRf b2LcL2)(21CRRf eb1eb11)1(CCCCC 小结小结课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mn

29、dzjs200868华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃 小结小结 （1）通过对共源和共射放大电路低频响应的分析看到，影）通过对共源和共射放大电路低频响应的分析看到，影响低频响应的主要因素是旁路电容和耦合电容。若想尽可能降响低频响应的主要因素是旁路电容和耦合电容。若想尽可能降低放大电路的下限截止频率，则尽量选用容量较大的旁路电容低放大电路的下限截止频率，则尽量选用容量较大的旁路电容和耦合电容，其它组态的放大电路有类似的结论。和耦合电容，其它组态的放大电路有类似的结论。 （2）以上分析过程均假设电路满足一定条件，进行了简化）以上分析过程均假设电路满足一定条件，进行了简化处理，实际上通过处理，实际上

30、通过SPICE仿真可以得到更精确的分析结果。仿真可以得到更精确的分析结果。 （3）通过选用大容量电容降低下限截止频率的效果通常是）通过选用大容量电容降低下限截止频率的效果通常是有限的，因此在信号频率很低的场合，可考虑采用直接耦合的有限的，因此在信号频率很低的场合，可考虑采用直接耦合的放大电路。放大电路。课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20086.4 6.4 共源和共射放大电路共源和共射放大电路的高频响应的高频响应6.4.1 MOS6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增管的高频小信号模型及单位增益频率益频率f fT T6.4.2 6.4.2 共源放大电路的

31、高频响应共源放大电路的高频响应6.4.3 BJT6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数6.4.4 6.4.4 共射放大电路的高频响应共射放大电路的高频响应课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200870华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率fT 1. MOS管的高频小信号模型管的高频小信号模型Cgs栅栅- -源电容源电容Cgd栅栅- -漏电容漏电容Csb源源- -衬底电容衬底电容Cdb漏漏- -衬底电容衬底电容 多数情况下，多数情况下，MOS管的源极和衬底

32、连在一起，此时管的源极和衬底连在一起，此时Csb被短路，被短路，而而Cdb变为变为Cds。 当信号频率处于高频区时，当信号频率处于高频区时，FET或或BJT的极间电容的阻抗将减的极间电容的阻抗将减小，不能再视为开路，需考虑它们小，不能再视为开路，需考虑它们带来的影响。带来的影响。 s g d B 衬底引线衬底引线 N N VGG 耗尽层耗尽层 P VDD 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200871华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃其中其中Cgs的典型值为的典型值为0.10.5pF，Cgd的典型值为的典型值为0.010.04 pF及及Cds通常小于通常小于1p

33、F，rds为为(104106) 。一般可从数据手册上获得这些参数。一般可从数据手册上获得这些参数。Cgs栅栅- -源电容源电容Cgd栅栅- -漏电容漏电容Cds漏漏- -源电容源电容 衬底与源极并接时的高频小衬底与源极并接时的高频小信号模型（也称为信号模型（也称为 模型）模型）6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率fT 1. MOS管的高频小信号模型管的高频小信号模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200872华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃2. 单位增益频率单位增益频率fTfT 共源组态、负载短路时共源组态、负载

34、短路时电流增益等于电流增益等于1对应的频率（也对应的频率（也称为特征频率）称为特征频率）rds和和Cds被短路被短路6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率fT1.栅极输入，漏极输出是共源栅极输入，漏极输出是共源2.负载短路负载短路oSi1IIAI3.电流增益等于电流增益等于14.求该增益的等于求该增益的等于1时对应的时对应的频率频率fT课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200873华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃2. 单位增益频率单位增益频率fTgdgsgsmgsmoj1gdCVVgIVgIC Cgd较小，在所关心的

35、频率范较小，在所关心的频率范围内，该支路电流远小于受控源围内，该支路电流远小于受控源中的电流，所以可以忽略。中的电流，所以可以忽略。 gsgdgsgdgsgsgsi)(jj1j1VCCCVCVI gsgdgsmjVCVg gsmoVgI 又又电流增益电流增益)(jgdgsmioSCCgIIAI )(j2gdgsmCCfg 6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率fT两个支路电流之和两个支路电流之和也是两个支路电流之和也是两个支路电流之和课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200874华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃2.

36、单位增益频率单位增益频率fT fT与与gm成正比，与成正比，与MOS管结电容成反比。管结电容成反比。fT越大，越大，MOS管的高频管的高频性能越好，由它构成的放大电路的上限频率就越高。早期以微米技术性能越好，由它构成的放大电路的上限频率就越高。早期以微米技术制造的制造的MOS管的管的fT约为约为100MHz，现在以高速技术制造的，现在以高速技术制造的MOS管的管的fT约约为几个为几个GHz。 )(j2gdgsmSCCfgAI 由定义由定义)(j21gdgsTmCCfg 得得)(2gdgsmTCCgf 6.4.1 MOS管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率fT 选择选

37、择MOS管时，根据管时，根据 fT评判管子的带宽评判管子的带宽课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200875华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应1. 高频小信号等效电路高频小信号等效电路g2g1g| RRR 其中其中LdL| RRR 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200876华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应1. 高频小信号等效电路高频小信号等效电路定性讨论定性讨论Cgs在输入回路构成低通电路在输入回路构成低通电路 g

38、s1C |gsV输入回路输入回路 |oV和和gd1C ds1C 输出回路输出回路输出回路也是低通电路输出回路也是低通电路课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200877华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应2. 电路简化电路简化将将Cgs左侧电路进行电源等效变换左侧电路进行电源等效变换其中其中sgsigsVRRRV 为简单起见，作如下假设：为简单起见，作如下假设：LdsRr Lds1RC ，得简化后的电路得简化后的电路gsisi| RRR 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008

39、78华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应3. 密勒电容密勒电容对节点对节点 d 列列KCL得得0j )(gdgsoLogsm CVVRVVg 由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以忽略的以可以忽略的Cgd分流，得分流，得gsLmoVRgV gdogsgdj )( CVVI 而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能忽略的不能忽略的Cgd分流分流gdLmgsj )1(CRgV ZM加电压求阻抗加电压求阻抗ZM求求称为称为密勒电容密勒电容M1CgdLmgdgsMj )1(1CRgIVZ 相当于相当于g和和s之间

40、存在一个电容，若用之间存在一个电容，若用CM1表示，则表示，则gdLmM1)1(CRgC 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200879华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应3. 密勒电容密勒电容对节点对节点 d 列列KCL得得0j )(gdgsoLogsm CVVRVVg 由于输出回路电流比较大，所由于输出回路电流比较大，所以可以忽略的以可以忽略的Cgd分流，得分流，得gsLmoVRgV gdogsgdj )( CVVI 而输入回路电流比较小，所以而输入回路电流比较小，所以不能忽略的不能忽略的Cgd分流分流g

41、dLmgsj )1(CRgV 称为称为密勒电容密勒电容M1CgdLmgdgsMj )1(1CRgIVZ ZM相当于相当于g和和s之间存在一个电容，若用之间存在一个电容，若用CM1表示，则表示，则gdLmM1)1(CRgC 加电压求阻抗加电压求阻抗课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088080密勒定理：密勒定理：1111 -MVZZIK 1K ZZK2MZ1MZ21VVKAV2221-1 -MVZZIK1K （）课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200881华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源

42、放大电路的高频响应3. 密勒电容密勒电容gdLmM1)1(CRgC 同理，在同理，在d、s之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且gdM2CC 得等效后的电路得等效后的电路再设再设M1M2CCM1gsCCC 且且课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200882华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应3. 密勒电容密勒电容得最后简化电路得最后简化电路gdLmM1)1(CRgC 同理，在同理，在d、s之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且gdM2CC 得等效后的电路

43、得等效后的电路再设再设M1M2CCM1gsCCC 且且课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200883华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应4. 高频响应和上限频率高频响应和上限频率gdLmM1)1(CRgC 输入回路是输入回路是RC低通电路低通电路M1gsCCC LgsmoRVgV 由电路得由电路得ssigs)j/(1)j/(1VCRCV sgsigsVRRRV gsisi| RRR LdL| RRR soSHVVAV 得得)/j(1HSMffAV CRRRRRgsigsigLmj11 其中其中上限截上限截止频

44、率止频率gsigLmSMRRRRgAV 通带内源通带内源电压增益电压增益CRfsiH21 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200884华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应4. 高频响应和上限频率高频响应和上限频率)/j(1HSMSHffAAVV gsigLmSMRRRRgAV 180 arctg(f/fH) 相频响应相频响应幅频响应幅频响应2HSMSH)/(11lg20 |lg20|lg20ffAAVV RC低通电路低通电路幅频响应幅频响应常数项常数项共源通带增共源通带增益的相位益的相位课件下载：课件下载：

45、 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200885华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应4. 高频响应和上限频率高频响应和上限频率gsigLmSMRRRRgAV CRfsiH21 只要求得通带增益和上限截只要求得通带增益和上限截止频率，便可画出波特图止频率，便可画出波特图gdLmgs)1(CRgCC gsisi| RRR LdL| RRR C 由上述关系看出由上述关系看出 LR |SMVA Hf增益越高，增益越高，Cgd产生产生的密勒电容也越大，的密勒电容也越大，上限截止频率越低上限截止频率越低增益和带宽增益和带宽相互制约相互制约课件

46、下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200886华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应gdLmgs)1(CRgCC gsisi| RRR LdL| RRR 5. 增益增益-带宽积带宽积一般放大电路有一般放大电路有 fH fL ， 则带宽则带宽BWfH fL fHHSMfAV gsigLmRRRRg CRsi21 gsigLmRRRRg )1(2gdLmgsgsigsiCRgCRRRR 若有若有( ( ， 1gsgdLmCCRg 1LmRg)1(2gdLmgssiLmCRgCRRg 则则 gdsiHSM21CRfAV

47、MOS管一旦确定，对相同的信号源管一旦确定，对相同的信号源 增益增益- -带宽积基本为常数带宽积基本为常数# # 如何提高带宽？如何提高带宽？课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200887华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.2 共源放大电路的高频响应共源放大电路的高频响应 为简化分析，上述分析过程对电路做了一些假设，尽为简化分析，上述分析过程对电路做了一些假设，尽管如此，其分析结果仍能符合大多数实际情况。管如此，其分析结果仍能符合大多数实际情况。 使用使用CAD（如（如SPICE）工具很容易获得更精确的分析）工具很容易获得更精确的分析结果。结果。课件下载：

48、课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20088888模型的引出模型的引出r rb b e e 发射结电阻发射结电阻r re e归算到基极归算到基极回路的电阻回路的电阻-（1+）re C Cb b e e 发射结电容发射结电容r rb b c c 集电结电阻集电结电阻 C Cb b c c 集电结电容集电结电容r rbbbb 基区的体电阻基区的体电阻BJTBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 b是假想的基区内的一个点是假想的基区内的一个点brbbrbeCberbcCbcr re e 发射区体电阻发射区体电阻r rc c 集电区体电阻集电区体电阻re rc6.4.3 BJT6

49、.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200889891. BJT1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出BJTBJT的高频小信号模型的高频小信号模型 brbbrbeCberbcCbcr re e 发射区体电阻发射区体电阻r rc c 集电区体电阻集电区体电阻re rc发射区体电阻和发射区体电阻和集电区体电阻集电区体电阻很小可以略去很小可以略去bebbb e rrr 6.4.3 BJT6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高

50、频小信号模型及频率参数11bebbebbEQ ()()TVrr rrI 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200890901. BJT1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出导出导出BJT的高频小信号模型的高频小信号模型brbbrbeCbeCbcre rc6.4.3 BJT6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200891911. BJT1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出导出导出BJT的高频小信号模型的高频小信号

51、模型由于结电容的介入，受控由于结电容的介入，受控源不再与源不再与Ib成正比。成正比。而受控于而受控于Vb e受控源应更准确地受到发受控源应更准确地受到发射结上的电场控制射结上的电场控制eb.mVg受控源应为受控源应为6.4.3 BJT6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200892921. BJT1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型模型的引出模型的引出互导互导或跨导或跨导CECEEBCEBCmVViig vv几十毫西几十毫西6.4.3 BJT6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的

52、高频小信号模型及频率参数课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089393ebme beb0bo0VgrVI 由此可见由此可见gm是与频率无关的是与频率无关的 0和和rbe的比值，因此的比值，因此gm与频率无关。与频率无关。若若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。e b0boe bboce bcm/rIVIIVIggm称为跨导，还可写成称为跨导，还可写成TEee00eb0m1)1 (VIrrrg 0 0 反映了三极管内部，反映了三极管内部， 对流经对流经 r rb be e的电流的放大的电流的放大作用。作用。 是真正具有电流放大作用的部分，是真正具有电

53、流放大作用的部分，0 0 即低频时即低频时的的。而：。而：boIboI课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089494简化模型简化模型b cce rr和1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型都是都是BJT放大时的等效放大时的等效反偏结电阻，所以很大反偏结电阻，所以很大可以开路可以开路混合混合 形高频小信号模型形高频小信号模型课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200895952. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H参数参数模型等价模型等价ebbbbe

54、 rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrrVT温度电压当量课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089696又因为又因为ebbeb rIVbebmIVg 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，混合低频时，混合 模型模型与与H H参数参数模型等价模型等价Q点上参数受控电流源：受控电流源：所以所以mb egr 因为因为EQeb)1(IVrT 所以所以m1egr 十分重要十分重要的关系的关系课件下载：课件下载： 密码：密码：

55、mndzjs2008mndzjs20089797Cbc : 210pF(C)几十到几百几十到几百pF(CpF(C) )2mbeTgCf 从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 fT-特征频率其他参数的获得：其他参数的获得：近似估算时，用器件手近似估算时，用器件手册上的册上的Cob代替。代替。Cob是是BJT接成共基极形式且发射极开路时，接成共基极形式且发射极开路时，CB间的结电容。间的结电容。2E QbeTTICfV 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20089898三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型ebcrerberbbrbcrc三极管结构：bCbeC

56、bcCbc : 210pF(C)几十到几百pF(C)TmebfgC2=从手册中查出从手册中查出 TcbfC和和 特征频率课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200899993. BJT的频率参数的频率参数由由H参数可知参数可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 交流交流短路短路这里将在高频模型中这里将在高频模型中求出求出高频表达式高频表达式还是还是ic和和ib的比值。的比值。VCE是直流电压，那么是直流电压，那么在交流小信号模型中在交流小信号模型中应该等于零，顾有：应该等于零，顾有：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs200

57、81001003. BJT的频率参数的频率参数求求0bcce VII 根据混合根据混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )j/1(|)j/1(|cbebebbeb CCrIVic是受控源电流和电容是受控源电流和电容Cbc上的电流之和得：上的电流之和得：注意由于注意由于ce的短路使得电容的短路使得电容Cbc上的电压就是上的电压就是Vbeib电流是两个电容和电阻电流是两个电容和电阻rbe上的电流之和得：上的电流之和得：课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs20081011013. BJT的频率参数的频率参数联立两个方程可求联立两个方程可求cbebebmc

58、1/j CVVgI )j/1(|)j/1(|cbebebbeb CCrIV低频时低频时ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 0b eb cb e1j ()CCr电流增益的高频表示电流增益的高频表示当当cbm Cg 时，时，课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008102102ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅频响应的幅频响应201)/(ff 共发射极截止频率共发射极截止频率f特征频率特征频率Tf共基极截止频率共基极截止频率 f3. BJT的频率参数的频率参数arctanff 的相频响应的

59、相频响应 课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008103103特征频率特征频率Tf1 时的频率时的频率20T1(/)ff得：202T1(/)ff0mTb eb c2()gffCC m1egr1fCCrTb eb ce2() 如果如果b eb cCC mTb e2gfC 0211(/)Tff 由由得得则则ffT由由课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008104104f (1 0)f f fT 000000001+1+=1+1+1+1+1+1+1+fjffffjjjffffjf （）BJTBJT的共基极截止频率的共基极截止频率f f 远大于共射极截止频率远大于共射极截止频率f f fffT特征频率特征频率f fT T 常用于衡量常用于衡量BJTBJT的高频特性的高频特性课件下载：课件下载： 密码：密码：mndzjs2008mndzjs2008105华中科技大学华中科技大学 刘勃刘勃6.4.3 BJT的高频小信号模型及频率参数的高频小信号模型及频率参数1. BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 rbe-发射结电阻发射结电阻re折算到基折算到基极回路的电阻极回路的电阻 - -发