第04章放大电路的频率响应

1、电子电路基础Electronic Circuit Foundation北京邮电大学 信息与通信工程学院 孙文生 电子电路基础四大名捕之一QQ群：3643 7175教学资源教学资源nQQ群群n课程群：课程群：3643 3643 71717575 (千人群千人群)n班级群：班级群： 5611 2577 n微信群微信群 n名称：名称：模电中国n加入：加入：微信扫描右边二维码微信扫描右边二维码模电中国模电中国微信群微信群第第四章四章 小信号放大电路的小信号放大电路的频率特性频率特性电子电路基础Electronic Circuit Foundation4.1 频率特性概述频率特性概述 受电抗元件受电抗元

2、件(电容、电感电容、电感)和晶体管极间电容的影响，输入信号和晶体管极间电容的影响，输入信号频率过低或过高时，放大电路的增益和相位都会改变，即增益和相频率过低或过高时，放大电路的增益和相位都会改变，即增益和相位是频率的函数，这种函数关系称为位是频率的函数，这种函数关系称为频率响应特性或或频率特性。小信号放大电路小信号放大电路 线性时不变系统线性时不变系统 x ty t( )( )X sY s( )( ) 耦合电容耦合电容对信号构成了对信号构成了高通电路高通电路；极间电容极间电容对信号构成对信号构成了了低通电路低通电路。一般采用一般采用分频段分析法分频段分析法 中频段中频段: Av 高频段高频段:

3、 fH 低频段低频段: fL4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念一、一、幅度失真幅度失真和和相位失真相位失真n幅度失真幅度失真：放大电路对不同频率信号的增益不同，使输出波形放大电路对不同频率信号的增益不同，使输出波形 产生的失真。产生的失真。 由于由于电抗元件电抗元件的存在，放大电路对信号中的各频率分量有的存在，放大电路对信号中的各频率分量有不同的增益和相移，使放大后的信号产生失真。这种失真称为不同的增益和相移，使放大后的信号产生失真。这种失真称为频率失真，包括幅度失真和相位失真。频率失真，包括幅度失真和相位失真。0ivt( )a0ovt( )b幅度失真 n相位失真相位失真：放大电

4、路对不同频率信号的相移不同，使输出波形放大电路对不同频率信号的相移不同，使输出波形 产生的失真。产生的失真。 4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念n线性失真线性失真: 由电路中惰性元件由电路中惰性元件(电感、电容电感、电容)引起的失真。引起的失真。n非线性失真非线性失真: 由电路中晶体管的非线性引起的失真。由电路中晶体管的非线性引起的失真。n频率成分没变频率成分没变, 仅相对大小及位移发生了改变。仅相对大小及位移发生了改变。n幅度失真：幅度失真：不同频率成分信号的增益不同。不同频率成分信号的增益不同。n相位失真相位失真：不同频率成分信号的相移不同。不同频率成分信号的相移不同。 n单

5、一频率正弦信号幅度过大时，晶体管进入饱和区单一频率正弦信号幅度过大时，晶体管进入饱和区或截止区，使输出信号产生削波失真。通过傅立叶或截止区，使输出信号产生削波失真。通过傅立叶分析可知，输出产生新的频率成分。分析可知，输出产生新的频率成分。4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念二、幅频特性和相频特性二、幅频特性和相频特性)()()(sXsYsH将放大电路看作信号线性传输系统，将放大电路看作信号线性传输系统，则则传输函数传输函数： 其中，其中，X(s)、Y(s)分别是输入、输出信号的分别是输入、输出信号的拉普拉斯变换拉普拉斯变换 .jssigma phi )()(jioveAVVA当当s

6、=j 时，时，H(j )是系统的稳态正弦是系统的稳态正弦频率响应函数频率响应函数，对于放大电路，对于放大电路.其中，其中，|A( )| 称为系统的幅度频率响应函数或称为系统的幅度频率响应函数或幅频特性幅频特性 ( ) 称为系统的相位频率响应函数或称为系统的相位频率响应函数或相频特性相频特性.衰减因子 角频率00暂态响应+稳态响应稳态响应 j sigma4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念三、工作频段、截止频率、通频带三、工作频段、截止频率、通频带通频带通频带 BW = fH - fL)()(fjviovefAVVA|( )|vAfffLfHf|vmA0.707 |vmA( )f09

7、0180270BW低频段中频段高频段3dB频率点(半功率点)phi 4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念四、传输函数的零点、极点概念四、传输函数的零点、极点概念tau phi 0111101111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsAnnnnmmmm将分子、分母多项式分别求根，可得将分子、分母多项式分别求根，可得)()()()()(2121nmpspspszszszsKsA对于稳定工作的放大电路对于稳定工作的放大电路, 传输函数的零、极点有如下特点传输函数的零、极点有如下特点:n零点个数零点个数 m 极点个数极点个数 nn极点值极点值: 负实数、实部为负值的共轭复数对

8、负实数、实部为负值的共轭复数对 在复数频率在复数频率s域中，传输函数的一般表达式域中，传输函数的一般表达式传输函数的零点传输函数的零点传输函数的极点传输函数的极点标尺因子标尺因子4.1.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念)()()()()(2121nmpppZZZjjjjjjKA令令s=j , pi= pi , zi= zi , 则则其中：激励源为角频率其中：激励源为角频率 的的正弦信号正弦信号 A( ) 为为系统的频率响应函数系统的频率响应函数 pi 为极点的角频率为极点的角频率 zi 为零点的角频率为零点的角频率.根据根据A( )可得到可得到幅频响应函数幅频响应函数|A( )|和和相

9、频响应函数相频响应函数 ( ) 。 .)()()()()(2121nmpspspszszszsKsAphi4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n一般采用分频段分析法一般采用分频段分析法n中频段中频段 计算计算 Av、Ri、Ron高频段高频段 计算计算 fHn低频段低频段 计算计算 fL4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法一、波特图一、波特图 已知传输函的数零、极点，可用折线近似描述频率响应已知传输函的数零、极点，可用折线近似描述频率响应特性。若特性。若频率坐标采用对数刻度，幅值或相角采用线性刻度频率坐标采用对数刻度，幅值或相角采用线性刻度，这种特性曲线称为这种特性曲线称

10、为波特图波特图。波特图是一种。波特图是一种对数坐标曲线图对数坐标曲线图。)()()()()(2121nmpppZZZjjjjjjKA)/1 ()/1)(/1 ()/1 ()/1)(/1 (21210mmpppZZZjjjjjjK作图标准式作图标准式nmpppZZZKA/1 /1 /1/1 /1 /1)(21210幅频特性幅频特性4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法njpjmizi11arctanarctan)(n相频特性相频特性相频特性的波特图为各因子波特图的叠加相频特性的波特图为各因子波特图的叠加. 因此，只要分别画出各因子的波特图，再把它们相加即因此，只要分别画出各因子的波特图

11、，再把它们相加即可得到系统的总波特图。可得到系统的总波特图。njpjmiziKA12120dB)(1lg20)(1lg20 lg20)(n幅频特性幅频特性幅频特性的波特图为各因子波特图的叠加幅频特性的波特图为各因子波特图的叠加.)/1 ()/1)(/1 ()/1 ()/1)(/1 ()(21210mmpppZZZjjjjjjKA4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n一阶极点因子的幅频特性一阶极点因子的幅频特性2)(1lg20)(ppApparctan)(n一阶极点因子的相频特性一阶极点因子的相频特性)/lg(20)( , 10 ) 3(dB 3)( , )2(dB 0)( , 1

12、. 0 ) 1 (pppppppAAAppppp/ , 10 )3(45)( , )2( 0/ , 1 . 0 ) 1 (极点因子极点因子)/1 (1)(pjA4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n一阶幅频因子项的波特图一阶幅频因子项的波特图2)(1lg20)(zzAzzarctan)(n一阶相频因子项的波特图一阶相频因子项的波特图)/lg(20)( , 10 ) 3(dB 3)( , )2(dB 0)( , 1 . 0 ) 1 (zzzzzzzAAAzzzzz/ , 10 )3(45)( , )2( 0/ , 1 . 0 ) 1 (零点因子零点因子1)/1 ()(ZjA应用举例应

13、用举例 A ssssv( )()()()101010107867试画出其频率响应波特图试画出其频率响应波特图. 例例 设二阶低通系统的电压传输函数为设二阶低通系统的电压传输函数为解解: (1) 计算系统的极、零点。计算系统的极、零点。令令S = j , 系统频率响应特性为系统频率响应特性为 )10)(10()10(10)(7687jjjAv)10/1)(10/1 ()10/1 (100768jjj应用举例应用举例 解解:)10/1)(10/1 ()10/1 (100 )10)(10()10(10)(7687687jjjjjjAv零点数小于极点数，极点和零点均为负实数。零点数小于极点数，极点和零

14、点均为负实数。中频增益：中频增益：极点：极点：零点：零点：100MvAss/rad10 /rad107p6p21，s/rad108Z应用举例应用举例 (2) 画二阶一零系统的波特图画二阶一零系统的波特图 应用举例应用举例 (2) 画二阶一零系统的波特图画二阶一零系统的波特图 4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法二、几种典型电路波特图的标准式二、几种典型电路波特图的标准式n实常数情况实常数情况CH(C为常数)020lg| /HdB(a)0je0( ) (b)1C1C1C0180je(b)020lg| /HdB(a)( ) 1 C1 C1 CCH)(CH)(iVoVH()( )( )j

15、oiVHHeV 0jHCejHCe 0202020lg|/HdB20/10dB倍频程09090( ) /2je/2je(a)(b)00jH 0jH 00.100104.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法二、几种典型电路波特图的标准式二、几种典型电路波特图的标准式n虚函数情况虚函数情况001000.10202020/10dB倍频程(a)009090( ) 0jH 0jH /2je/2je(b)20lg|/HdB20jHe02jHeiVoVH()( )( )joiVHHeV 0lg200)(jH0)(jH0lg204.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法二、几种典型电路波特图的标

16、准式二、几种典型电路波特图的标准式n低通滤波电路低通滤波电路RC+-io.VV RC低通电路低通电路Hio/j11 )/(111)j/(1)j/(1)(RCjCRCVVAv其中其中 称为其极点频率。称为其极点频率。)/(1HRC幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 )/arctan()()/(11)(H2HvAphi iVoVH()( )( )joiVHHeV 0.01H0.1HH10H100H20040090453dB20/10dB倍频程45 /10倍频程5.7误差+5.7误差20lg| /VAdB( ) (a)(b)4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法2H)/(11)(vA)/a

17、rctan()(HRC低通电路的频率特性曲线低通电路的频率特性曲线可做出可做出RC低通电路的近似频率特性曲线：低通电路的近似频率特性曲线：/)( , ) 3(1)( , )2(2/1)( , ) 1 (HHHHAAA45 , ) 3(90 , )2(0 , ) 1 (HHHHHHiVoVH()( )( )joiVHHeV 4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法二、几种典型电路波特图的标准式二、几种典型电路波特图的标准式n高通滤波电路高通滤波电路phi /j11 )/(111)j/(1)(LiojRCCRRVVAv其中其中)/(1LRC幅频特性：幅频特性： 相频特性：相频特性： RC高

18、通电路高通电路2L)/(11)(vA)/arctan()(Lphi iVoVH()( )( )joiVHHeV 4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法RC高通电路的频率特性曲线高通电路的频率特性曲线由公式可做出由公式可做出RC高通电路的近似频率特性曲线：高通电路的近似频率特性曲线：2L)/(11)(vA)/arctan()(LLLLL/)( , ) 3(2/1)( , )2(1)( , ) 1 (vvvAAA90 , ) 3(45 , )2(0 , ) 1 (LLLLLLiVoVH()( )( )joiVHHeV 应用举例应用举例例例 试绘出下列传输函数的波特图。试绘出下列传输函数的

19、波特图。2440( )10(1)(1)10H ffjjf解：解：实常数实常数)/101 (1)10/1 (1)40()(24fjjffH低通低通 fH高通高通 fL应用举例应用举例)/101)(10/1 (40)(24fjjffHfHfL4.1.3 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性n多级放大电路的幅频特性和相频特性多级放大电路的幅频特性和相频特性 多级放大电路多级放大电路的幅频的幅频特性为各单级特性为各单级电路电路的幅频的幅频特性之特性之积积( (分贝数之和分贝数之和),),相频特性为各单级相频特性为各单级电路电路的的相频特性之相频特性之和和。 )()(1vknkvAA)()(1v

20、knkvAAnkk1)()()()(jveAphi iV2iVoVinV1vA2vAvnA2oVonV1oV1 iV4.1.3 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性n多级放大电路的截止频率和通频带多级放大电路的截止频率和通频带设各级上限截止频率为设各级上限截止频率为: fH1、fH2 、fHn ，则，则)/1 ()/1)(/1 ()(HnH2H1mnm2m1fjffjffjfAAAjfA)/(1 )/(1 )(2Hn2H1MffffAjfAv幅频特性幅频特性 上限截止频率上限截止频率 2H22H21HH1111 . 11mffff高频段频响函数高频段频响函数4.1.3 多级放大电路的频

21、率特性多级放大电路的频率特性设各级下限截止频率为设各级下限截止频率为: fL1、 fL2 、 、 fLm ，则，则幅频特性幅频特性 )/1 ()/1)(/1 ()(LnL2L1MfjffjffjfAjfAv)/(1 )/(1 )(2Lm2L1MffffAjfAv下限截止频率下限截止频率 2Lm22L21LL1 . 1ffff对于多级放大电路对于多级放大电路: 级数越多级数越多, 增益越高增益越高, 通频带越窄通频带越窄. 低频段频响函数低频段频响函数n多级放大电路的截止频率和通频带多级放大电路的截止频率和通频带应用举例应用举例例例 由共射放大电路组成的三级放大电路，其电压增益的幅频特性由共射放

22、大电路组成的三级放大电路，其电压增益的幅频特性 如下图所示。试求：如下图所示。试求： （1）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=？通频带通频带BW=？ （2）中频电压放大倍数中频电压放大倍数Avm=? （3）全频段电压放大倍数的表达式全频段电压放大倍数的表达式354)1021 (1)101 (1)10()(fjfjfAv应用举例应用举例例例 某某放大电路的电压增益表达式为放大电路的电压增益表达式为 2351000j ( Hz1j1j1010vAffff（ ）式中 的单位为）(1) 求该电路的中频电压增益求该电路的中频电压增益 ；(2) 求求f=105Hz时，电路的附

23、加相移时，电路的附加相移； 180(3) 根据根据 的表达式，求该电路的上限截止频率的表达式，求该电路的上限截止频率fH？(4) 用该电路做基本放大电路构成负反馈放大电路是否有可能产生高用该电路做基本放大电路构成负反馈放大电路是否有可能产生高频自激振荡？频自激振荡？ 为什么？为什么？vA应用举例应用举例例例 已知某放大电路电压增益的对数幅频特性如下所示，该放大已知某放大电路电压增益的对数幅频特性如下所示，该放大 电路有几个极点？位于什么频率？电路有几个极点？位于什么频率？应用举例应用举例2256710()(10 )(10 )(10 )vAjjjj多级放大电路的电压增益函数为多级放大电路的电压增

24、益函数为 (1) 求该放大电路的中频电压增益求该放大电路的中频电压增益Av0。(2) 该电路有几个极点？各极点的频率值为多少？求上截止频率该电路有几个极点？各极点的频率值为多少？求上截止频率fH。(3) 画出该电路的波特图。画出该电路的波特图。解解: (1) 求电路的求电路的中频增益中频增益和极点值和极点值)10/1)(10/1)(10/1 (10)(7654jjjjA中频增益中频增益dB801040vA电路有三个极点，频率值分别为电路有三个极点，频率值分别为15.9kHz 、159kHz 、1.59MHz。存在主极点，电路的上限截止频率存在主极点，电路的上限截止频率fH= 15.9kHz应用

25、举例应用举例(2) 画电路的波特图画电路的波特图)10/1)(10/1)(10/1 (10)(7654jjjjA应用举例应用举例(2011年试题)【例】某放大电路开环的幅频特性波特图如图所示。根据波特图：【例】某放大电路开环的幅频特性波特图如图所示。根据波特图：(1) 说明极点和零点的位置（说明极点和零点的位置（4分）；分）；(2) 该电路的上限截止频率和下限截止频率各为多少？（该电路的上限截止频率和下限截止频率各为多少？（4分）；分）；(3) 若加入负反馈，为保证不自激若加入负反馈，为保证不自激(相位裕度为相位裕度为0)， 应不小于多少分贝？应不小于多少分贝？(2分分)vfA02040602

26、0lg()vAdB610710510410310210/rad S+40dB/十倍频-20dB/十倍频-60dB/十倍频810+20dB/十倍频应用举例应用举例(2011年试题)【例】某多级放大电路的幅频特性曲线如图所示，根据波特图求：【例】某多级放大电路的幅频特性曲线如图所示，根据波特图求：(1) 中频放大倍数。（中频放大倍数。（3分）分）(2) 指出组成此电路的各单级放大电路极点位置及个数。（指出组成此电路的各单级放大电路极点位置及个数。（6分）分）(3) 求此多级放大电路的下限截止频率和上限截止频率。（求此多级放大电路的下限截止频率和上限截止频率。（4分）分）(4) 求放大电路的通频带。

27、（求放大电路的通频带。（3分）分）应用举例应用举例(2010年试题)【例】【例】某二级放大电路的幅频特性波特图如图所示。根据波特图某二级放大电路的幅频特性波特图如图所示。根据波特图:(1) 说明各极点和零点的位置。（说明各极点和零点的位置。（4分）分）(2) 计算上限截止频率和下限截止频率。计算上限截止频率和下限截止频率。 （4分）分）(3) 写出该波特图对应的正弦稳态传递函数。写出该波特图对应的正弦稳态传递函数。 （2分）分）221111.11.1 21555/LLLLfffrad S0204060610710510410310210/rad S+40dB/十倍频-20dB/十倍频20lg(

28、)vAdB-60dB/十倍频276233)10/1)(10/1 ()/101 (10)(jjjA4.2 晶体管结电容对放大电路高频特性的影响晶体管结电容对放大电路高频特性的影响bbrb cr crb ererb cCb eCbbeccecer4.2.1 双极型晶体管的高频小信号模型双极型晶体管的高频小信号模型一、高频小信号模型一、高频小信号模型bbrceVb crb eCbeVm beg Vbecb cCb erbIcIcer(b)bb eVbbrb cr crb ererb cCb eCbbec(a)ce0EQmb eTIgrV双极型晶体管的混合双极型晶体管的混合 模型模型以势垒电容为主，约

29、以势垒电容为主，约2 10pF 以扩散电容为主，约几十以扩散电容为主，约几十 几百几百pF 4.2.1 双极型晶体管的高频小信号模型双极型晶体管的高频小信号模型一、高频小信号模型一、高频小信号模型bbrb eCbeVm beg VbecMCb er(b)bb eVceVMCbbriCbeVm beg Vbecb er(c)bb eVceVbbrb eCbeVm beg Vbecb cCb erbI(a)bb eVceVcI忽略忽略rce和和rb c的影响的影响 Cbc 跨接在输入与输出回路之跨接在输入与输出回路之间间, ,不利于计算，可采用不利于计算，可采用密勒定理密勒定理将将Cbc等效到输入

30、回路和输出回路等效到输入回路和输出回路端，这种方法叫单向化。端，这种方法叫单向化。 cbMcbMCACCAC)/11 ()1 (MebiCCC密勒定理密勒定理 密勒定理密勒定理 给出了网络的一种等效变换关系，它可以给出了网络的一种等效变换关系，它可以将将跨接跨接在输入端与输出端在输入端与输出端之间的阻抗，分别等效为之间的阻抗，分别等效为并接并接到输入端与输出端的到输入端与输出端的阻抗。阻抗。Cg RCMmLb c()1Cg RCMmLb c()11LcceLRRrR/单管共射电路的高频微变等效电路cbMcbMCACCAC)/11 ()1 (密勒定理的内容密勒定理的内容 当系统的输入、输出端之间

31、当系统的输入、输出端之间跨接有阻抗跨接有阻抗Z 时，可用时，可用密勒定理密勒定理将将Z 的作用分别等效到输入、输的作用分别等效到输入、输出回路中，表现为出回路中，表现为Z1、Z2 。 等效的条件：等效前后输入等效的条件：等效前后输入端节点和输出端节点的流入、流端节点和输出端节点的流入、流出电流不变，输入端和输出端的出电流不变，输入端和输出端的端口电压不变。端口电压不变。1212AZZAZZ/11 1214.2.1 双极型晶体管的高频小信号模型双极型晶体管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数n对于混合对于混合 模型模型CEQCEceVvVbcII0中频和低频段中频和低频段eb

32、mrg0基本为常数基本为常数高频段高频段fjfCCrjrCjgIIcbebebebcbmbc/1)(1)(0)(21cbebebCCrf其中其中：)(20TcbebmCCgff021ff /04.2.1 双极型晶体管的高频小信号模型双极型晶体管的高频小信号模型ffjIIbc10)(20TcbebmCCgff晶体管的共射组态晶体管的共射组态：当当 f = f 时时：021当当 f=fT时，时， 1)(21cbebebCCrf其中其中：ffj10晶体管的共基组态晶体管的共基组态：ff)1 (0其中其中：因此因此，共基极组态的频率特性较好共基极组态的频率特性较好. fffT当当 f = f 时时：0

33、21晶体管的频率参数：晶体管的频率参数：4.2.2 MOS场效应晶体管的高频小信号模型场效应晶体管的高频小信号模型MOS管微变信号模型管微变信号模型(衬源短接衬源短接)0()1dsdTgVIfI 与双极型晶体管类似，为表征管的高频放大能力，定义与双极型晶体管类似，为表征管的高频放大能力，定义MOS管的管的特征频率特征频率fT .)(2gdgbgsmTCCCgf4.2.2 MOS场效应晶体管的高频小信号模型场效应晶体管的高频小信号模型dsCgsgbCCgsVmgsg VdsgdCgsrgdsVdsrgsCgsVmgsg VdsgdsV(a)(b)(a) MOS场效应管的高频小信号模型 (b)单向

34、化密勒等效电路模型(1)gsgbgsgdCCCA C 1dsdsgdACCCA LRgAm4.3 双极型晶体管放大电路的频率特性双极型晶体管放大电路的频率特性 晶体管参数晶体管参数 (rbb、Cbc、fT)、工作组态、负载电阻、工作组态、负载电阻RL、信、信号源内阻号源内阻RS影响电路的高频特性；耦合电容或旁路电容影响电影响电路的高频特性；耦合电容或旁路电容影响电路的低频特性。路的低频特性。单管共射放大电路单管共射放大电路4.3.1 单管共射放大电路的高频特性单管共射放大电路的高频特性 单管共射放大电路的高频等效电路单管共射放大电路的高频等效电路单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路小信号高

35、频等效电路小信号高频等效电路 Cb c 在高频等效电路中，在高频等效电路中， 接于输入和输接于输入和输出之间出之间, 形成形成内部反馈内部反馈. 一、共射放大电路的单向化等效电路一、共射放大电路的单向化等效电路Zj Cb c1eboVVAcbCAjAZZ)1 (111cbCAjAZZ)/11 (1/112CA CMb c()1cbMCAC)/11 (已知：已知：根据密勒定理：根据密勒定理：则等效到输入和输出端的电容：则等效到输入和输出端的电容：一、共射放大电路的单向化等效电路一、共射放大电路的单向化等效电路LCceLRRrR/由由LmcbLLmcbeboRgCRjRgCjVVA 1)(得：得：

36、cbcbLmMcbLmMCCRgCCRgC)/(11 )1 (LcbmcbRCgC)/(1/1)/(1LcboebebmoRCjVVVgV)/(1)/( bbsebssbesebsrRrRVrRrV一、共射放大电路的单向化等效电路一、共射放大电路的单向化等效电路cbLmebMebiCRgCCCC)1 ( 由戴维南定理：由戴维南定理：RB的值相对较大的值相对较大, 可忽略可忽略.忽略RB二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性例：单管共射放大电路如下，其中例：单管共射放大电路如下，其中VCC=5V，RB=344k ，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶体管。晶体管

37、T(硅管硅管)参数为：参数为：rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300MHz，Cbc=4pF。CB、CC为耦合电容。试分析电路为耦合电容。试分析电路的高频段源电压增益函数的高频段源电压增益函数 及其上截止频率及其上截止频率fH。vsA)(2TcbebmCCgf二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性解解: (1) 估算直流工作点估算直流工作点 1mAA103447 . 058030BBEQCCCQRVVIV3CCQCCCEQRIVV(2) 估算管混合估算管混合参数参数 026802.081Tb eCQVrkImS46.38261TCQmVIgk1031011

38、0033CQACEQceIVVr书82页二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性pF4 .162cbTmebCfgCpF2 .17343 .433 .43)1 (cbcbLmMCCRgCpF6 .189MebiCCC)(2TcbebmCCgfpF4cbMCCk1 . 1/LCLRRRLmeboRgVVA二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性在中频段在中频段 在高频段在高频段 )/( bbsebssbesebsrRrRVrRrV719.5sV654. 0189.6pF(3) 估算估算 及其上截止频率及其上截止频率 sovsVVA/(忽略忽略RB的作用的作

39、用)ebmrg067.270ebbbsLebmsovsrrRRrgVVA37.400ebbbLebmiovrrRrgVVA二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性sovsVVA719.5sV654. 0189.6pFebosebssVVVVVV)1)(1 ( )1)(1 ( )(1)()(1)(1 00oivscbLisvscbLcbLmisibesebjjACRjCRjACjRCjRgCjRCjrRr)/( bbsebssbesebsrRrRVrRrVcbLisCRCRoi (3) 求高频段源电压增益函数求高频段源电压增益函数 二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放

40、大电路的高频特性)/1)(/1 ( )1)(1 ( )1)(1 (HoHi000fjffjfAjjACRjCRjAVVAvsoivscbLisvssovs 输入回路中密勒电容输入回路中密勒电容CM的数值相对较大，的数值相对较大，fHi是传输函数的是传输函数的主极点主极点频率，电路的高频特性主要由放大电路的频率，电路的高频特性主要由放大电路的输入回路决定输入回路决定，上限截止频率上限截止频率fH fHi =1.167MHz。 (4) 求上限截止频率求上限截止频率 MHz172.3621MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo 二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路

41、的高频特性(5) 估算估算 及其上限截止频率及其上限截止频率 iovVVA/95.4iV954. 0189.6pFbbebsiebbbebsrrRVrrrV/由戴维南定理：由戴维南定理：二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性)/1)(/1 ( )1)(1 ( )1)(1 ( )(1)()(1)(1 HoHi000fjffjfAjjACRjCRjACjRCjRgCjRCjrrrVVVVVVVVAvoivcbLisvcbLcbLmisiebbbebebosebisiov 通过分析表明，信号源内阻通过分析表明，信号源内阻RS趋于零时共射放大电路的上限趋于零时共射放大电路的上限截

42、止频率截止频率fH 7.767MHz。 95.4iV954. 0189.6pF(5) 估算估算 及其上截止频率及其上截止频率 iovVVA/MHz767. 7 /1/11 . 11MHz172.36MHz793. 82Ho2HiHHoHifffffcbLisCRCRoi Rs对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响MHz172.3621MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo 5 .719/)(ebbbssrrRRpF6 .189MebiCCC4 .95/ebbbsrrRMebiCCC1k 100 2.08k16.4pF4pF173.2pFMHz767. 7 /1/11 .

43、 11MHz172.36MHz793. 82Ho2HiHHoHifffff计算机仿真计算机仿真nRS对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响计算机仿真计算机仿真nrbb对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响计算机仿真计算机仿真nRL对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响二、单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性n选择选择rbb小、小、Cbc小、小、fT高的晶体管。高的晶体管。n减小信号源内阻减小信号源内阻RS，使信号源呈电压源的形式。，使信号源呈电压源的形式。n减小负载电阻及管的直流工作点电流，以使减小负载电阻及管的直流工作点电流，以使Cbc的密勒电的密勒电容随之减小，但

44、这也会导致电路的中频增益的减小。容随之减小，但这也会导致电路的中频增益的减小。 综合上述分析，单管共射电路的高频特性主要取决于综合上述分析，单管共射电路的高频特性主要取决于输入回路输入回路。为提高电压增益的上限截止频率，应为提高电压增益的上限截止频率，应减小输入回路的时间常数减小输入回路的时间常数，采，采用如下措施：用如下措施： cbTmebCfgC2三、增益带宽积三、增益带宽积 (GBW)放大电路的放大电路的中频电压增益中频电压增益与与带宽带宽的乘积。的乘积。 cbbbScbLmebbbSLmvsMCrRCRgCrRRgfABWG)(21 )1 ()(2 H 当晶体管的参数（当晶体管的参数（

45、rbb、Cbc、fT）和信号源内阻）和信号源内阻 RS 确定确定后，后，增益带宽乘积基本为一常数增益带宽乘积基本为一常数，随，随gm、RL改变而变化的程改变而变化的程度很小。度很小。(1 )mLb cb eg RCC1mLg R总结：上限截止频率的求法总结：上限截止频率的求法MHz172.3621MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo LCceLRRrR/(1) 画出小信号高频等效电路。画出小信号高频等效电路。(2) 利用利用密勒定理密勒定理将跨接在输将跨接在输入和输出回路间的阻抗入和输出回路间的阻抗Z 分别分别等效到输入、输出回路中。等效到输入、输出回路中。(3) 利用

46、利用RC时间常数法分别求时间常数法分别求输入、输出回路的截止频率。输入、输出回路的截止频率。(4) 求整个电路的截止频率求整个电路的截止频率2H22H21HH1111 . 11mffff4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特性单管共基和共集放大电路的高频特性 受密勒效应的影响，受密勒效应的影响，共射电路共射电路的带宽较窄。若要提高带宽，的带宽较窄。若要提高带宽，就必须设法减小或者消除密勒效应。就必须设法减小或者消除密勒效应。单管共射电路的高频等效电路单管共射电路的高频等效电路 共基电路共基电路和和共集电路共集电路在结构上满足上述要求，因而具有非在结构上满足上述要求，因而具有非常高的带宽，在

47、高频放大电路中经常使用。常高的带宽，在高频放大电路中经常使用。4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特性单管共基和共集放大电路的高频特性n共基共基放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导)/1/(mebegrr4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特性单管共基和共集放大电路的高频特性n共基放大电路高频特性的定性分析共基放大电路高频特性的定性分析输入回路：输入回路：n不存在不存在Cbc的密勒电容的密勒电容n由于由于re较小，使得等效电阻较小，使得等效电阻Rs的的阻值较小阻值较小n输入回路时间常数输入回路时间常数 I 远小于共射远小于共射组态电路组态电路输出回路：输出回路：n等

48、效电容为等效电容为Cbc因此，电路的高频特性好。因此，电路的高频特性好。EQTebmebmebe11/IVrgrgrresssesesrRRVrRrV/cbebCRfCRfLHosHi2121应用举例应用举例例：单管共基放大电路的交流通路如图所示，例：单管共基放大电路的交流通路如图所示，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶体管。晶体管T(硅管硅管)参数为：参数为：rbb=100 ， 0 =80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，直流工作点，直流工作点(ICQ=1 mA, VCEQ=3V) 。试分析。试分析电路的源电压增益函数和上截止频率电路的源电压增益函数和上

49、截止频率fH。esssesesrRRVrRrV/LCLRRR/ 26er应用举例应用举例解解: 电路的源电压增益电路的源电压增益)/1)(/1 ( )1)(1 (1 HoHi0fjffjfACRjCRjrRRrgVVVVVVVVAvscbLebsesLemebosebsssovsMHz 172.36MHz 253.373HoHiffs 104 . 4s 104264. 0909icbLebsCRCR 输入回路中电阻、电容值输入回路中电阻、电容值均较小，使得均较小，使得 fHi 甚至高于甚至高于 fT (fT=300 MHz)，电路的高频特，电路的高频特性主要受性主要受输出回路制约输出回路制约，

50、上限，上限截止频率截止频率 fH fHo = 36.172 MHz。 4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特性单管共基和共集放大电路的高频特性n共集共集放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导交流通路交流通路共集放大电路共集放大电路4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特性单管共基和共集放大电路的高频特性n共集共集放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导LEceL/RRrR 微变等效电路微变等效电路交流通路交流通路偏置电阻偏置电阻RB的数值远大于信号源内阻的数值远大于信号源内阻Rs，分析时可以忽略。分析时可以忽略。4.3.2 单管共基和共集放大电路的高频特

51、性单管共基和共集放大电路的高频特性微变等效电路微变等效电路密勒等效电容密勒等效电容n共集放大电路高频特性的定性分析共集放大电路高频特性的定性分析1A 输入回路中的密勒等效输入回路中的密勒等效电容很小，电路的上限截止电容很小，电路的上限截止频率较高。若频率较高。若Rs和和rbb 足够小，足够小，负载电阻负载电阻R L足够大，则足够大，则 fH .LEceL/RRrR ebMebMCACCAC)/11 ()1 (应用举例应用举例例：单管共集放大电路如图所示，例：单管共集放大电路如图所示，RE=3k ，RC=2k ，RL=60k ，RB=3k ，VCC=5V，ICQ 1mA，硅管，硅管rbb=100

52、 ，0=80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，试计算，试计算RS为为1k 和和100 时的时的源电压增益源电压增益及上截止频率及上截止频率fH。)17.409/48.185/1 ()93.377/1 (992. 0jfjfjfVVAsovsRS为为100 时时)97.396/91.34/1 ()93.377/1 (968. 0jfjfjfVVAsovsRS为为1k 时时 f 的单位的单位: MHz4.3.3 放大电路的低频特性放大电路的低频特性 耦合电容的目的是通交流隔直流，避免前后放大级的直耦合电容的目的是通交流隔直流，避免前后放大级的直流工作点相互影响，同时耦合交流信号；而旁路电容的目的流工作点相互影响，同时耦合交流信号；而旁路电容的目的是使偏置电阻不致降低电路的中、高频增益。是使偏置电阻不致降低电路的中、高频增益。 共集放大电路共集放大电