第5章放大电路的频率响应

1、第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.2 5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.3 FET5.3 FET的高频等效模型的高频等效模型5.4 5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.1 5.1 频率响应概述频率响应概述fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带： fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB带宽带宽5.1 5.1 频率响应概述频率响应概述放大电路的频率响应放大电路的频率响应频率响应频率响应放大器的电压放大倍数放大器的电压放大倍数 与频率的关系

2、与频率的关系下面先分析无源下面先分析无源RC网络的频率响应网络的频率响应)()( |)(ffAfAuu其中：其中： 称为放大器的幅频响应称为放大器的幅频响应)( |fAU 称为放大器的相频响应称为放大器的相频响应)( f 一、一、 RC高通电路高通电路（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：+-+uuiCoRioUUAuRCj111CRRj12LLfRC1L 令：令：RC21L1RCLLjjUUA1iou则：则：2LLu)(1ffffA幅频响应：幅频响应：Lffarctan90 相频响应：相频响应：RCRCj1jLLffjffj1（2） RC高通电路的波特图高通电路的波特图f0.01fL00.

3、1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA最大误差最大误差 -3dB时时，当当 Lff 1|uAdB 01lg20|lg20uA时时，当当 Lff L/|ffAu)/lg(20|lg20LffAu斜率为斜率为 20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线2LLu)(1ffffA幅频响应：幅频响应： 1 . 0Lff 1 . 0|uAdB20|lg20uA 01. 0Lff 01. 0|uAdB40|lg20uA20dB/十倍频十倍频 Lff 707. 0|uAdB3|lg20uA时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 0 90 时时，当当 Lff 时时，当当 100.1 LLfff 十

4、十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 可见：当频率较高时，可见：当频率较高时，AU 1，输出与输入电压之间的，输出与输入电压之间的相位差相位差=0。随着频率的降低，。随着频率的降低， AU 下降，相位差增大，且输下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前出电压是超前于输入电压的，最大超前9090o o。 其中，其中，fL L是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为下限截止频率下限截止频率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA20dB/十倍频十倍频相频响应相频响应)arctan(-90Lfff0.01fL00.1fL fL10f

5、L9045 45 十十倍倍频频/45 ioUUAu（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：二二. RC低通低通电路电路Hiouj11ffUUA+-RuuiCo2Hu)(11ffA幅频响应：幅频响应：)arctg(Hff 相频响应：相频响应：2HHfRC1H 令：令：Hiou11jUUA则：则：RCj11CRCj1j1RC21H1RC（2） RC低通电路的波特图低通电路的波特图最大误差最大误差 -3dB时时，当当 Hff 1)/(11|2HffAudB 01lg20|lg20uA时时，当当 Hff ffffAu/)/(11|H2H)/lg(20|lg20HffAu斜率为斜率为 -20dB/十倍频

6、程十倍频程 的直线的直线2Hu)(11ffA幅频响应：幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程 10Hff 1 . 0|uAdB20|lg20uA 100Hff 01. 0|uAdB40|lg20uA Hff 707. 0|uAdB3|lg20uA0分贝水平线分贝水平线相频响应相频响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 090时时，当当 Hff 45时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 可见：当频率较低时，可见：当频率较低时，AU 1，输出与输入电压之间的相位差，输出与输入电压

7、之间的相位差=0。随着频率的提高，随着频率的提高， AU 下降，相位差下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后压的，最大滞后9090o o。 其中其中fH H是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为上限截止频率上限截止频率。 )arctg(Hff f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45-90 十十倍倍频频/45 这种对数频率特性曲线称为波特图这种对数频率特性曲线称为波特图5.2 5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型混合混合型高频

8、小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。 rbb 基区的体电阻基区的体电阻1.BJTBJT的混合的混合型模型型模型rbe发射结电阻发射结电阻 b是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。Cbe发射结电容发射结电容rbc集电结电阻集电结电阻Cbc集电结电容集电结电容 （2）用）用 代替了代替了 。因为。因为本身就与频率有关，本身就与频率有关，而而gm与频率无关。与频率无关。eb.mUg.bI 2.2.BJTBJT的混合的混合等效电路等效电路特点：特点：（1）体现了三极管的电容效应体现了三极管的电容效应3 3、简化的混合、简化的混合等效电路等

9、效电路其中：其中：CRgC)1 (LmCCC低频时，忽略电容，混合低频时，忽略电容，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效所以所以EebmV26)1(Ir EbebbmV26Irr 4. 混合混合参数的估算参数的估算+bebbceurm+gurbibcbeebei+cbeub+uebbbbe rrr由：由：+iubcc+bbe+ircebeueib又因为又因为ebbeb riubebmiug Tm2 fgC从手册中查出从手册中查出 TfC 和所以所以mV26EebmIrg +bebbceurm+gurbibcbeebei+cbeub+u+iubcc+bbe+ircebeueib5. BJ

10、T的频率参数的频率参数f、 fT根据根据定义：定义： 0bcce UII CjUUgIe be bmc)1/1/(e bbe bCjCjrIU得：得：RCf21其中：其中：e bmUgffj10RCj10ebrR)(21ebCCrebmrg0CCC)(1ebebmCCrjrg 做出做出的幅频特性曲线：的幅频特性曲线：当当=1时对时对应的频率应的频率 当当20lg下降下降3dB时对应的频率时对应的频率 ffj 1020)(1| ff ff00）（dB| -20dB/十倍频程十倍频程fT当当fT f 时时, 可得：可得： fT 0 f f共发射极截止频率共发射极截止频率fT特征频率特征频率5.4

11、单管放大电路的频率响应一、定性分析：一、定性分析：1 .中频段中频段Cj1很大很大Cj1很小很小2 .高频段高频段Cj1不能看成很大不能看成很大Cj1很小很小结论结论1：频率很高时，由于晶体管极间电容的影响：频率很高时，由于晶体管极间电容的影响 使电压放大倍数下降。使电压放大倍数下降。3 .低频段低频段Cj1很大很大Cj1不能看成很小不能看成很小结论结论2：频率很低时，由于电路中耦合电容的影响：频率很低时，由于电路中耦合电容的影响 使电压放大倍数下降。使电压放大倍数下降。cu+-二、定量分析：二、定量分析：1 .中频段中频段sousmUUAeboiebsiUUUUUUSiisiRRRUUebb

12、bebiebrrrUU)/(LCebmoRRUgULmeboRgUUSiiRRRbeebrrbeebrr)(LmRgbeLSbeberRRrrSbeLRrR2. 低频段低频段+-cu+-oU)1/(CjRRUgULCebmo)1/(CjRRgUULCmeboCjRRCjRRgLCLCm1)1(CjRRUULLoo1souslUUAooeboiebsiUUUUUUUUSiiRRRbeebrrCjRRCjRRgLCLCm1)1(CjRRLL1SiiRRRbeebrr)1(CjRRRRgLCLCmbeebSiirrRRR)(11(CRRjRRRRgLCLCLCmbeebSiirrRRR)(11(CR

13、RjRRRRgLCLCLCmbeebSiirrRRRCRRjRgLCLm)(111)(beebSiirrRRR1)()()(CRRjCRRjRgLCLCLm1RCjRCjAusmLLusmffjffjA1CRRfLCL)(21LLusmuslffjffjAA1幅频响应幅频响应 ： 2usmusl)(1lg20|lg20|lg20LLffffAA相频响应相频响应 ： )arctg(-90180Lff)arctg(-90Lfff0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135 十十倍倍频频/45 f0.01fL0.1fL fL10fL）（dB|lg20UA20dB/十倍频十倍频|lg20

14、usmA幅频响应幅频响应 ： 2usmusl)(1lg20|lg20|lg20LLffffAA相频响应相频响应 ： )arctg(-90180Lff)arctg(-90Lff3. 高频段高频段soushUUAeboiebsiUUUUUUCRjAusm11HusmffjA11CRfH21)/(bsbbebRRrrRHusmuhffjAA11幅频响应幅频响应 ： 2Husmush)(11lg20|lg20|lg20ffAA相频响应相频响应 ： )arctan(180Hff共射放大电路高频段的波特图共射放大电路高频段的波特图幅频响应幅频响应 ： 2HusmusH)(11lg20|lg20|lg20f

15、fAA 相频响应相频响应 ： )arctg(180Hff f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270 十十倍倍频频/45 f0.1fHfH10fH100fH）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA4. 完整的共射放大电路的频率响应完整的共射放大电路的频率响应usmusAAf-180fHfL-225-270 ffHfL）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA-135-90十十倍倍频频/45 20dB/十倍频程十倍频程十十倍倍频频/45 )j1 (1Hff)j1 (jLLffff)j1)(j1 (jHLLusmffffffA（

16、1）通频带：）通频带：（2 2）带宽）带宽- -增益积：增益积：fbwAumBJT BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数HLHbwffff 两个频率响应指标：两个频率响应指标：f-180fHfL-225-270 ffHfL）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA-135-90十十倍倍频频/45 20dB/十倍频程十倍频程十十倍倍频频/45 本章小结本章小结1基本放大电路的组成。基本放大电路的组成。 BJT加上合适的偏置电路（偏置电加上合适的偏置电路（偏置电路保证路保证BJT 工作在放大区）。工作在放大区）。2交流与直流。正常工作时，放

17、大电路处于交直流共存的状交流与直流。正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。态。为了分析方便，常将两者分开讨论。直流通路：交流电压源短路，电容开路。直流通路：交流电压源短路，电容开路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。3三种分析方法。三种分析方法。（1）估算法（直流模型等效电路法）估算法（直流模型等效电路法）估算估算Q。（2）图解法）图解法分析分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。（最大不失真输出电压）。（3）h参数交流模型法参数交流模型法分析动态（电压放大倍数、输入分析动态（电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。电阻、输出电阻等）。 4三种组态。三种组态。（1）共射）共射AU较大，较大，Ri、Ro适中，常用作电压放大。适中，常用作电压放大。（2）共集）共集AU1，Ri大、大、Ro小，适用于信号跟随、信号隔小，适用于信号跟随、信号隔离等。离等。（3）共基）共基AU较大，较大，Ri小，频带宽，适用于放大高频信号。小，频带宽，适用于放大高