第14讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路

1、HANDAN COLLEGE2022-5-271第十四讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路HANDAN COLLEGE2022-5-272第十四讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路一、频率响应的基本概念二、放大电路的频率参数三、晶体管的高频等效电路四、场效应管的高频等效电路HANDAN COLLEGE2022-5-273一、频率响应的基本概念1. 研究的问题：研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放

2、大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。率的范围要求。HANDAN COLLEGE2022-5-2742. 基本概念基本概念（1）高通电路高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1ioHANDAN COLLEGE2022-5-275（1）高通电路：频率响应高

3、通电路：频率响应RCRCUUAuj1jiofL低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？LLLj1j21ffffARCfu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大时放大倍数约为倍数约为1HANDAN COLLEGE2022-5-276（2）低通电路）低通电路: 信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1ioHANDAN COLLEGE2022-5-277（2）低通电路：频率响应）低通

4、电路：频率响应HHj1121ffARCfu，则令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAu低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时放大时放大倍数约为倍数约为1HANDAN COLLEGE2022-5-278（3）几个结论）几个结论LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。 截止频

5、率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子Lj11ff 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。HANDAN COLLEGE2022-5-279二、放大电路的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，

6、晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfffHANDAN COLLEGE2022-5-2710三、晶体管的高频等效电路三、晶体管的高频等效电路 1. 混合混合模型：形状像模型：形状像，参数量纲各不相同，参数量纲各不相同结构：结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻：基区体电阻rbe：发射结电阻：发射结电阻C：发射结电容：发射结电容re：发射区体电阻：发射区体电阻rbc：集电结电阻：集电结电阻C：

7、集电结电容：集电结电容rc：集电区体电阻：集电区体电阻因多子浓因多子浓度高而阻度高而阻值小值小因面积大因面积大而阻值小而阻值小HANDAN COLLEGE2022-5-2711混合混合模型：模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系 gm为跨导，它不随信号频率为跨导，它不随信号频率的变化而变。的变化而变。为什么引入参数为什么引入参数gm？因在放大区因在放大区iC几乎仅几乎仅决定于决定于iB而阻值大而阻值大因在放大区承受反因在放大区承受反向电压而阻值大向电压而阻值大HANDAN COLLEGE2022-5-2712混合混合模型：忽略大电阻的分流模型：忽略大电阻

8、的分流 C连接了输入回路连接了输入回路和输出回路，引入和输出回路，引入了反馈，信号传递了反馈，信号传递有两个方向，使电有两个方向，使电路的分析复杂化。路的分析复杂化。HANDAN COLLEGE2022-5-2713混合混合模型的单向化（即使信号单向传递）模型的单向化（即使信号单向传递）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效变换后电流不变等效变换后电流不变HANDAN COLLEGE2022-5-2714晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可从手册查得、T

9、EQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑 C？HANDAN COLLEGE2022-5-27152. 电流放大倍数的频率响应电流放大倍数的频率响应CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因为)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg为什么短路？为什么短路？HANDAN COLLEGE2022-5-2716电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，时，；时，fffffffffoHANDAN COLLEGE202

10、2-5-2717电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系71. 5， lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法HANDAN COLLEGE2022-5-27183. 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截

11、止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法； C的求法。的求法。手册手册查得查得HANDAN COLLEGE2022-5-2719四、场效应管的高频等效电路可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。很大，可忽略其电流很大，可忽略其电流单向化变换单向化变换极间电容极间电容CgsCgdCds数值数值/pF1101100.11dgLmgsg

12、s)1 (CRgCC忽略忽略d-s间等效电容间等效电容HANDAN COLLEGE2022-5-2720讨论一1. 若干个放大电路的放大倍数分别为若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？，它们的增益分别为多少？2. 为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg fHANDAN COLLEGE2022-5-2721讨

13、论二讨论二 电路如图。已知各电阻阻电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电值；静态工作点合适，集电极电流极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 试求解该电路中晶体管高试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。频等效模型中的各个参数。HANDAN COLLEGE2022-5-2722讨论二讨论二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCCHANDAN COLLEGE2022-5-2723五、单管共射放大电路的频率响应五、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路

14、中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 开路。开路。CHANDAN COLLEGE2022-5-27241. 1. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu带负载时：带负载时：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空载时：空载时：HANDAN COLLEGE2022-5-27252. 2. 低频电压放大倍数低频电压放大倍数: :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，时，当超前90

15、0 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsHANDAN COLLEGE2022-5-27262. 低频电压放大倍数：定量分析低频电压放大倍数：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 )(j1LcLLsmslRRfffAAuuC所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsHANDAN COLLEGE2022-5-27

16、272. 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析低频电压放大倍数：低频段频率响应分析)arctan90(-180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl-135 dB3lg20 sL，下降时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff时，中频段中频段20dB/十倍频十倍频HANDAN COLLEGE2022-5-27283. 高频电压放大倍数：定性分析高频电压放大倍数：定性分析0U.CIs.U.s。滞后，时，当，滞后)90

17、(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbeHANDAN COLLEGE2022-5-2729)(sbbbebRRrrR3. 高频电压放大倍数：定量分析高频电压放大倍数：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAuHANDAN COLLEGE2022-5-27303. 高频电压放大倍数：高频段频率响应分析高频电压放大倍数：高频段频率响应分析 )( 21 j1sbbb

18、ebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降时，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg20 10 shHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时，smshHlg20lg20 uuAAffHANDAN COLLEGE2022-5-27314. 电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：HANDAN COLLEGE2022

19、-5-27325. 带宽增益积：定性分析带宽增益积：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu带宽增益积mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。HANDAN COLLEGE2022-5-27335. 带宽增益积：定量分析带宽增益积：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 R

20、s fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！HANDAN COLLEGE2022-5-2735 ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则则nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得1.1为修正系数为修正系数HANDAN COLLEGE2022-5-2736讨论一：问题讨论一：问题 1. 信号频率为信号频率为0时电压放大时电压放大倍数的表达式？倍数的表达式？ 2. 若所有的电