第10讲频率响应概述与晶体管的高频等效电路

第10讲频率响应概述与晶体管的高频等效电路模拟电路第10讲放大电路的频率响应一、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模拟电路四、单管共射放大电路的频率响应一、熟悉频率响应的基本概念四、掌握放大电路频率响应的分析方法三、了解晶体管的高频等效电路本章要求：二、了解放大电路的频率参数一、频率响应的基本概念1.研究的问题：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。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，使放大倍数为频率的函数。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，应满足信号频率的范围要求。2.基本概念（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。。超前，时；，当超前9000iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1io（1）高通电路：频率响应RCRCUUAuj1jiofL低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？LLLj1jπ21ffffARCfu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大倍数约为1（2）低通电路: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900iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1io（2）低通电路：频率响应HHj11π21ffARCfu，则令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAu低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时放大倍数约为1（3）几个结论LLj1jffff①电路低频段的放大倍数需乘因子②当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45º；当f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45º。③截止频率决定于电容所在回路的时间常数π21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子Lj11ff④频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。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、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路在高频段，随着信号频率逐渐升高，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，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率LHbwfff三、晶体管的高频等效电路1.混合π模型：形状像Π，参数量纲各不相同结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb’：基区体电阻rb’e’：发射结电阻Cπ：发射结电容re：发射区体电阻rb’c’：集电结电阻Cμ：集电结电容rc：集电区体电阻因多子浓度高而阻值小因面积大而阻值小混合π模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。为什么引入参数gm？因在放大区iC几乎仅决定于iB而阻值大因在放大区承受反向电压而阻值大混合π模型：忽略大电阻的分流Cμ连接了输入回路和输出回路，引入了反馈，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化。混合π模型的单向化（即使信号单向传递）'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgkXUkXUUICCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路'μπ'πEQT0eb'μbb')1(CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb'0meb'bmeb'mb0UIrgrIgUgI2.电流放大倍数的频率响应CEbcUIIμπ'π'Lm0CCCRgk所以，因为)(π21j1)](j1[μπeb'0μπeb'eb'eb'mCCrfffCCrUUg电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg)(1j1－-900-45707.020000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo电流放大倍数的波特图:采用对数坐标系71.5，lg20采用对数坐标系，横轴为lgf，可开阔视野；纵轴为单位为“分贝”（dB），使得“×”→“＋”。lgfdB32lg20注意折线化曲线的误差－20dB/十倍频折线化近似画法3.晶体管的频率参数10TTffff时的频率为使)CC(rfffμπeb'0π21j1。、、、)(obTCCfff共射截止频率共基截止频率特征频率集电结电容通过以上分析得出的结论：①低频段和高频段放大倍数的表达式；②截止频率与时间常数的关系；③波特图及其折线画法；④Cπ的求法。手册查得四、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从0～∞的交流等效电路中频段：C短路，开路。'πC'πC低频段：考虑C的影响，开路。高频段：考虑的影响，C开路。'πC1.中频电压放大倍数eb'oieb'sisosmUUUUUUUUAu)]([Lcmbeeb'isismRRgrrRRRAu∥带负载时：)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu空载时：2.低频电压放大倍数:定性分析0U.ooU.oI.o。超前，时，，当超前9000oooooooUUUfUU)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu＋Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2.低频电压放大倍数：定量分析j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu＋)(π21)(j1LcLLsmslRRfffAAuuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2.低频电压放大倍数：低频段频率响应分析)arctan90(-180)(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)(π21j1)j(LcLLLsmsl-135dB3lg20sL，下降时，uAff)lg(20lg20LsmsLffAAffuu时，。，时，9000suAfsmsLlg20lg20uuAAff时，中频段20dB/十倍频3.高频电压放大倍数：定性分析0U.CIs.U.s'。滞后，时，当，滞后)90(0's'''s'πππUUUfUUCCC)(sbbbeb'beeb'isiieb'sis'sRRrrRrrRRRUUUUUU∥∥，Au.Uo.RLsU'Rb'e)(sbbbeb'RRrrR∥∥3.高频电压放大倍数：定量分析)]([π21π21j1'πsbbb'eb''πHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu∥∥)(j1j1'Lm'π'πbeeb'isiCo'sCs'ssosh'π'πRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu3.高频电压放大倍数：高频段频率响应分析)]([π21j1'πsbbb'eb'HHsmsoshCRRrrfffAUUAuu∥∥-225dB3lg20shH，下降时，uAffH2Hmsharctan--180)(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg2010shHuAfff。，时，-2700shuAf；时，smshHlg20lg20uuAAff4.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：5.带宽增益积：定性分析fbw＝fH－fL≈fH)]([π21'πsbbb'eb'HCRRrrf∥∥μ'Lmπ'π)1(CRgCCHmbwmfAfAuu带宽增益积m'LmH'π'LmuARgfCRg)]([Lcmbeeb'isismRRgrrRRRAu∥矛盾当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。5.带宽增益积：定量分析)]([π21'πsbbb'eb'HCRRrrf∥∥μ'Lmπ'π)1(CRgCC)]([Lcmbeeb'isismRRgrrRRRAu∥若rbeRb、RsRb、，则可以证明图示电路的μ'Lm'Lm1CRgRg、μsbb'Hm)(π21CRrfAu说明决定于管子参数对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。约为常量根据