第15讲 频率响应概述与晶体管的高频等效电路

第五章放大电路的频率响应1第五章放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.3场效应管高频等效模型5.4多级放大电路的频率响应放大电路的频率响应2第十五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放大电路的频率响应3低频段，C、Ce容抗增大，信号被分压衰减→|Au|↓——fL（下限频率）高通电路低通电路高频段，管极间电容和分布电容、寄生电容等容抗减小，信号被分流损失→|Au|↓——fH（上限频率）。LHbwfff5.1频率响应的基本概念C、L及晶体管Cj存在→Au=|Au|(f)—幅频特性φ=φ(f)—相频特性5.1.1幅频-相频特性频率失真（C、L→Au(f)、φ(f)）——线性失真）；晶体管→非线性失真放大电路的频率响应45.1.2高通、低通电路900,0iooioUUUfUU超前，时，当超前fLLLLj1jπ21ffffARCfu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大倍数约为1（令ωL=1/RC=1/τ）Ui.Uo.I.1.高通电路RCRCRCRUUAuj1jj1io当ffL、f=fL、ffL→|Au|、φ各多少？——频向曲线图5.1.1放大电路的频率响应52.低通电路Ui.Uo.I.RCRCCUUAuj11j1j1ioHHj11π21ffARCfu，则令fH)arctan()(11H2HffffAuffH时放大倍数约为1900,iooioUUUfUU滞后，时当，滞后图5.1.2当ffH、f=fH、ffH→|Au|、φ各多少？——频向曲线放大电路的频率响应65.1.3波特图——对数频率特性1.高通电路波特图)/arctan(90)(1lg20lg20||lg202LLLuffffffA当ffL、f=fL、ffL→20|Au|、φ各多少？——波特图图5.1.3)arctan(90)(1L2LLffffffAu放大电路的频率响应72.低通电路波特图当ffL、f=fL、ffL→20|Au|、φ各多少？——波特图图5.1.3)/arctan()(1lg200||lg202HHuffffA)arctan()(11H2HffffAu放大电路的频率响应8▲结论（1）截止频率决定于电路所在回路的时间常数：(2)当f=fL，20lg|Au|=-3dB，φ=+45。当f=fH，20lg|Au|=-3dB，φ=-45。fL=1/（2πRC并）——低通电路fH=1/（2πRC串）——高通电路（3）可用波特图近似描述放大电路的频率特性。放大电路的频率响应95.2晶体管的高频等效模型晶体管结构：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5.2.1晶体管的混合π模型放大电路的频率响应10忽略小电阻rc、re；考虑iC的受控关系：gm——跨导，表明Ub′e对Ic控制作用，gm与信号f无关。1.完整的混合∏模型（形状像Π，参数量纲各不相同）因面积大而阻值小因多子浓度高而阻值小ebmcUgIebcmebmcebcUIgUgIUI：/,半导体理论图5.2.1放大电路的频率响应112.简化的混合π模型放大区：Jc反偏→rb′c1/(jωCμ)；输出曲线近似水平→rceRL′——rb′c、rce开路（1）忽略大电阻的分流图5.2.2(a)放大电路的频率响应12（2）单向化——将Cμ等效到输入、输出回路'LmebURgRIUUKLcebceμ'Lm'μ)1()||1()1(CRgCKCKCμ''μ1CkkC同理可得，利用密勒定理：将Cμ→Cμ′、Cμ″图5.2.2(b)放大电路的频率响应13*单向化过程'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgURIUUkXUkXUUIebLcebceCCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变放大电路的频率响应14（3）忽略C″μ，合并Cπ、C′μ——简化混合π模型开路且CRCjCCCKCCCCL)/(1,|)|1('μπ'πTEQeb'0meb'bmeb'mb0UIrgrIgUgIIcEQT0eb'μbb')1(—)(IUr、fCCrTob查手册、3.混合π模型的主要参数TmfgCCKCC2/|)|1('π图5.2.2(c)Ic放大电路的频率响应155.2.2电流放大系数的频率响应CEbcUII)(||,||)(fIUfIccUgIebCCbebmceb随不变当1.定性分析)(||||||0f、f：：、即并产生随高频段常数低频段中放大电路的频率响应162.β频率响应的定量关系CEbcUIIμπ'π'Lm0CCCRgk所以，因为)(π21j1rj1)](j1[μπeb'0eb0μπeb'eb'eb'mCCrfffCCCrUUg为什么短路？Ic=gmUb′e，gm=β0/rb′e△uCE=0△uCE=0(1)推导过程放大电路的频率响应17(2)电流放大倍数的频率特性曲线ffarcfffftan)(1j1200-900-45707.020000，时，；时，；，时，；时，fffffffffofβ放大电路的频率响应18波特图:71.5lgfdB32lg20－20dB/十倍频折线化近似画法20)(1lg20lg20||lg20fffβ——共射截止频率(3dB)fT——特征频率(0dB):≈β0fβfα——共基截止频率fα=(1+β0)fβ≈fT放大电路的频率响应193.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。手册查得放大电路的频率响应205.3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。很大，可忽略其电流单向化变换极间电容CgsCgdCds数值/pF1～101～100.1～1dg'Lmgs'gs)1(CRgCC忽略d-s间等效电容放大电路的频率响应21讨论一1.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？2.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，最高频率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lgf放大电路的频率响应22讨论二电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ＝2mA；晶体管的rbb’=200Ω，Cob=5pF，fβ=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。放大电路的频率响应23讨论二eb'mCQrgI、'μLcmobμ)(CRRgCC、、、πeb'obμ)(CrCCf、、'πμ'μCCC