5 频率响应概述与晶体管的高频等效电路

第5章放大电路的频率响应一、频率响应的基本概念二、晶体管的高频等效电路*三、场效应管的高频等效电路四、单管共射放大电路的频率响应五、多级放大电路的频率响应一、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ffH时放大倍数约为1波特图二、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）eb'ceμeb'μceeb'μ)1(UUkXUkXUUICCCkXIUXCCC1μμeb'μ'μ'μ)1(CkC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可以忽略值很小，故容抗很大，因为''μC*2.电流放大倍数的频率响应bcIIμπ'π'Lm0CCCRgk所以，因为)(π21j1)](j1[μπeb'0μπeb'eb'eb'mCCrfffCCrUUg为什么短路？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*三、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*讨论一电路如图。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。*讨论二eb'mCQrgI、'μLcmobμ)(CRRgCC、、、πeb'obμ)(CrCCf、、'πμ'μCCC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短路。'πC1.中频电压放大倍数eb'oieb'sisosmUUUUUUUUAueb'0mLcmbeeb'isism)]([rgRRgrrRRRAu∥带负载时：)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu空载：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＋C所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsCRRfffffAAuu)(π21j1)j(LcLLLsmsl*2.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。约为常量根据二、多级放大电路的频率响应：分析举例一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。6dB3dBfLfH≈0.643fH1121lg40lg20lg20lg20uuuuAAAAfLfL1，fHfH1，频带变窄！*二、多级放大电路的频率响应),,2,1(bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL111111对于N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fL、fH，则nkknkukuAA11lg20lg20由于求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得1.1为修正系数*讨论一：问题1.信号频率为0～∞时电压放大倍数的表达式？2.若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？*讨论一：时间常数分析所确定的截止频率。、、、分别考虑'πe21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR∥∥2Lc2)(CRReb2b1sbeee)1(CRRRrR∥∥∥'CC)]RRRr(r[πb2b1sbb'eb''π∥∥∥C2、Ce短路，开路，求出'πCC1、Ce短路，开路，求出'πCC1、C2短路，开路，求出'πCC1、C2、Ce短路，求出*讨论一：电压放大倍数分析1beb2b1s1)(CrRRR∥∥2Lc2)(CRReb2b1sbeee)1(CRRRrR∥∥∥'CC)]RRRr(r[πb2b1sbb'eb''π∥∥∥)j(1)j(1)j(1)j(1jHL3L2L1L3L2L133mffffffffffffAAuu)π2(1)π2(1)π2(1)π2(1'πHeL32L21L1Cffff很小！*讨论二1.该放大电路为几级放大电路?2.3.在f＝104Hz时，增益下降多少？附加相移φ’＝？4.在f＝105Hz时，附加相移φ’≈？5.画出相频特性曲线；6.fH＝？?uA已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：