《模拟电子技术基础简明》第三章放大电路的频率响应

第三章放大电路的频率响应3.1频率响应的一般概念3.2三极管的频率参数3.3单管共射放大电路的频率响应3.4多级放大电路的频率响应3.1频率响应的一般概念由于放大电路中存在电抗性元件，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。3.1.1幅频特性和相频特性电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。即)()(ffAAuu)(：幅频特性fAu：相频特性)(f典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性图3.1.1uAOffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270ºf03.1.2下限频率、上限频率和通频带fLfHBWAum0.707AumuAOf图3.1.1fL：下限频率；fH：上限频率BW：通频带BW=fH-fL3.1.3频率失真图3.1.2频率失真(a)幅频失真(b)相频失真3.1.4波特图放大电路的对数频率特性称为波特图。之间的对应关系与表lg2013uuAA　　-uAuAlg204020630-3-20-4010010210.7070.10.012一、RC高通电路的波特图+_+_CRiUOU图3.1.2RC高通电路RCCRRUUAuj111j1iO令：LL2121RCfffAuLLj11j111-2L11ffAu模：　)(arctanLff相角：2L11ffAu2L1lg20lg20-ffAu则有：dB020lgLuAff时，　当LLLlg20lg20lg20ffffAffu-时，　当dB32lg20lg20L--uAff时，　当对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图3.1.4(a)幅频特性当f≥fL(高频)，当ffL(低频)，1uA1uA高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。uA0.1fLfL10fLfdB/lg20uA0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处-20dB/十倍频对数相频特性图3.1.4(b)相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL10fL45º90º0f由式可得，)(arctanLff在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º45;90;0LLL时，时，时，ffffff二、RC低通电路的波特图图3.1.5RC波特图+_+_CRiUOURCCRCAuj11j1j1令：RCf2121HH则：HHj11j11ffAu2H11ffAu-Harctanff图3.1.6低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH10fHfdB/lg20uA0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。3.2三极管的频率参数三极管f：为值下降至时的频率。0210：低频共射电流放大系数；ffj10-ffffarctan120；201lg20lg20lg20-ff的波特图图1.2.3　对数幅频特性fTfdB/lg20Of20lg0-20dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f-45º-90º3.2.1共射截止频率f值下降到0.7070(即)时的频率。021当f=f时，00707.021)dB(3lg202lg20lg20lg2000--值下降到中频时的70%左右。或对数幅频特性下降了3dB。3.2.2特征频率fT值降为1时的频率。1ffT时，，三极管失去放大作用；ffT时，由式；112T0ff得：ff0T3.2.3共基截止频率f值下降为低频0时的0.707时的频率。ffj10f与f、fT之间关系：因为，1ffj10可得ffffff)1(j11/j11/j100000比较，可知与ffj10ff)1(10000说明：ff)1(10000，因为：所以：1.f比f高很多，等于f的(1+0)倍；2.ffTf3.低频小功率管f值约为几十至几百千赫，高频小功率管的fT约为几十至几百兆赫。3.3单管共射放大电路的频率响应定性分析：C1Rb+VCCC2Rc-+++Rs+~-SUOUiU+-图3.3.1单管共射放大电路中频段：各种电抗影响忽略，Au与f无关；低频段：隔直电容压降增大，Au降低。与电路中电阻构成RC高通电路；高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au降低。而且，构成RC低通电路。3.3.1混合型等效电路一、混合型等效电路图3.3.1混合型等效电路(a)三极管结构示意图cbebbrebrbcbr(b)等效电路b++bIebUcIbeUebrceUebmUgebCcbCbbrbce二、混合参数与h参数的关系低频时，不考虑极间电容作用，混合等效电路和h参数等效电路相仿，即：bbIcIebrebmUgbbrbcebIcIberbIbce图3.3.1混合参数与h参数之间的关系通过对比可得EQbbbeebbb26)1(IrrrrEQbbbeebbb26)1(Irrrr则ebbebbEQbbbeeb26)1(--rrrIrrrbebbmebmIrIgUg则2626)1(EQEQebmIIrg一般小功率三极管.k1mebbb几十毫西门子；几十至几百欧；grr三、混合型等效电路中电容b++bIebUcIbeUebrceUebmUgebCcbCbbrbce图3.3.2(b)等效电路：可从器件手册中查到；并且cbCTmeb2fgCcbebCC(估算，fT要从器件手册中查到)注意：cbC将输入回路与输出回路直接联系起来，使解电路的过程变得十分麻烦。——可用密勒定理简化电路！b++bIebUcIbeUebrceUebmUgebCcbCbbrbce图3.3.2(b)等效电路密勒定理：用两个电容来等效Cbc。分别接在b、e和c、e两端。图3.3.4单向化的混合型等效电路bbIcIebrebmUgbbrbce++beUebUceUCcb1-CKK其中：ebceUUK电容值分别为：cbcb1)1(--CKKCK；cbeb-CKCC)1(的并联值与等效电容是cbeb)1(-CKCC3.3.2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应图3.3.5阻容耦合单管共射放大电路C1RcRb+VCCC2RL+-++sUoU+~Rs-+-iU将C2和RL看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。一、中频段C1可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。1.中频段等效电路图3.3.6中频段等效电路bebrebmUgbbrbce+RbsU~-+++RcRsebmUgebUoUiU由图可得bebisbeebisieb//rRRUrrRRRU式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU--2.中频电压放大倍数cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu-已知，则ebmrgbecisismrRRRRAu-结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h参数等效电路的分析结果一致。二、低频段考虑隔直电容的作用，其等效电路：图3.3.7低频等效电路bebrebmUgbbrbce+RbsU~-+++RcRsebUoUiUC1C1与输入电阻构成一个RC高通电路sbeeb1isiebj1UrrCRRRU式中Ri=Rb//rbesbeeb1isiebj1UrrCRRRU输出电压s1iscmbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU--低频电压放大倍数1issmsosL)(j111CRRAUUAuu低频时间常数为：1isL)(CRR下限(-3dB)频率为：1isLL)(2121CRRf则ffAALuuj11smsL-三、高频段考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：bebrebmUgbbrbce+RbsU~-+++RcRsebUoUiUCcb1-CKK图3.3.8高频等效电路三、高频段考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图3.3.9高频等效电路的简化ebmUgce+sU~-++RcoUebURC由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。并用戴维南定理简化。ebmUgce+sU~-++RcoUebURC图中)//(//bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRUcbcmebcbeb)1()1(-CRgCCKCC——C与R构成RC低通电路。ssebj11j1j1UCRUCRCUscmbeebisicebmoj11UCRRgrrRRRRUgU--CRAUUAuuj11smsosH高频时间常数：CRH上限(-3dB)频率为：CRf2121HHHsmsH11ffAAuu故　　　　　　四、完整的波特图)j1)(j1(HLsmsffffAAuu-绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL和fH；smuA2.由三段直线构成幅频特性。smuA中频段：对数幅值=20lg低频区：f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。图3.3.10幅频特性fdB/lg20uAOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频smlg20uA-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO五、增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。CRfRgrrRRRAu-21Hcmbeebisism；因为　　)//(//bsbbebRRrrRcbcmeb)1(CRgCCRi=Rb//rbe假设RbRs，Rbrbe；(1+gmRc)CbcCbeCRRgrrRRRfAu21cmbeebisiHsm　　　故cbbbs)(21CrRcbbbsHsm)(21CrRfAu说明：HsmfAu式很不严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb和Cbc的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb和Cbc均小的高频三极管。3.3.3直接耦合单管共射放大电路的频率响应图3.3.13fHfdB/lg20uAOmlg20uA-270º10fH-20dB/十倍频-180º0.1fH-90ºfO3.4多级放大电路的频率响应3.4.1多级放大电路的幅频特性和相频特性多级放大电路的电压放大倍数：unuuuAAAA21