模拟电子技术第三章第七节幻灯片

电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路3.7放大电路的频率响应引言1.在前面的讨论中，我们得出如下结论：1）电压放大倍数为正值，即输出与输入同相；2）电压放大倍数为负值，即输出与输入反相；实际上，这种情况只发生在一定的频率范围内。2.由于放大电路中存在着耦合电容、旁路电容、晶体管的结电容和电路的分布电容等，它们的容抗XC(=1/wc)随着频率的变化而变化，因此放大电路的某些性能指标与输入信号的频率有关。3.当输入信号的频率太高或太低时，放大倍数的幅值和相位都将随输入信号的频率的变化而变化。也就是说，放大电路的电压放大倍数是频率的函数，这种函数关系叫做放大电路的“频率响应”或“频率特性”。一般来说，放大倍数是复数，可写为：=Avej=AV。其中:AV与频率的关系称为幅频特性与频率的关系称为相频特性电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路3.7.1RC电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应如图所示无源串联电路，输出电压是电容C两端电压，是输入Vi经R和C分压后得到的，而这种分压关系将随输入信号频率的变化而变化。1）当f=0时（即直流情况时）ViVo=Xc=1/ωc=1/2fcViVo/=ÅV=12)随着fXc,所以电路的Vo和ÅV都在减小，而Vo在相位上亦越来越落后Vi（C元件电压滞后于电流90）。由于只有在直流或频率很低时，输入信号才能顺利通过电路传输到输出端，所以这种RC电路叫做“低通电路”。R1+Vi-_+Vo_C1用来模拟放大电路的RC低通电路电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路增益的频率函数RC电路的电压增益函数（即传递函数）:11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV且令11H21CRffsj2j又电压增益的幅值(模）2HH)/(11ffAV(幅频响应)电压增益的相角)/(arctgHHff（相频响应）·则AVH=··VoVi=11+j(f/fH)电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路频率响应曲线描述（波特图）幅频响应2HH)/(11ffAV时，当Hff1)/(112HHffAV时，当HffffffAV/)/(11H2HHdB01lg20lg20HVA为0分贝水平线)/lg(20lg20HHffAV是一条斜率为-20dB/十倍频程的直线与零分贝线在处相交电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路相频响应)/(arctgHHff时，当Hff0H时，当Hff90H时，当Hff45H时，当100.1HHfff为斜率为-45°/十倍频程的直线-0°-45°-90°20lg︱AVo︱︱AV︱/dB0f/Hzf/HzH低频幅度响应-45/十倍频程低频相位响应-20dB/十倍频程频率响应曲线描述（波特图）电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路HfBW通频带BW和上限截止频率fH故将AVH下降到直流(f=0,AV=1)时的0.707的频率称为低通电路的“上限截止频率”；而把从f=0（直流）到f=fH的频率范围叫做低通电路的“通频带”。2HH)/(11ffAVRC低通电路的幅频响应由式可知：AV1,当H时，AV0.707,当=H时，电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路2.RC高通电路的频率响应如图所示无源串联电路，输出电压是电阻R2两端电压，是输入Vi经C2和R2分压后得到的，而这种分压关系将随输入信号频率的变化而变化。1）当输入信号频率f=0时（即直流情况时）容抗Xc=1/ωc=1/2fcVo输出信号=0；2)随着fXcÅVVo而在相位上超前于的角度愈小ViVo由于在输入信号频率愈高时，输入信号愈能顺利通过电路传输到输出端，所以这种RC电路叫做“高通电路”。ViVo/=ÅVR2+Vi-_+Vo_C2用来模拟放大电路的RC高通电路电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路增益的频率函数RC电路的电压增益：幅频响应2LL)/(11ffAV当ffL时，AVL0当ffL时，AVL1当f=fL时，AVL0.707有最大误差-3dB斜率为+20dB/十倍频程的直线当0.01fLffL相频响应)/(arctgLHff输出超前输入当ffL时，L90当ffL时，L0当f=fL时，L=45当0.1fLf10fL时，L是斜率为-45/十倍频程的直线。电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路注意：将高频时的AV=1下降到0.707时的f=fL叫做RC高通电路的下限截止频率。当ffL以后，输入信号就不能顺利通过电路;故该电路的通频带是从fL通过以上分析可知：画电路波特图的关键是求出电路的上、下限截止频率fH与fL。-20dB/十倍频程-45/十倍频程90°45°0°高通幅度响应高通相位响应20lg︱AVo︱︱AV︱/dB0f/Hzf/HzL增益的频率函数电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路高通电路与低通电路的波特图电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路在研究放大电路的频率时，在高频情况下，必须考虑BJT的结电容。集电极电流与基极电流不再成比例，也不同相，而是频率的函数。BJT的H参数模型用于解决低频问题，已不再适用于高频情形，需要建立BJT的高频小信号模型。3.7.2BJT的高频小信号模型电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路密勒等效电路ZI2·I1·231N0V2·V1·(a)含有N+1个结点的网络231N(b)经过密勒变换后的电路I1·I2·Z1Z20图中，由结点1流出通过Z的电流可由下式得出：I1·Z1-K·Z1=I1·V2·V1·=ZZKV1··V1·=Z=V1(1-K)··Z1V1·=V1·Z1-K·=密勒定理：一个含有N+1个结点的网络如图(a)，其中结点0为参考点，即为零电位点。在结点1和结点2之间有一阻抗Z，结点1与结点2对参考结点的电压分别为V1和V2，设两结点的电压之比为··K=V2·V1··电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路I2·V1·V2·=ZZ=V2(1-1/K)··Z2V2·=ZV2·1-1/K·=同理：时，当由上分析可知：K=V2·V1··Z1-K·Z1=Z2=Z1-1/K·说明由结点1流出通过Z的电流等于由结点1流出通过Z1到达参考点0的电流。I1·说明由结点2流出通过Z的电流I2等于由结点2流出通过Z2到达参考点0的电流。晶体管结构示意图及混合π模型电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路根据密勒定理，高频小信号等效电路可化简为：电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路BJT的频率参数―的频率响应BJT的频率参数用于描述管子对不同频率信号的放大能力。常用的频率参数有共射极截止频率与特征频率T等。在信号频率不高时，我们把BJT的共射极电流放大系数看作常数；但当信号频率较高时，实际上是频率的函数，而在直流或低频时的共射电流放大系数则是一个常数，用o表示。当=时，=0.707o当=T时，=1电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路sjb:Jgoigjhvl[plsjb:β的波特图电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路3.7.3共射放大电路的频率响应利用混合型等效电路分析共射放大电路的频率响应,可以按低频段，中频段，高频段三部分分别进行，然后将三段的结果组合起来就得到电路的频率响应。单管共射放大电路及其等效电路电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路1.共射极放大电路的中频响应单管共射放大电路的中频等效电路在中频区，XC=1/wc，由于C的容量较大，则XC较小，可视为短路；而并联的结电容容量很小、容抗很大，可视为开路，。此电路不存在受频率影响的元件和参数，电压增益是个实数，与信号频率无关，频率特性平坦。前面讲的微变等效电路及电路增益的计算均是指中频区的情况。电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路2.共射极放大电路的低频响应在低频区，耦合电容C容量较大，不能再视为短路；而并联的结电容，容抗很大，仍可视为开路。可求出低频放大倍数；将输出回路变为戴维南等效电路形式，可求出下限截止频率。（a）低频等效电路(b)输出回路的等效电路电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路3.共射极放大电路的高频响应(a)高频等效电路(b)输入回路的等效电路在高频区，耦合电容C容量较大，可视为短路；而并联的结电容，不可视为开路。可求出高频放大倍数；将输入回路变为戴维南等效电路形式，可求出下限截止频率。电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路单管共射放大电路的波特图将中低高频区分别画出的波特图综合起来就构成了共发射极电路完整的频率响应。如下图所示：电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路3.7.5多极放大电路的频率响应多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄。当两级增益和频带均相同时，则单级的上下限频率处的增益为0.707AVM1·两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽。··AVM10.707AVM10.707A2VM10.5A2VM1A2VM1H1L1LHf（对数刻度）(0.707AVM1)2≈0.5A2VM1电子信息工程系厚德博学求实创新@2006SmartCom模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路两级放大电路的波特图作业：3.7.13.7.2