模拟电路第3章 放大电路频率响应

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23.1频率响应的一般概念由于放大电路中耦合电容、半导体器件极间电容的存在，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——放大倍数的大小与频率的关系。——放大倍数的相位与频率的关系。3典型的单管共射RC耦合放大电路的幅频特性和相频特性图3.1.1uAOffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270ºf0beLiorRUUAum-中频段电压放大倍数:0180-beLrRAum43.1.2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-fL53.1.3频率失真图3.1.2频率失真(a)幅频失真(b)相频失真63.1.4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（1）横坐标表示频率,10倍频为一刻度单位（对数坐标）。优点：（1）可将坐标压缩，拓宽视野。注意：相频特性的纵坐标是相角，不取对数。（2）纵坐标是的对数——,单位：分贝（dB)。uAlg20uA（2）对多级放大器可将的乘法计算变为加法计算。uA7一、RC高通电路的波特图+_+_CRiUOU图3.1.3RC高通电路RCCRRUUAuj111j1iO令：LL2121RCfffAuLLj11j111-2L11ffAu模：　)(arctanLff相角：3.1.5高通电路和低通电路82L11ffAu2L1lg20lg20-ffAu则有：dB020lgLuAff时，　当LLLlg20lg20lg20ffffAffu-时，　当dB32lg20lg20L--uAff时，　当当f增加10倍20lg2010lg20lg2010lg20lg20LLLffffffAu9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2L1lg20lg20-ffAu2L11ffAu10对数相频特性图3.1.4(b)相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL10fL45º90º0f误差由式可得，)(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，ffffff115.71º-45º/十倍频fL0.1fL10fL45º90º0f误差5.71º0,11LuAff时，）（0.1fLfL10fLfdB/lg20uA0-20-403dB20dB/十倍频信号顺利通过，即高通。45,707.02LuAff时，）（输出超前输入450。90,3L很小时，）（uAff输出超前输入900。信号几乎不能通过。12二、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13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。143.2三极管的频率参数三极管与频率的关系：f：为值下降至时的频率。0210：低频共射交流电流放大系数；ffj10-ffffarctan120；15201lg20lg20lg20-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-90º-ffarctan163.2.1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。fTfdB/lg20Of120ff173.2.2特征频率fT值降为1时的频率叫特征频率。1ffT时，，三极管失去放大作用；ffT时，由式；112T0ff得：ff0TfTfdB/lg20Of183.2.3共基截止频率f值下降为低频0时的0.707时的频率。ffj1019f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(1000020说明：ff)1(01.fT、f比f高很多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。ff0T213.3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。C1：对中频、高频看成短路；极间电容：对低频、中频看成开路。22典型的单管共射RC耦合放大电路的幅频特性和相频特性图3.1.1uAOffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270ºf0233.3.1混合型等效电路一、混合型等效电路—高频等效图3.3.2混合型等效电路(a)三极管结构示意图(b)等效电路b++bIebUcIbeUebrceUebmUgebCcbCbbrbcecbebbrebrbcbrebmUgcbCebCcer24二、混合参数与h参数的关系低频、中频时，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3.3.3混合参数与h参数之间的关系通过对比可得EQbbbeebbb26)1(Irrrr25EQbbbeebbb26)1(Irrrr则EQbbbeeb26)1(Irrr-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；grr26三、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！27b++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3.3.5单向化的混合型等效电路其中：ebceUUK电容值分别为：cbcb1)1(--CKKCK；cbeb)1(-CKCC的并联值与等效电容是cbeb)1(-CKCCbbIcIebrebmUgbbrbce++beUebUceUCcb1-CKK283.3.2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应图3.3.6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。29一、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3.3.7中频段等效电路（与58页图2.4.12相同）bebrebmUgbbrbce+RbsU~-+++RcRsebmUgebUoUiU由图可得bebisbeebisieb//rRRUrrRRRU式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU--302.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。becmrRUUAiu-0对Ui的放大倍数可令Rs=0得到：此式是对信号源的放大倍数31二、低频段考虑隔直电容C1的作用，其等效电路：图3.3.8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//rbe与图3.3.7相比多电容C132sbeeb1isisisbeeb1isieb)(j11j1UrrCRRRRRUrrCRRRU输出电压s1iscmbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU--低频电压放大倍数1issmsosL)(j111CRRAUUAuu33低频时间常数为：1isL)(CRR下限(-3dB)频率为：1isLL)(2121CRRf则9.3.3j11smsLffAALuu-注意：ffAUUALuiuj11m0L-其中：1iL21CRf式中含中频电压放大倍数及RC高通电路放大倍数34三、高频段C1短路处理，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ebmUgce+sU~-++RcoUebURC)//(//bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRU可忽略输出回路的结电容,并对输入回路用戴维南定理简化。式中Ri=Rb//rbe35ebm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scmbeebisicebmoj11UCR