晶体管放大及基础 (4)

上页下页返回模拟电子技术基础2.8放大电路的频率特性2.8.1频率响应和频率失真频率响应——放大电路输入幅度相同的正弦波信号时，输出信号的幅度与相位随信号频率变化而变化的特性。频率失真——放大电路对不同频率的输入信号，不同有的放大能力和相移，而使输出信号产生的失真。频率失真也称为线性失真。上页下页返回模拟电子技术基础输出信号二次谐波基波二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波幅度失真相位失真相位失真幅度失真频率失真分为频率失真说明图假定输入信号由基波和二次谐波组成上页下页返回模拟电子技术基础2.8.2放大电路的频率响应和瞬态响应1．频率响应频域法——在频率范畴内研究频率特性的方法，或称稳态法。幅频、相频特性曲线。描述频率特性的参数fL、fH、fbwfLfHffbw·90_o180_o225_o270_o135_ofbwfφ描述频率特性的方法上页下页返回模拟电子技术基础2．瞬态响应瞬态法——通过分析研究放大电路瞬态响应，研究放大电路的频率特性的方法。瞬态响应——将一单位阶跃信号加到放大电路的输入端，观察输出信号随时间变化的情况。0输出电压波形01输入阶跃信号上页下页返回模拟电子技术基础trfH≈0.35δ=2πfLtp×100%a.tr与fH的关系上升时间tr描述失真的参数b.δ与fL的关系平顶降落率δ%)100(ompomUUU0上页下页返回模拟电子技术基础2.8.3晶体管的高频特性1．晶体管的高频模型JCJE+–上页下页返回模拟电子技术基础基区体电阻发射区体电阻集电区体电阻发射结电阻集电结电阻C、E极间电阻+–上页下页返回模拟电子技术基础发射结电容集电结电容C、E极间电容+–上页下页返回模拟电子技术基础压控电流源+–上页下页返回模拟电子技术基础晶体管混合π型等效模型电路模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础通常re、rc很小，rce、很大，均可以忽略。ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础简化的混合π型等效模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础低频混合π型等效电路ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础晶体管混合π型低频等效电路与微变等效电路π型低频等效电路微变等效电路两者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础故有为晶体管低频电流放大系数其中π型低频等效电路微变等效电路两者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础gm的物理意义常数CEEB'Cmdduuig表示晶体管的发射结电压对管子集电极电流的控制能力，称为跨导。eb'U·cI·定义ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础等效电路˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙对密勒等效上页下页返回模拟电子技术基础图中)1(cb'MACC·)11(cbceACC·式中eb'ceeb'ceUUUUA···ec+_+_+_˙˙˙˙˙上页下页返回模拟电子技术基础2．晶体管的高频特性和高频参数由描述晶体管特性的H参数方程(1)晶体管电流放大倍数·得0bcceUII····ceerbiebeHHUIU····ceoebcHUII·····由上式可画出求的等效电路·上页下页返回模拟电子技术基础由图可知)(jcbebeb1ebbCCrUI˙˙)j(cbebmebcCUgUI˙˙˙因很小,mebcgUI˙˙0bcceUII····˙由画出求的等效电路ec+_˙˙+_˙+˙_˙˙上页下页返回模拟电子技术基础)(j1cbebebebmCCrrg)(j1cbebeb0CCr0bcceUII····)(jcbebeb1ebmebCCrUgU˙˙由以上各式得上页下页返回模拟电子技术基础)(j1cb'eb'eb'0CCr˙即)(1cb'eb'eb'CCr令)(π21cb'eb'eb'CCrf或得ffj10˙上页下页返回模拟电子技术基础ffarctan由ffj10˙得的幅频特性˙20)(1ff˙相频特性a.画的幅频特性曲线˙上页下页返回模拟电子技术基础20)(1ff˙将上式表示为20)(1lg20lg20lg20ff˙在坐标系中表示一条直线。式中,˙——上页下页返回模拟电子技术基础0˙0lg20lg20˙上页下页返回模拟电子技术基础20)(1lg20lg20lg20ff˙对于式中的当时(a)故式在˙——表示的一条直线。坐标系中，上页下页返回模拟电子技术基础当时(b)故式表示一条斜率为-20dB/十倍频的直线。˙——在坐标系中上页下页返回模拟电子技术基础2)(1lg20lg20ff˙由此可知，式0˙的图形是由横轴与斜率为–20dB/十倍频的直线合成的曲线。上页下页返回模拟电子技术基础的图形是由直线综上所述20)(1lg20lg20lg20ff˙0lg20lg20˙2)(1lg20lg20ff˙及曲线合成的。上页下页返回模拟电子技术基础0˙0˙上页下页返回模拟电子技术基础0˙这种图形称为波特图上页下页返回模拟电子技术基础当ff时即实际值比小3dB2lg20lg2003lg20020)(1lg20lg20lg20ff˙上页下页返回模拟电子技术基础0˙实际的幅频曲线上页下页返回模拟电子技术基础fβ称为晶体管的共射极截止频率由可知20)(1ff˙当f=fβ时20˙b.画相频特性曲线上页下页返回模拟电子技术基础ffarctan由相频特性知当ff(实际只要f0.1f)时0当ff(实际只要f10f)时2π当f=f时4π实际上当f=0.1f或f=10f时7.57.590或上页下页返回模拟电子技术基础画出的相频特性˙十倍频上页下页返回模拟电子技术基础(2)晶体管特征频率fT当f=fT时，1˙ffT由于定义ff0T故2T011ff即上页下页返回模拟电子技术基础fT是衡量晶体管高频特性的最常用指标)(π21cbebebCCrf由ebcbeb00T)(π2rCCff得f和fT都与晶体管的静态工作点有关)(π2cbebmCCg上页下页返回模拟电子技术基础(3)晶体管电流放大倍数=(f)·可以证明式中0——晶体管共基极低频电流放大系数f——晶体管共基极截止频率ffj10·上页下页返回模拟电子技术基础晶体管共基极截止频率ff)1(01由与的关系通常将的晶体管称为高频管MHz3f将的晶体管称为低频管MHz3f将代入上式，得ffj10˙上页下页返回模拟电子技术基础晶体管共基极截止频率ff)1(0特征频率ff0Tfβ、fT和f之间的关系为fffT(4)fβ、fT和f的关系上页下页返回模拟电子技术基础2.8.4单管共射极放大电路的频率响应单管共射极放大电路电路中存在的电容a.耦合电容、旁路电容。b.结电容、极间电容、分布电容及负载电容等。+_T+_++++_···上页下页返回模拟电子技术基础放大电路频率响应的分析方法a.将放大电路分为中频、低频和高频三个工作区域。b.分别画出三个区域的微变等效电路。c.分别写出电路在三个区域频率响应的表达式。d.求出相应的参数Aum、fH和fL。e.画出幅频和相频特性曲线。上页下页返回模拟电子技术基础不同电容对电路性能的影响a.耦合电容、旁路电容较大，主要影响电路的低频性能。b.结电容、极间电容及分布电容等很小，主要影响电路的高频性能。+_T+_++++_···上页下页返回模拟电子技术基础画各个区域等效电路的原则a.低频区考虑耦合电容、旁路电容的作用。结电容、极间电容及分布电容视为开路。b.中频区耦合电容、旁路电容视为短路。结电容、极间电容及分布电容视为开路。+_T+_++++_···上页下页返回模拟电子技术基础c.高频区耦合电容、旁路电容视为短路。考虑结电容、极间电容及分布电容的作用。+_T+_++++_···上页下页返回模拟电子技术基础1．中频区的频率响应中频区微变等效电路sUoUCRLRbIberb0IcISRiU······BR+_T+_++++_···上页下页返回模拟电子技术基础忽略RBsUoUCRLRbIberb0IcISRiU······BRsUoUCRLRbIberb0IcISRiU······对电路进行简化上页下页返回模拟电子技术基础180beSL0rRR电压放大倍数iomUUAu···beL0rRbeL0beSberRrRrsomsUUAu···iosiUUUU····msuA·sUoUCRLRbIberb0IcISRiU······可见,|Aums|及均与频率f无关。·上页下页返回模拟电子技术基础2．低频区的频率响应和下限截止频率低频区微变等效电路+_T+_++++_···sUoUCRLRberb0ISRiU·····EREC1C2CbecbIcI·BR上页下页返回模拟电子技术基础忽略RBsUoUCRLRberb0ISRiU·····EREC1C2CbecbIcI·BRsUCRLRberb0ISRiU·····EREC1C2CbecbIcI·oU对电路进行简化与等效上页下页返回模拟电子技术基础忽略RE(因RE1/LCE)sUCRLRberb0ISRiU·····EREC1C2CbecbIcI·oUsUCRLRberb0ISRiU·····EC1C2CbecbIcI·oU上页下页返回模拟电子技术基础将CE等效到输入回路sUCRLRberb0ISRiU·····0E1C1C2CbecbIcI·oUsUCRLRberb0ISRiU·····EC1C2CbecbIcI·oU上页下页返回模拟电子技术基础将电流源转换为电压源sUCRLRberb0ISRiU·····0E1C1C2CbecbIcI·oUCRsUCRLRberb0ISRiU·····0E1C1C2CbecbIcI·oU上页下页返回模拟电子技术基础将输入回路电容合并图中sUCRLRberb0ISRiU·····1C2CbecbIcI·oUCRsUCRLRberb0ISRiU·····0E1C1C2CbecbIcI·oUCR上页下页返回模拟电子技术基础在输出回路LcoRIU··2CLCb0cj1CRRRII··故···sUCRLRberb0ISRiU·····1C2CbecbIcI·oUCR上页下页返回模拟电子技术基础在输入回路1beSsbj1CrRUI··1beSsbeS)(j111CrRUrR·sUCRLRberb0ISRiU·····1C2CbecbIcI·oUCR上页下页返回模拟电子技术基础得低频区放大电路电压放大倍数由··1beSsbeSb)(111CrRjUrRI··2LC1beSbeSL0soLs)(1j11)(1j11CRRCrRrRRUUAu···上页下页返回模拟电子技术基础上式中，令、分别为输入、输出回路的时间常数。sUCRLRberb0ISRiU·····1C2CbecbI