模电课件--清华大学--华成英--5-放大电路的频率响应

华成英[e-mail]第五章放大电路的频率响应华成英[e-mail]第五章放大电路的频率响应§5.1频率响应的有关概念§5.2晶体管的高频等效电路§5.3放大电路的频率响应华成英[e-mail]§5.1频率响应的有关概念一、本章要研究的问题二、高通电路和低通电路三、放大电路中的频率参数华成英[e-mail]一、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。华成英[e-mail]二、高通电路和低通电路。超前，时；，当超前9000iooioUUUfUUUi.I.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使输出电压幅值下降到70.7%，相位为±45º的信号频率为截止频率。Ui.Uo.I.1.高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。华成英[e-mail]三、放大电路中的频率参数在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率LHbwfff结电容华成英[e-mail]§5.2晶体管的高频等效电路一、混合π模型二、电流放大倍数的频率响应三、晶体管的频率参数华成英[e-mail]1.模型的建立：由结构而建立，形状像Π，参数量纲各不相同。gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。阻值小阻值大连接了输入回路和输出回路一、混合π模型华成英[e-mail]2.混合π模型的单向化（使信号单向传递）'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgkXUkXUUICCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变华成英[e-mail]3.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？如何得到模型中的参数？为什么不考虑''μC＝？华成英[e-mail]二、电流放大倍数的频率响应CEbcUIIμπ'π'Lm0CCCRgk所以，因为)(π21j1)](j1[μπeb'0μπeb'eb'eb'mCCrfffCCrUUg为什么短路？1.适于频率从0至无穷大的表达式华成英[e-mail]2.电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg)(1j1－-900-45707.020000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo华成英[e-mail]3.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华成英[e-mail]三、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。手册查得华成英[e-mail]讨论一1.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lgf华成英[e-mail]讨论二电路如图。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。华成英[e-mail]清华大学华成英[e-mail]讨论二eb'mCQrgI、'μLcmobμ)(CRRgCC、、、πeb'obμ)(CrCCf、、'ππ'μCCC华成英[e-mail]§5.3放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应二、多级放大电路的频率响应华成英[e-mail]一、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开路。'πC华成英[e-mail]1.中频电压放大倍数eb'oieb'sisosmUUUUUUUUAu)]([Lcmbeeb'isismRRgrrRRRAu∥带负载时：)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu空载时：华成英[e-mail]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.CRLsURs华成英[e-mail]2.低频电压放大倍数：定量分析j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu＋)(π21j1)j()(j1LcLLLsmLsmslRRfffffAffAAuuuC所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs华成英[e-mail]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/十倍频华成英[e-mail]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华成英[e-mail])(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华成英[e-mail]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H2Hmsharctan180)(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg2010shHuAfff。，时，-2700shuAf；时，smshHlg20lg20uuAAff华成英[e-mail]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：华成英[e-mail]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。华成英[e-mail]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。约为常量根据华成英[e-mail]二、多级放大电路的频率响应1.讨论：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！华成英[e-mail]2.多级放大电路的频率响应与各级的关系),,2,1(bwbwHHLLnkffffffkkk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为修正系数华成英[e-mail]讨论一1.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？华成英[e-mail]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、C