晶體管放大電路的高頻響應(yīng)

1、5.5 5.5 晶體管放大電路的高頻響應(yīng)晶體管放大電路的高頻響應(yīng) 共射共射( (共源共源) )放大電路放大電路的帶寬由于的帶寬由于MillerMiller效應(yīng)而減小。效應(yīng)而減小。要想增加帶寬，就應(yīng)該減小或消除要想增加帶寬，就應(yīng)該減小或消除MillerMiller效應(yīng)。效應(yīng)。 本節(jié)將討論的本節(jié)將討論的共基（共柵）放大電路共基（共柵）放大電路能減小或消除能減小或消除MillerMiller效應(yīng)。效應(yīng)。 本節(jié)還會(huì)討論本節(jié)還會(huì)討論射極（源極）跟隨器射極（源極）跟隨器的高頻響應(yīng)。的高頻響應(yīng)。5.5.1 共基放大器的高頻響應(yīng)共基放大器的高頻響應(yīng)圖圖5.20 5.20 共基極放大電路共基極放大電路圖圖5.2

2、1 5.21 高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路當(dāng)當(dāng) 1/ R Rs s/R/RE E/r/rb bee時(shí)時(shí) 這樣，輸入回路和輸出回路的等效電路分別如圖這樣，輸入回路和輸出回路的等效電路分別如圖5.23（a）、5.23(b)所示。所示。1Z1mg2ZsI b ej CsI1()/mSmsEb egRgRRrsV5.23(a)5.23(b)求求 決定的上轉(zhuǎn)折頻率決定的上轉(zhuǎn)折頻率 b eC求求 和和 決定的上轉(zhuǎn)折頻率決定的上轉(zhuǎn)折頻率 b cCLC11111(/)1122 (/)mmHsEb eb egHHsEb eb egRRrCfRRrC222(/)()1122 (/)()HcLb cLHHc

3、Lb cLRRCCfRRCC對(duì)圖對(duì)圖5.22，用網(wǎng)孔分析法或節(jié)點(diǎn)法可得到電壓增益函數(shù)，用網(wǎng)孔分析法或節(jié)點(diǎn)法可得到電壓增益函數(shù): :(/)( )mCLSgRRA sR11(/)CLb cs RR C1111mb eSEb egsCRRr例例5.9目的：求共基極放大器的上轉(zhuǎn)折頻率。目的：求共基極放大器的上轉(zhuǎn)折頻率。電路如圖電路如圖5.20所示，電路參數(shù)為所示，電路參數(shù)為V V+ +=5V，V V- -5V，R Rs s0.1k，R R1 140k，R R2 25.72k，R RE E0.5k，R Rc c5k，R RL L10k，C CL L15pF。晶體管。晶體管參數(shù)為參數(shù)為 150，V VBE

4、BE(on)=0.7V，V VA A ，C Cb bee35pF，C Cb bcc4pF。求該放大器的上轉(zhuǎn)折頻率求該放大器的上轉(zhuǎn)折頻率 。 Hf解：由直流分析可得解：由直流分析可得I ICQCQ=1.02mA，g gm m39.2mA/V，r rb bee3.82k。由由 決定的上轉(zhuǎn)折頻率為決定的上轉(zhuǎn)折頻率為 b eC1112342 (/)mHsEb eb egfMHzRRrC由由C Cb bcc和和C CL L決定的上轉(zhuǎn)折頻率為決定的上轉(zhuǎn)折頻率為212.512 (/)()HcLb cLfMHzRRCC（主極點(diǎn)頻率）（主極點(diǎn)頻率）如果沒有負(fù)載電容如果沒有負(fù)載電容C CL L，則，則 2111.

5、942 (/)()HcLb cfMHzRRC說明說明：共基放大電路的上轉(zhuǎn)折頻率：共基放大電路的上轉(zhuǎn)折頻率f fH H由由C Cb bcc決定。決定。 從原理上看，因?yàn)楣不鶚O放大器沒有從原理上看，因?yàn)楣不鶚O放大器沒有Miller效應(yīng)，所以它效應(yīng)，所以它的上轉(zhuǎn)折頻率一般比共射極電路要高。的上轉(zhuǎn)折頻率一般比共射極電路要高。 圖圖5.24是一個(gè)共射共基兩級(jí)放大電路。輸入信號(hào)從共射極電是一個(gè)共射共基兩級(jí)放大電路。輸入信號(hào)從共射極電路（路（Q Q1 1）輸入，）輸入，Q Q1 1的輸出信號(hào)作為共基極電路（的輸出信號(hào)作為共基極電路（Q Q2 2）的輸入信號(hào)。）的輸入信號(hào)。Q Q2 2的輸入阻抗很小，作為的輸

6、入阻抗很小，作為Q Q1 1的負(fù)載，從而大大降低了的的負(fù)載，從而大大降低了的Miller效應(yīng)效應(yīng)見式（見式（5.29），即大大減小了，即大大減小了Miller電容電容C CM M，從而提高了共射極電，從而提高了共射極電路的帶寬。路的帶寬。 圖圖5.24 共射共射共基電路共基電路 圖圖5.25是一個(gè)帶負(fù)載的射極跟隨器。其高頻小信號(hào)等效電路如是一個(gè)帶負(fù)載的射極跟隨器。其高頻小信號(hào)等效電路如圖圖5.26所示（忽略所示（忽略R Rbbbb）。圖）。圖5.26中，中，R RB BR R1 1/R2，R RL LR RE E/RL。5.5.2 射極跟隨器的高頻響應(yīng)射極跟隨器的高頻響應(yīng)圖圖5.25 射極跟隨

7、器射極跟隨器圖圖5.26 高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路用網(wǎng)孔分析法或節(jié)點(diǎn)分析法可求得（忽略用網(wǎng)孔分析法或節(jié)點(diǎn)分析法可求得（忽略C CL L）：）：( )osVA sVBSBRRR11(/)SBb cs RRC111mb eb emb eLb egsCrgsCRr11(/)SBb cpRRC 2111()mb eLb epgCRr (5.42)兩個(gè)極點(diǎn)：兩個(gè)極點(diǎn)：一個(gè)零點(diǎn)：一個(gè)零點(diǎn)：11()mb eb ezgCr （5.43)(5.44)(5.45) 例例5.10目的：求射極跟隨器的上轉(zhuǎn)折頻率。目的：求射極跟隨器的上轉(zhuǎn)折頻率。電路如圖電路如圖5.25所示。電路參數(shù)為所示。電路參數(shù)為V V

8、+ +=5V，V V- -5V，R Rs s0.1k，R R1 140k，R R2 25.72k，R RE E0.5k，R RL L10k。晶體管參數(shù)為。晶體管參數(shù)為 150，V VBEBE(on)=0.7V，V VA A ，C Cb bee35pF，C Cb bcc4pF，求該電路的上轉(zhuǎn)折頻率。，求該電路的上轉(zhuǎn)折頻率。 解：由例解：由例5.95.9可知可知I ICQCQ=1.02mA，g gm m39.2mA/V，r rb bee3.82k。1113982 (/)2HsBb csb cfMHzRR CRC2111111()() 18922Hmmb eLb eb eEb efggMHzCRrC

9、Rr由式（由式（5.43）可得）可得由式（由式（5.44）可得）可得由式（由式（5.45）可得）可得11()1792zmb eb efgMHzCr由于零點(diǎn)和極點(diǎn)非常接近，它們可以近似抵消。所以由于零點(diǎn)和極點(diǎn)非常接近，它們可以近似抵消。所以f fH H=f=fH1H1=398MHz=398MHz 說明說明：1 1）射極跟隨器的帶寬遠(yuǎn)高于共射和共基放大電路，屬于寬帶電路。射極跟隨器的帶寬遠(yuǎn)高于共射和共基放大電路，屬于寬帶電路。 2 2）由于零點(diǎn)的絕對(duì)值比極點(diǎn)的絕對(duì)值還小，所以用開路時(shí)間常數(shù)）由于零點(diǎn)的絕對(duì)值比極點(diǎn)的絕對(duì)值還小，所以用開路時(shí)間常數(shù)法（若不考慮零點(diǎn)）來計(jì)算上轉(zhuǎn)折頻率會(huì)不可靠。法（若不考

10、慮零點(diǎn)）來計(jì)算上轉(zhuǎn)折頻率會(huì)不可靠。3）若考慮負(fù)載電容若考慮負(fù)載電容C CL L，由式（，由式（5.43）、式（）、式（5.44）和式（）和式（5.45）可）可知，它只會(huì)影響其中一個(gè)極點(diǎn)知，它只會(huì)影響其中一個(gè)極點(diǎn)p p2 2，式（，式（5.44）變?yōu)椋┳優(yōu)?111()mb eLLb epgCCRr 若若C CL L15pF，則，則f fH2H2=132MHz;=132MHz; 若若C CL L150pF，則，則f fH2H2=35.8MHz=35.8MHz。此時(shí)，此時(shí)，f fH2H2為主極點(diǎn)頻率，射極跟隨器的上轉(zhuǎn)折頻率為為主極點(diǎn)頻率，射極跟隨器的上轉(zhuǎn)折頻率為35.8MHz，仍然比較高，這說明仍然

11、比較高，這說明射極跟隨器的帶負(fù)載能力比較強(qiáng)射極跟隨器的帶負(fù)載能力比較強(qiáng)。 5.6 5.6 多級(jí)放大器的轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法多級(jí)放大器的轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法 對(duì)對(duì)n級(jí)放大器，設(shè)各單級(jí)放大器（考慮了后級(jí)對(duì)前級(jí)的負(fù)載效級(jí)放大器，設(shè)各單級(jí)放大器（考慮了后級(jí)對(duì)前級(jí)的負(fù)載效應(yīng)后）的上、下轉(zhuǎn)折頻率分別為應(yīng)后）的上、下轉(zhuǎn)折頻率分別為f fL1L1、f fL2L2、f fLnLn和和f fH1H1、f fH2H2、 f fHnHn。下面分三種情況討論多級(jí)放大器的上、下轉(zhuǎn)折頻率的估算方法。下面分三種情況討論多級(jí)放大器的上、下轉(zhuǎn)折頻率的估算方法。1如果如果f fL1L1、f fL2L2、f fLnLn中最大的（如中最大

12、的（如f fL1L1）比其它大很多（如）比其它大很多（如4倍以上），則倍以上），則總的下轉(zhuǎn)折頻率近似等于該最大的單級(jí)下轉(zhuǎn)折頻率，即總的下轉(zhuǎn)折頻率近似等于該最大的單級(jí)下轉(zhuǎn)折頻率，即f fL L=f=fL1L1。 類似地，如果類似地，如果f fH1H1、f fH2H2、 f fHnHn中最小的（如中最小的（如f fH1H1）比其他小很多（如）比其他小很多（如4倍以倍以上），則總的上轉(zhuǎn)折頻率近似等于該最小的單級(jí)下轉(zhuǎn)折頻率，即上），則總的上轉(zhuǎn)折頻率近似等于該最小的單級(jí)下轉(zhuǎn)折頻率，即f fH H=f=fH1H1 . .2若各單級(jí)放大器存在主極點(diǎn)且零點(diǎn)與極點(diǎn)相差很大（如小于下轉(zhuǎn)折頻率或大若各單級(jí)放大器存在

13、主極點(diǎn)且零點(diǎn)與極點(diǎn)相差很大（如小于下轉(zhuǎn)折頻率或大于上轉(zhuǎn)折頻率于上轉(zhuǎn)折頻率4倍以上），且各單級(jí)放大器的上、下轉(zhuǎn)折頻率相同，則倍以上），且各單級(jí)放大器的上、下轉(zhuǎn)折頻率相同，則111121; /21 nnHHLLffff當(dāng)當(dāng)n=3n=3時(shí)，時(shí)，f fH H=0.51f=0.51fH1H1;f;fL L=1.96f=1.96fL1L1。3.3.若不滿足以上條件，則轉(zhuǎn)折頻率需要借助計(jì)算機(jī)軟件或硬件系統(tǒng)或系統(tǒng)函若不滿足以上條件，則轉(zhuǎn)折頻率需要借助計(jì)算機(jī)軟件或硬件系統(tǒng)或系統(tǒng)函數(shù)來獲取。數(shù)來獲取。5.7 5.7 小小 結(jié)結(jié)1 1、放大電路的頻率響應(yīng)、放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)中頻增益中頻增益轉(zhuǎn)折頻率轉(zhuǎn)

14、折頻率上轉(zhuǎn)折頻率上轉(zhuǎn)折頻率f fH H下轉(zhuǎn)折頻率下轉(zhuǎn)折頻率f fL L帶寬帶寬f fBWBW=f=fH H-f-fL LffH H2 2、轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法、轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法轉(zhuǎn)折頻率的計(jì)算方法增益函數(shù)法增益函數(shù)法時(shí)間常數(shù)法時(shí)間常數(shù)法A AM MF FL L(s)(s)F FH H(s)(s)f fL Lf fH H短路時(shí)間常數(shù)法短路時(shí)間常數(shù)法開路時(shí)間常數(shù)法開路時(shí)間常數(shù)法f fL Lf fH H注意注意：1 1）零點(diǎn)與極點(diǎn)對(duì)消的可能性）零點(diǎn)與極點(diǎn)對(duì)消的可能性 2 2）利用主極點(diǎn)的概念簡化分析）利用主極點(diǎn)的概念簡化分析3 3、基本單級(jí)放大器的帶寬比較、基本單級(jí)放大器的帶寬比較射極跟隨器射極跟隨器共基放大器共基放大器共射放大器共射放大器 注意：注意：增益帶寬積為常數(shù)增益帶寬積為常數(shù)（靜態(tài)工作點(diǎn)一定）（靜態(tài)工作點(diǎn)一定）4 4、單級(jí)放大器中各電容對(duì)帶寬（轉(zhuǎn)折頻率）的影響、單級(jí)放大器中各電容對(duì)帶寬（轉(zhuǎn)折頻率）的影響1 1）外電容影響）外電容影響f fL L。旁路電