模擬電子技術(shù) 第五章 放大電路的頻率響應(yīng)

1、第五章第五章 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)5.15.1頻率響應(yīng)概述頻率響應(yīng)概述5.25.2晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型5.35.3場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型5.45.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)5.55.5多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.15.1頻率相應(yīng)概述頻率相應(yīng)概述5.1.1 5.1.1 頻率響應(yīng)問題的提出頻率響應(yīng)問題的提出1. 線性失真的基本概念線性失真的基本概念 放大器在小信號(hào)運(yùn)用時(shí)放大器在小信號(hào)運(yùn)用時(shí), 只要選擇合適的工作狀態(tài)只要選擇合適的工作狀態(tài), 就不會(huì)就不會(huì)產(chǎn)生明顯的非線性失

2、真產(chǎn)生明顯的非線性失真, 可以認(rèn)為是一線性系統(tǒng)。在線性系統(tǒng)中可以認(rèn)為是一線性系統(tǒng)。在線性系統(tǒng)中放大單一頻率的信號(hào)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生失真放大單一頻率的信號(hào)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生失真, 但我們遇到的信號(hào)通常都但我們遇到的信號(hào)通常都具有一定的頻率范圍具有一定的頻率范圍, 如測(cè)量?jī)x表中放大器的信號(hào)、廣播中的語如測(cè)量?jī)x表中放大器的信號(hào)、廣播中的語音信號(hào)、電視中的圖像信號(hào)和伴音信號(hào)等音信號(hào)、電視中的圖像信號(hào)和伴音信號(hào)等, 都含有豐富的頻率成都含有豐富的頻率成分。放大此類信號(hào)時(shí)分。放大此類信號(hào)時(shí), 由于放大電路中一般存在電抗元件由于放大電路中一般存在電抗元件(如電如電容、電感容、電感), 導(dǎo)致輸出電壓不能重現(xiàn)輸入電壓的波形導(dǎo)致

3、輸出電壓不能重現(xiàn)輸入電壓的波形, 即即放大器產(chǎn)放大器產(chǎn)生了失真生了失真, 這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 將一個(gè)幅度為將一個(gè)幅度為 1 個(gè)電壓?jiǎn)挝坏闹芷谛跃貍€(gè)電壓?jiǎn)挝坏闹芷谛跃匦尾妷盒尾妷簎i(t)加到由電容器加到由電容器C(0.1F)和電阻和電阻R(1k)組成的線性電路輸入端，則通過示組成的線性電路輸入端，則通過示波器觀察到輸出端的電壓波形波器觀察到輸出端的電壓波形uo(t)成了尖頂成了尖頂脈沖。脈沖。舉例說明：舉例說明： 矩形波通過線性電路產(chǎn)生的線性失真矩形波通過線性電路產(chǎn)生的線性失真 RC電路既然是電路

4、既然是線性電路，就線性電路，就不會(huì)產(chǎn)生非線不會(huì)產(chǎn)生非線性失真，那么性失真，那么為什么矩形波為什么矩形波通過該電路會(huì)通過該電路會(huì)變成尖頂脈沖變成尖頂脈沖呢呢?電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院矩形波中含有許多頻率成分，可用傅氏級(jí)數(shù)分解為矩形波中含有許多頻率成分，可用傅氏級(jí)數(shù)分解為:55sin33sinsin221)(ttttui 說明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次諧波所組成。運(yùn)用疊加原理說明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次諧波所組成。運(yùn)用疊加原理將直流成分、基波、三次、五次等奇次諧波分量分別作用于將直流成分、基波、三次、五次等奇次諧波分量分別作用于RC電路的輸電路的輸入端。由于電容入端。

5、由于電容C的存在的存在, 它對(duì)不同頻率呈現(xiàn)不同的容抗。因而它對(duì)不同頻率呈現(xiàn)不同的容抗。因而, ui(t)中的中的各個(gè)頻率成分通過各個(gè)頻率成分通過RC電路時(shí)電路時(shí), 不僅傳輸系數(shù)幅值不同不僅傳輸系數(shù)幅值不同, 而且延遲時(shí)間也不而且延遲時(shí)間也不同同, 從而使輸出波形產(chǎn)生了畸變從而使輸出波形產(chǎn)生了畸變, 即即線性失真線性失真。線性失真和非線性失真都能線性失真和非線性失真都能使輸出波形產(chǎn)生畸變使輸出波形產(chǎn)生畸變, 但是前者不產(chǎn)生新的頻率分量但是前者不產(chǎn)生新的頻率分量, 只不過是線性系統(tǒng)對(duì)只不過是線性系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)中不同頻率有不同響應(yīng)而已。輸入信號(hào)中不同頻率有不同響應(yīng)而已。 線性失真的大小與輸入信號(hào)的大

6、小線性失真的大小與輸入信號(hào)的大小無關(guān)。無關(guān)。線性失真分為頻率失真線性失真分為頻率失真(振振幅頻率特性幅頻率特性)和相位失真和相位失真(相位頻率特性相位頻率特性)。 舉例說明：舉例說明： 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院頻率失真和相位失真頻率失真和相位失真 頻頻率率失失真真 ui(t)uo(t)00000000tttttttt基 波基 波二 次 諧 波二 次 諧 波三 次 諧 波三 次 諧 波(a)(b)10106331.5電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院相位失真相位失真(a) 輸入電壓；輸入電壓； (b) 輸出電壓輸出電壓相位失真相位失真電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 (1) 放大倍數(shù)與頻率

7、無關(guān)。放大倍數(shù)與頻率無關(guān)。 即要求放大器的放大倍數(shù)即要求放大器的放大倍數(shù)(常為電常為電壓放大倍數(shù)壓放大倍數(shù)Au(j)的振幅的振幅頻率特性頻率特性|Au(j)|是一常數(shù)。是一常數(shù)。 (2) 放大器對(duì)各頻率分量滯后時(shí)間相同為放大器對(duì)各頻率分量滯后時(shí)間相同為td, 即要求放大器的即要求放大器的相位相位頻率特性頻率特性()正比于角頻率正比于角頻率。 線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件為線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件為:不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的幅頻、不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的幅頻、 相頻相頻特性如圖所示。實(shí)際放大器要完全滿特性如圖所示。實(shí)際放大器要完全滿足上述兩個(gè)不產(chǎn)生線性失真的條件是足上述兩個(gè)不產(chǎn)生線性失真的條件是不可能的不可

8、能的, 也是沒有必要的。只要放也是沒有必要的。只要放大器的通頻帶等于或略大于信號(hào)頻帶大器的通頻帶等于或略大于信號(hào)頻帶, 頻率失真就沒有多大影響。頻率失真就沒有多大影響。| Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的幅頻、相頻特性不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的幅頻、相頻特性電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的不失真?zhèn)鬏敃r(shí)放大器的幅頻、相頻特性幅頻、相頻特性 | Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO 由于人耳不能分辨各頻率由于人耳不能分辨各頻率分量的相位關(guān)系分量的相位關(guān)系, 即使放大器即使放大器產(chǎn)生了相位失真產(chǎn)生了相位失真, 在通話時(shí)

9、也在通話時(shí)也感覺不到。所以用在話音通信感覺不到。所以用在話音通信中的放大器中的放大器, 其相位失真可以其相位失真可以不予考慮。但是如果放大器用不予考慮。但是如果放大器用來放大圖像信號(hào)來放大圖像信號(hào)(如傳真或電視如傳真或電視信號(hào)信號(hào))時(shí)時(shí), 放大器的相位失真將放大器的相位失真將嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。 相位失真相位失真 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.1.25.1.2頻率相應(yīng)的基本概念頻率相應(yīng)的基本概念 耦合電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成高通電路。耦合電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成高通電路。級(jí)間電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成低通電路。級(jí)間電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成低通電路。電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.1.25.1.2頻率相應(yīng)的基本

10、概念頻率相應(yīng)的基本概念 一、高通電路一、高通電路 1111ouiURAURj Cj RC11222LLfRC回路的時(shí)間常數(shù)為=RC，令L=1/=1/RC， 則 將幅值與相位分開表示為將幅值與相位分開表示為 2/|1(/)LuLffAff090arctanLffLLLLuffjffjffjjA11111電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院2/|1(/)LuLffAff090arctanLff幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 1. ffL時(shí)，時(shí)，Au1, 00 2. f=fL時(shí)，時(shí)，Au0.707,450 3. ffL時(shí)，時(shí)， 1,Au f0 時(shí)時(shí)，Au0， 900 LffLff頻率越低，衰減越大，

11、相移越大；頻率越低，衰減越大，相移越大；fL為下限截止頻率。為下限截止頻率。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.1.25.1.2頻率相應(yīng)的基本概念頻率相應(yīng)的基本概念 二、低通電路二、低通電路 1111ouiUj CAUj RCRj C11222HHfRC回路的時(shí)間常數(shù)為=RC，令+H=1/=1/RC， 則 1111uHHAfjjf將幅值與相位分開表示為 21|1(/)uHAffarctanHff 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 1. ffH時(shí)，時(shí)， 1,Au f 時(shí)時(shí)，Au0， -900 HffHff頻率越高，衰減越大，相移越大；頻率越高，衰減越大，相移越

12、大；f fH H為上限截止頻率。為上限截止頻率。 21|1(/)uHAffarctanHff 對(duì)于基本放大電路而言，電路中往往既存在上限截止頻率，對(duì)于基本放大電路而言，電路中往往既存在上限截止頻率， 又存在下限又存在下限截止頻率，電路截止頻率，電路的上限截止頻率與下限截止頻率之差，稱為的上限截止頻率與下限截止頻率之差，稱為通頻帶通頻帶fBW。 fBW=fH-fL 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院為了擴(kuò)大視野為了擴(kuò)大視野, , 縮短坐標(biāo)縮短坐標(biāo), , 幅頻特性和相頻特性采用幅頻特性和相頻特性采用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)半對(duì)數(shù)坐標(biāo), , 即即橫坐標(biāo)頻率采用對(duì)數(shù)刻度橫坐標(biāo)頻率采用對(duì)數(shù)刻度, , 縱坐標(biāo)幅縱坐標(biāo)幅值

13、（用值（用dBdB表示）或相角表示）或相角用線性刻度表示。繪制出的用線性刻度表示。繪制出的幅頻特性和相頻特性稱為波特幅頻特性和相頻特性稱為波特(Bode)(Bode)圖。圖。5.1.35.1.3波特圖的概念波特圖的概念 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院220lg| 20lg20lg 1uLLffAff090arctanLff1.當(dāng)當(dāng)f fL時(shí)，時(shí)， 20 lg|Au|0 dB, 0；2.當(dāng)當(dāng)f=fL時(shí)，時(shí)， , +45； 當(dāng)當(dāng)f fL時(shí)，時(shí)，20 lg|Au|+20 lg(f/fL),表明表明f 每下降十倍，增益下降每下降十倍，增益下降20 dB，即，即對(duì)數(shù)幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（對(duì)數(shù)

14、幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（+20dB/十十倍頻）的直線倍頻）的直線。 dBAu32lg20|lg20高通電路高通電路 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院21lg20|lg20HuffAHffarctan1.當(dāng)當(dāng)ffH時(shí)，時(shí)，20 lg|Au|-20 lg(f/fH),表明表明f 每上升十倍，增益下降每上升十倍，增益下降20 dB，即，即對(duì)數(shù)幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（對(duì)數(shù)幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（-20dB/十倍十倍頻）的直線頻）的直線。 dBAu32lg20|lg20低通電路低通電路 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院在對(duì)數(shù)幅頻特在對(duì)數(shù)幅頻特性中，性中，fL，fH為為拐點(diǎn)，拐點(diǎn)，

15、有有3dB誤差誤差0.1fL,10fL為相頻為相頻的兩個(gè)的兩個(gè)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)，誤差誤差5.7100.1fH,10fH為相頻為相頻的兩個(gè)的兩個(gè)拐點(diǎn)，拐點(diǎn)，誤差誤差5.710電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院小結(jié)：小結(jié)：LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子 截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)21L(H)f電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子H11jff 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。 當(dāng)當(dāng) f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍倍，相角，相

16、角超前超前45； 當(dāng)當(dāng) f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。5.2晶體管等效模型5.2.15.2.1晶體管的混合晶體管的混合模型模型5.2.25.2.2晶體管電流放大倍數(shù)晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響的頻率響應(yīng)應(yīng)電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.2.1 晶體管的混合晶體管的混合模型模型 晶體三極管的完整小信號(hào)模型晶體三極管的完整小信號(hào)模型 晶體管中頻小信號(hào)模型 ebUebrbb rbebmgUrcecbeoUiU gm為跨導(dǎo)，它為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的不隨信號(hào)頻率的變化而變。變化而變。電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院re，rc為發(fā)為發(fā)射區(qū)體

17、電阻、射區(qū)體電阻、集電區(qū)體電集電區(qū)體電阻，值較小，阻，值較小，忽略忽略晶體管結(jié)構(gòu)示意圖 一、晶體管完整混合一、晶體管完整混合模型模型C為集為集電結(jié)電結(jié)電容電容C為發(fā)為發(fā)射結(jié)射結(jié)電容電容rbc，rbe為為集電結(jié)體電集電結(jié)體電阻、發(fā)射結(jié)阻、發(fā)射結(jié)體電阻，體電阻，rbb基基區(qū)體電區(qū)體電阻阻電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院一、晶體管完整混合一、晶體管完整混合模型模型高頻完整小信號(hào)模型 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院二、二、 晶體管高頻模型的簡(jiǎn)化晶體管高頻模型的簡(jiǎn)化 簡(jiǎn)化的高頻模型簡(jiǎn)化的高頻模型 C跨接在輸入輸出兩端，利用跨接在輸入輸出兩端，利用Miller定理等效定理等效Miller等效后的單向化模

18、型等效后的單向化模型因在放大區(qū)因在放大區(qū)iC幾乎僅幾乎僅決定于決定于iB而阻值大而阻值大因在放大區(qū)承受反因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大向電壓而阻值大 rceRL, rbc1jc電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院miller等效后的單向化模型等效后的單向化模型由密勒定理可以推得圖中由密勒定理可以推得圖中 (1|)1CKCKCCK一般情況下，由于輸出回路中一般情況下，由于輸出回路中C C集電極總負(fù)載電阻集電極總負(fù)載電阻R R L L，故，故C C中電中電流可忽略不計(jì)，另外，將輸入回路中流可忽略不計(jì)，另外，將輸入回路中C C與與C C合并合并, , 得得 (1)CCK C如K=-100, C=100p

19、F, C=3 pF，則 pFC4033)1001 (100電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院忽略忽略C后的等效模后的等效模 因此，三極管高頻等效模型可以用圖所示模型來等效。因此，三極管高頻等效模型可以用圖所示模型來等效。 通過上述三極管高頻等效模型的通過上述三極管高頻等效模型的單向化分析與簡(jiǎn)化，可以得出以單向化分析與簡(jiǎn)化，可以得出以下結(jié)論：下結(jié)論：(1)(1)高頻分析時(shí)，需要考慮三極管高頻分析時(shí)，需要考慮三極管結(jié)電容結(jié)電容C C及密勒電容及密勒電容C C的影響。的影響。(2)(2)由于由于C C及及C C的存在，使放大的存在，使放大電路的輸入回路與輸出回路各自電路的輸入回路與輸出回路各自形成了一

20、個(gè)形成了一個(gè)RCRC回路。由于這兩個(gè)回路。由于這兩個(gè)回路的存在，對(duì)放大電路的增益回路的存在，對(duì)放大電路的增益方程會(huì)帶來兩個(gè)極點(diǎn)，勢(shì)必影響方程會(huì)帶來兩個(gè)極點(diǎn)，勢(shì)必影響電路增益。電路增益。 (3) (3) 由于輸出回路由于輸出回路C C = =C C的電容值較小，容抗的電容值較小，容抗1 1/C/C大，分流作用可忽大，分流作用可忽略，在不接容性負(fù)載的情況下，一般不再考慮輸出端略，在不接容性負(fù)載的情況下，一般不再考慮輸出端RCRC回路?；芈贰?(4) (4) 經(jīng)密勒等效后，輸入回路總的等效電容經(jīng)密勒等效后，輸入回路總的等效電容C C。其中。其中K K近似用放大器中頻近似用放大器中頻增益代替。增益代替

21、。C C為跨接于基極與集電極之間的電容，為跨接于基極與集電極之間的電容，C C為原基極輸入電容為原基極輸入電容。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院三、三、 混合混合模型的主要參數(shù)模型的主要參數(shù) 00cmb ebIg UI為低頻晶體管電流放大系數(shù)bebbeU=I rEQ0mb eTIgrUEQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊(cè)查得、電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.2.2晶體管電流放大倍數(shù)晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)(1)共射截止頻率共射截止頻率f 在低頻情況下，共射短路在低頻情況下，共射短路電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)(或或hfe)是一是一個(gè)實(shí)數(shù)。當(dāng)晶體管工作在個(gè)實(shí)數(shù)。當(dāng)晶體

22、管工作在高頻時(shí)，高頻時(shí)，將是個(gè)復(fù)數(shù)，將是個(gè)復(fù)數(shù)， |將隨頻率升高而下降，當(dāng)將隨頻率升高而下降，當(dāng)下降到低頻時(shí)數(shù)值下降到低頻時(shí)數(shù)值hfe的的 0.707 倍的頻率，倍的頻率， 稱為共射稱為共射截止頻率，記作截止頻率，記作f， 作為作為表征晶體管特性的一個(gè)高表征晶體管特性的一個(gè)高頻參數(shù)。頻參數(shù)。圖示出的是求圖示出的是求f的等效電路。由的等效電路。由定義可知，定義可知，uCE=常數(shù)，常數(shù)， 即即c, e之間交流短路，即之間交流短路，即 mbe0bebebe1 12 ()j ()1jg UffrCCUCCrf電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院的對(duì)數(shù)幅頻特性的對(duì)數(shù)幅頻特性 對(duì)數(shù)相頻特性：對(duì)數(shù)相頻特性： 2

23、020log20log20log 1 (/)arctanffff 0 1jff-90 0 -45 707. 02 0000，時(shí)，；時(shí)，；，時(shí)，；時(shí)，fffffffffo電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院2020log20log20log 1 (/)arctanffff 的波特圖的波特圖 (2) 特征頻率特征頻率fT f并非晶體管有電流放大作用的最高并非晶體管有電流放大作用的最高極限頻率。例如某管在低頻時(shí)極限頻率。例如某管在低頻時(shí)=100，而而f=10MHz，這表明該管工作于，這表明該管工作于10MHz頻率時(shí)，電流放大系數(shù)還很大，頻率時(shí)，電流放大系數(shù)還很大，為為70.7%，顯然該管完全能工作。為此

24、，顯然該管完全能工作。為此，需定義一個(gè)特征頻率需定義一個(gè)特征頻率fT，在特征頻率上，在特征頻率上，晶體管晶體管值下降到值下降到 1， 顯而易見，顯而易見， fTf。根據(jù)幅頻特性則：。根據(jù)幅頻特性則：0ff令|=1，則得 0Tff012()2()2mmTb eggfrCCCCC在晶體管手冊(cè)中往往給出特征頻率在晶體管手冊(cè)中往往給出特征頻率fT，有了上式即可求得，有了上式即可求得C。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 (3) 共基截止頻率共基截止頻率f 在低頻時(shí)，在低頻時(shí)，=/(1+)系實(shí)數(shù)，系實(shí)數(shù)，在高頻情況下在高頻情況下、均是復(fù)數(shù)，共基短路電流放大系數(shù)均是復(fù)數(shù)，共基短路電流放大系數(shù)與頻與頻率關(guān)系

25、式率關(guān)系式 000000001/1/11/(1)1 (/)1/(1)jffjffjffajffjff電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院0000T1(1)fff當(dāng)當(dāng)f = f時(shí)，時(shí)，值將下降到低頻時(shí)值將下降到低頻時(shí)0的的 0.707倍，把倍，把 f稱為共基截稱為共基截止頻率，或稱為止頻率，或稱為的截止頻率。的截止頻率。共基截止頻率共基截止頻率f為共射截止頻率為共射截止頻率f的的(1+0)倍。倍。 為了保證實(shí)際電路在較高頻率下仍有較大的電流放大系數(shù)，為了保證實(shí)際電路在較高頻率下仍有較大的電流放大系數(shù)， 必須選擇管子的特征頻率必須選擇管子的特征頻率fT比電路中最高工作頻率高三倍以上，比電路中最高工作頻

26、率高三倍以上， 換言之，換言之，最高工作頻率最高工作頻率fmax (fT/3)。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù) 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過以上分析得出的結(jié)論：通過以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)

27、院5.3場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型gsgsgdmLCC(1 K)CKg R 5.45.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)5.4.15.4.1單管共射放大電路的頻率響應(yīng)單管共射放大電路的頻率響應(yīng)5.4.25.4.2單管共源放大電路的頻率響應(yīng)單管共源放大電路的頻率響應(yīng)5.4.35.4.3放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.4.1單管共射放大電路的頻率響應(yīng)單管共射放大電路的頻率響應(yīng)耦合電容、極間電容保持不動(dòng)，畫出全頻率的等效模型。耦合電容、極間電容保持不動(dòng)，畫出全頻率的等效模型。分成中頻、低頻和高頻三個(gè)

28、頻段分析：分成中頻、低頻和高頻三個(gè)頻段分析：中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容保留不動(dòng)）電容保留不動(dòng)高頻段，極間電容保留不動(dòng)，耦合（或旁路高頻段，極間電容保留不動(dòng)，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路適應(yīng)于信號(hào)頻率從零到無窮大的交流等效電路適應(yīng)于信號(hào)頻率從零到無窮大的交流等效電路電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院一、中頻電壓放大倍數(shù)一、中頻電壓放大倍數(shù)中頻段，極間電容開路，耦中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路合（或旁路 ）電容短路）電容短路/()/ibbbb ebbe

29、RRrrRr( )oib eoib eusmmLsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU ()oib eoib eusmmcsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU /LLCRRR空載時(shí)：空載時(shí)：電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院二、低頻電壓放大倍數(shù)二、低頻電壓放大倍數(shù)低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容保留不動(dòng)）電容保留不動(dòng)()1ooouslssoib eLmcisbecLUUUAUUURrRg RRRrRRj C /()/ibbbb ebbeRRrrRr電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院()1oib eLuslmcisbesc

30、LURrRAg RRRrURRj C ()( )1()ib eLcuslmLisbeLcRrjRR CAg RRRrjRR C ()1()1LcuslusmLcLusmLjRR CAAjRR CfjfAfjf顯然：12 ()LCLfRR C式中式中, (Rc+RL)C正是正是C所在回路的時(shí)常數(shù)，其所在回路的時(shí)常數(shù)，其中中Rc+RL為回路除源后為回路除源后C兩端的等效電阻。兩端的等效電阻。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院220lg20lg20lg1 ()LuslusmLffAAff00180(90arctan)90arctanLLffff幅頻特性曲線為一幅頻特性曲線為一高通電路高通電路電子信息

31、工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院三、高頻電壓放大倍數(shù)三、高頻電壓放大倍數(shù)高頻段，極間電容保留不動(dòng)，耦合（或旁路高頻段，極間電容保留不動(dòng)，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路/(/)b eb eisisbebeisb ebbsbrrRUUUrrRRRrrRR電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院1( )11osb eoib eushmLisbesssb eUUUURrj RCAg RRRrUUUUj RC 111ushusmAAj RC11ushusmHAAfjf顯然：12HfRC式中式中, RC正是正是C 所在回路的時(shí)常數(shù)所在回路的時(shí)常數(shù). 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院220lg20lg20lg 1 ()

32、ushusmHfAAf0180arctanHff幅頻特性曲線為一幅頻特性曲線為一低通電路低通電路電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院四、波特圖若同時(shí)考慮旁路電容、耦合電容與若同時(shí)考慮旁路電容、耦合電容與極間電容的影響，極間電容的影響， 放大電路在全放大電路在全頻段的電壓增益可寫為頻段的電壓增益可寫為: : 11usmusLHAAfjfjff電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院11usmusLHAAfjfjff全面分析全面分析:(1) 當(dāng)輸入信號(hào)頻率當(dāng)輸入信號(hào)頻率fLffH時(shí)，時(shí)， fL/f0, f /fH0, Aus=Ausm，即為中頻，即為中頻段常數(shù)增益。段常數(shù)增益。 (2) 當(dāng)輸入信號(hào)頻率當(dāng)輸入信

33、號(hào)頻率f 變小，當(dāng)變小，當(dāng)ffL時(shí)，時(shí)，f fL，演變?yōu)楦哳l區(qū)放大器的增益表，演變?yōu)楦哳l區(qū)放大器的增益表達(dá)式，達(dá)式， Aus=Aush電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 通過上述分析可以總結(jié)歸納出放大電路全頻段增益表達(dá)式通過上述分析可以總結(jié)歸納出放大電路全頻段增益表達(dá)式的描述方法，稱之為的描述方法，稱之為“開路時(shí)間常數(shù)法開路時(shí)間常數(shù)法”。 (1) 任何電路全頻段的電壓增益表達(dá)式，任何電路全頻段的電壓增益表達(dá)式， 的形式，不同之處僅在于中頻增益的形式，不同之處僅在于中頻增益Ausm不同，不同，fH，fL即上、即上、 下下限角頻率不同。限角頻率不同。 求一個(gè)具體放大器的全頻段電壓增益表達(dá)式，求一個(gè)具

34、體放大器的全頻段電壓增益表達(dá)式， 即可以歸結(jié)為求該三項(xiàng)參數(shù)。即可以歸結(jié)為求該三項(xiàng)參數(shù)。 11usmusLHAAfjfjff (2) 三項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的意義：三項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的意義： 不考慮耦合電容和極間電容時(shí)的電路中頻增益；不考慮耦合電容和極間電容時(shí)的電路中頻增益； fL 僅考慮耦合僅考慮耦合/旁路電容時(shí)，旁路電容時(shí)， 電路的下限頻率；電路的下限頻率； fH 僅考慮極間電容時(shí)，電路的上限頻率。僅考慮極間電容時(shí)，電路的上限頻率。 usmA電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.4.2 單管共源放大電路的頻率響應(yīng)單管共源放大電路的頻率響應(yīng) 試分析試分析電路的頻率特性，并作頻率特性曲線。電路的頻率特性，并作頻率

35、特性曲線。 RgRd UDDCuiUGGRLuoiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU共源放大電路的完整小信號(hào)模型共源放大電路的完整小信號(hào)模型電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院(1) 求中頻電壓增益： )/(LmgsLdgsmioumRgURRUgUUAiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 (2) 求求f與與fH。求求fH時(shí)，高頻段只考慮時(shí)，高頻段只考慮Cgs的影響，的影響，12(1(/)HggsmdLgdfR CgRRC求求fL時(shí)，低頻段只考慮時(shí)，低頻段只考慮C的影響，的影響， 有：有： 12 ()LdLfRR C(3) 寫出寫出

36、: uA11umuLHAAfjfjffiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院5.4.35.4.3頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積耦合電容決定下限截止頻率耦合電容決定下限截止頻率 fL： 直接耦合時(shí)，直接耦合時(shí)，fL0極間電容決定上限截止頻率極間電容決定上限截止頻率 fH：(1)(1 )mLCCK CCg RC( )ib eusmmLisbeRrAg RRRr fH的提高與的提高與Ausm的增大是相互矛盾的。的增大是相互矛盾的。大多數(shù)電路，大多數(shù)電路，fHfL, fBW=fH - fLfH H 所以，所以，fH H和和Ausm的矛

37、盾就是的矛盾就是帶寬與增益的矛盾，即：增益提高時(shí)，必使帶寬變窄；帶寬與增益的矛盾，即：增益提高時(shí)，必使帶寬變窄； 增益減小時(shí)，必使帶寬變寬。增益減小時(shí)，必使帶寬變寬。引入引入 增益帶寬積增益帶寬積 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院增益帶寬積增益帶寬積 為了比較全面地衡量放大器性能，常用放大器增益帶寬積為了比較全面地衡量放大器性能，常用放大器增益帶寬積來表達(dá)。來表達(dá)。通常定義放大器中頻段電壓放大倍數(shù)通常定義放大器中頻段電壓放大倍數(shù)Ausm與帶寬與帶寬(近似近似為高端為高端 3 dB頻率頻率fH)乘積的模稱為增益帶寬積，記乘積的模稱為增益帶寬積，記|AusmfH|。usmusm12 /(/)BWH

38、ib emLisbeb ebbsbAfAfRrg RRRrrrRRC式中式中 (1)mLCCK CCg RC可以整理得：可以整理得： 12 ()usmHsbbAfRrC電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院12 ()usmHsbbAfRrC當(dāng)晶體管選定后，當(dāng)晶體管選定后，rbb和和Cu就隨之確定，就隨之確定，所以增益帶寬積基本確定。所以增益帶寬積基本確定。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎變窄多少倍。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎變窄多少倍。從另一角度看：為了改善電路得高頻特性，展寬頻帶，從另一角度看：為了改善電路得高頻特性，展寬頻帶，首先應(yīng)選用首先應(yīng)選用rbb和和Cu均小得高頻管，均小得高頻管，盡量減少盡

39、量減少C所在回路得等效電阻阻值。所在回路得等效電阻阻值。5.55.5多級(jí)放大電路得頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路得頻率響應(yīng)5.5.15.5.1多級(jí)放大電路頻率特性得定性分析多級(jí)放大電路頻率特性得定性分析5.5.25.5.2截止頻率得估算截止頻率得估算電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院 1. 幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 通常放大電路總是由多級(jí)組成, 其幅頻特性和相頻特性如下: Aus=Aus1Aus2Ausn=nkuskA1 12120lg20lg20lg.20lg20lgnususususnuskkAAAAA121.nnkk 其中20lg|Aus|為總放大倍數(shù)的模,單位為dB; 為多級(jí)放大器總的

40、附加相移。 5.5.15.5.1多級(jí)放大電路頻率特性得定性分析多級(jí)放大電路頻率特性得定性分析Aus1Aus2AusnAusm1Ausm2Ausmnfl1 fh1fl2 fh2fln fhn電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院多級(jí)放大器的對(duì)數(shù)幅頻特性等于各級(jí)對(duì)數(shù)幅頻特性的代數(shù)和多級(jí)放大器的對(duì)數(shù)幅頻特性等于各級(jí)對(duì)數(shù)幅頻特性的代數(shù)和; 多級(jí)放大器的相頻特性也等于各級(jí)相頻特性的代數(shù)和。多級(jí)放大器的相頻特性也等于各級(jí)相頻特性的代數(shù)和。說明說明這樣這樣, 當(dāng)我們需要繪制總的幅頻特性曲線和相頻特性曲線時(shí)當(dāng)我們需要繪制總的幅頻特性曲線和相頻特性曲線時(shí), 只要把各級(jí)只要把各級(jí)的特性曲線在同一橫坐標(biāo)下的縱坐標(biāo)值疊加起

41、來就可以了。的特性曲線在同一橫坐標(biāo)下的縱坐標(biāo)值疊加起來就可以了。 例如例如, 單級(jí)單級(jí)放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下頁圖細(xì)線所示。把具有同樣放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下頁圖細(xì)線所示。把具有同樣特性的兩級(jí)串聯(lián)起來以后特性的兩級(jí)串聯(lián)起來以后, 只要把曲線每一點(diǎn)的縱坐標(biāo)值增加一倍就得只要把曲線每一點(diǎn)的縱坐標(biāo)值增加一倍就得到總的幅頻特性和相頻特性曲線到總的幅頻特性和相頻特性曲線, 如如下頁下頁圖中粗線所示。圖中粗線所示。 從曲線上還可從曲線上還可以看到以看到, 單級(jí)對(duì)應(yīng)單級(jí)對(duì)應(yīng)-3 dB的頻率的頻率(fh1和和fl1), 現(xiàn)在比中頻增益下降現(xiàn)在比中頻增益下降6dB, 而總的而總的幅頻特性曲線下降幅頻特性曲線下降3dB的通頻帶要比單級(jí)窄。的通頻帶要比單級(jí)窄。 電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院一、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)：分析舉例一、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)：分析舉例 一個(gè)兩