模電課件第五章集成響應

1、第五章 放大電路的頻率響應51 頻率響應概述52 晶體管的高頻等效模型（不講）本章要求本章要求（1 1）掌握掌握以下概念：上限頻率，下限頻率，通頻帶，波以下概念：上限頻率，下限頻率，通頻帶，波特圖。特圖。（2 2）能夠計算時間常數(shù)的能夠計算時間常數(shù)的 fH 和和 fL，并能畫出波特圖。，并能畫出波特圖。1.為什么要研究頻率響應為什么要研究頻率響應03dB20lg|AV|/dB帶寬帶寬2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH高頻區(qū)高頻區(qū)中頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū)原因原因1：實測表明實測表明Av是是 f 的函數(shù)，的函數(shù)，對不同頻率信號的放大程度不同。對不同頻率信號的放大程度不

2、同。原因原因2：信號有多個頻率成分，信號有多個頻率成分，若放大程度不同，會產生頻率若放大程度不同，會產生頻率失真。失真。頻率失真頻率失真線性失真線性失真幅度失真幅度失真相位失真相位失真2. 頻率響應的分析任務頻率響應的分析任務)()( VVAA（1）頻率響應表達式）頻率響應表達式:（2）帶寬）帶寬BW、上限頻率、上限頻率 f H、下限頻率、下限頻率f L3. AV隨隨 f 變化的原因變化的原因放大電路中有電容、電感等電抗元件，放大電路中有電容、電感等電抗元件，其阻抗隨其阻抗隨f 變化而變化變化而變化CjZC 1 RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏流共射極放大電路固定偏流共射極放大電路C

3、1前面的分析中，前面的分析中，隔直電容隔直電容處理為處理為：直流開路；交流短路直流開路；交流短路計算電容的電抗：計算電容的電抗： （C1=20 F）f Xc11Hz796210Hz796.2 100Hz79.621kHz7.96210kHz0.796100kHz0.081MHz0.008f 100Hz Xc1 與與rbe = 863 不能短路不能短路f 100Hz Xc1 rbe = 863 可以短路可以短路f Xc1 Ib AV RbRc+VCCuiT+uoC1RL+UBEQ+UCEQC2+_UBEQIBQICQ_5 51 1頻率響應概述頻率響應概述不考慮不考慮C1、C2及晶體管結電容的影響

4、及晶體管結電容的影響180rRrRAbeLbeLuC1、C2 及結電容的存在及結電容的存在將是頻率的函數(shù)uA5.1.1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念f f Lf H-270-225-180-135o-90與與f 無關無關1.1.頻率響應的概念頻率響應的概念 )()(ffAAuu幅頻特性)( fAu相頻特性)( f2.2.通頻帶通頻帶umuA21fA)(下限截止頻率Lf上限截止頻率Hf通頻帶通頻帶LHbwfff5.1.2 頻率失真頻率失真uituituotuot基波基波二次諧波二次諧波基波基波二次諧波二次諧波Au1=10Au2=5幅頻失真幅頻失真相頻失真相頻失真(通頻帶不夠寬通頻帶不夠寬

5、)90 ,0215.1.3 RC低通和高通電路的頻率響應低通和高通電路的頻率響應1 1、高通電路高通電路CR+-+-oUiU則則2LLf 因此因此fjfjALLu 1111用幅值與相角表示，得出用幅值與相角表示，得出幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性RCjRUUAiou111RCLRCj111LLffjffj121|LLuffffALffarctan900令令回路的時間常數(shù)回路的時間常數(shù) RC，RC2121LLLuffffffAarctan901|02時，時，當當Lff 時時，當當Lff 時時，當當Lff 0.70745900f0|uAffL。，相移為的幅值下降到該頻率下000457 .70,u

6、A倍倍；也也下下降降10|uA由此可見，頻率愈低，衰減愈大，相移愈大；由此可見，頻率愈低，衰減愈大，相移愈大；1iU0U只有當信號頻率遠高于只有當信號頻率遠高于fL時，才約為。時，才約為。fL 稱為下限截止頻率，簡稱下限頻率。稱為下限截止頻率，簡稱下限頻率。，1|uA，21|uA倍倍，每每下下降降表表明明10 f，LuLffAff|190趨趨于于，也也趨趨于于時時，趨趨于于當當0|0uAf；00；0452、低通電路低通電路令令回路的時間常數(shù)回路的時間常數(shù) RC，CR+-+-oUiU則則RCfHH21212因此因此HHuffjjA1111用幅值與相角表示，得出用幅值與相角表示，得出211|Huf

7、fA幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性CjRCjUUAiou111HRCj11Hffarctan00f|uAfHHuffffAarctan11|2，1|uA時，時，當當Hff 時時，當當Hff 。，相移為的幅值下降到該頻率下000457 .70,uA-450.7071fH-90倍倍；降降低低10|uA由此可見，頻率愈高，衰減愈大，由此可見，頻率愈高，衰減愈大，衰減愈大，相移愈大；衰減愈大，相移愈大；只有當信號頻率遠低于只有當信號頻率遠低于fH時，才約時，才約 為。為。oUiUfH稱為上限截止頻率，簡稱上限頻率。稱為上限截止頻率，簡稱上限頻率。時，時，當當Hff ；045，ffAffHuL|1倍倍

8、，每每升升高高表表明明10f。趨趨于于，趨趨于于趨趨于于無無窮窮時時，當當0900|uAf；00，21|uA905.1.4 波特圖波特圖 頻率特性頻率特性的橫軸采用對數(shù)刻度的橫軸采用對數(shù)刻度 lgf ，幅頻特性的縱軸采用，幅頻特性的縱軸采用表示，單位是分貝（表示，單位是分貝（dB）；相頻特性的縱軸仍用）；相頻特性的縱軸仍用 表示。表示。|lg20uA21|LLuffffA1、高通電路的波特圖、高通電路的波特圖21lg20lg20|lg20LLuffffA時，時，當當Lff 時，時，當當Lff ，時，當LuLffAfflg20|lg2045-300dBAu/ |lg20fffL10fL0.1fL

9、；045。倍，增益下降每下降表明dBf2010Lffarctan900；，000|lg20dBAu，dBAu32lg2021lg20|lg20211|HuffA2、低通電路的波特圖、低通電路的波特圖21lg20|lg20HuffA；，時，當000|lg20dBAffuH2lg2021lg20|lg20uHAff時，時，當當，時，當HuHffAfflg20|lg20-45-90-3fH0f0fdBAu/ |lg2010fH0.1fH結論：結論：（3）近似分析中，可以用折近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。路的頻率特性。倍，增益下降每上升表明dBf

10、2010HffarctandB3045（1）電路的截止頻率決定于電容所在回路的電路的截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(shù)時間常數(shù) 。（2）當信號頻率等于下限頻率當信號頻率等于下限頻率fL或上限頻率或上限頻率或或-45相移。相移。fH時，放大電路的增益下降時，放大電路的增益下降3dB，且產生，且產生+45ebr+-+-bIcIbeUceUebU+-ebmUgrbcC rbbC rcebecb5 52 2 晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型5.2.1 晶體管的混合晶體管的混合 模型模型1、完整的混合完整的混合 模型模型crbbbrberecerbcrcbeCbc(C )Cbe(C )ebr+

11、-+-bIcIbeUceUebU+-ebmUgC rbbC becb晶體管的結構示意圖晶體管的結構示意圖簡化的混合簡化的混合 模型模型2、簡化的混合簡化的混合 模型模型ebr+-+-beUceUebU+-ebmUgrbbC becbC Cebr+-+-beUceUebU+-ebmUgrbbC becbebr+-+-bIcIbeUceUebU+-ebmUgC rbbC becbCICceebCXUUICebCIUXCKC)1 (CKCC|)|1 (ebceUUKCebXUK)1 (CKKC1 CK |)|1 (KXXUKUCCebeb1)1 (3、混合混合 模型的主要參數(shù)（手冊中查）模型的主要參

12、數(shù)（手冊中查）EQTebIUr)1 (bebmcIUgI0ebbebrIUebbmUIg0obCC 從半導體器件手冊中可查得。從半導體器件手冊中可查得。ebr+-+-beUceUebU+-ebmUgrbbC becbebr0EQTIU)1 (00TEQUITmf2gCC-fr 21C eb或或（低頻）（低頻）ebr+-+-beUceUebU+-bI0rbbbecb5.2.2晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響應晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響應ebr+-+-beUceUebU+-ebmUgrbbC becbbIcI0CEUbcII|ebr+-beUebU+-ebmUgrbbC becbbIcI0beceUUKCCCKCC|)|1 (ebmebmcrgUgI0/,CrcIIIeb1Cjrg