放大電路的頻率特性

1、第四章第四章 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)放大器的電壓放大倍數(shù)放大器的電壓放大倍數(shù) 與頻率的關(guān)系與頻率的關(guān)系下面先分析無源下面先分析無源RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)1. 1. RC低通網(wǎng)絡(luò)低通網(wǎng)絡(luò) 2H)(11ffAv RCf21H arctg(Hff) 式中RCH1。vA的模、上限截止頻率和相角分別為 HRCVVj11j11iovA=RC+-io.VV RC低通電路（1）頻率響應(yīng)表達式：）頻率響應(yīng)表達式：一一. 無源無源RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)最大誤差最大誤差 -3dB幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2H)/(11ffAV時時，當(dāng)當(dāng) Hff 1)/(112HffAVdB

2、01lg20lg20VA時時，當(dāng)當(dāng) Hff ffffAV/)/(11H2H)/lg(20lg20HffAV0分貝水平線分貝水平線斜率為斜率為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)時時，當(dāng)當(dāng) Hff 時時，當(dāng)當(dāng) Hff )/(arctgHff 0 90時時，當(dāng)當(dāng) Hff 45時時，當(dāng)當(dāng) 100.1 HHfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 （2） RC低通電路的波特圖低通電路的波特圖 RC低通電路的頻率特性曲線可見：當(dāng)頻率較低時，可見：當(dāng)頻率較低時，A AV V 11，輸出與輸入電壓之間的相位差輸出與輸入電壓之間的相位差=0=0。隨。隨著頻率的提高，著頻率

3、的提高， A AV V 下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電下降，相位差增大，且輸出電壓是滯后于輸入電壓的，最大滯后壓的，最大滯后9090o o。在此頻率響應(yīng)中，上限截止頻率在此頻率響應(yīng)中，上限截止頻率fH H是一個重要的頻率是一個重要的頻率點。點。 )arctg(Lff2. 2. RC高通網(wǎng)絡(luò)高通網(wǎng)絡(luò)RCf21L2L)(11ffAv/j11/ j11/1ioLRCCjRRVVvA=RC1L。 式中 下限截止頻率、模和相角分別為 RC 高通電路 （1）頻率響應(yīng)表達式：）頻率響應(yīng)表達式： RC高通電路的頻率特性曲線（2） RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖)arctg(Lff2L)(11

4、ffAv可見：當(dāng)頻率較高時，可見：當(dāng)頻率較高時，A AV V 11，輸出與輸入電壓之間的相位差輸出與輸入電壓之間的相位差=0=0。隨。隨著頻率的降低，著頻率的降低， A AV V 下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電下降，相位差增大，且輸出電壓是超前于輸入電壓的，最大超前壓的，最大超前9090o o。在此頻率響應(yīng)中，下限截止頻率在此頻率響應(yīng)中，下限截止頻率fL L是一個重要的頻率是一個重要的頻率點。點。 二二. .BJTBJT的混合的混合型模型型模型混合型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。-發(fā)射結(jié)電容，Cb e-集電結(jié)電阻rbc-集電結(jié)電容 Cb c rbb -基區(qū)的體電阻，

5、b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。三極管的物理模型1.BJTBJT的混合的混合型模型型模型 - 發(fā)射結(jié)電阻 re（1）物理模型 根據(jù)這一物理模型可以畫出混合型高頻小信號模型。高頻混合型小信號模型電路 這一模型中用 代替 ，這是因為本身就與頻率有關(guān)，而gm與頻率無關(guān)。eb.mVg.b0I（2）用 代替eb.mVg.bIrbc很大，可以忽略。很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。很大，也可以忽略。（3 3）簡化的混合）簡化的混合模型模型低頻時，混合低頻時，混合 模型與模型與H參數(shù)模型等效參數(shù)模型等效ebbbberrr所以所以又又 rbe= rb + (1+ ) re ETb)1(IVr ETeb)1(I

6、Vr ebbebb rrr2. 混合混合參數(shù)的估算參數(shù)的估算又因為又因為所以所以ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 TEebmVIrg TEebmVIrg 3. BJT的頻率參數(shù)f、 fT 由由定義：定義： 0bcceVII 的等效電路 V.ce 0由可求出共射接法交流電由可求出共射接法交流電流放大系數(shù)。流放大系數(shù)。)(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrge bmc be be bmce be bb)(+)/1(VgCjVVgICCjrVI 做出做出的幅頻特性和相頻特性曲線。的幅頻特性和相頻特性曲線。

7、 三極管三極管的幅頻特性和相頻特性曲線的幅頻特性和相頻特性曲線當(dāng)=1時對應(yīng)的頻率稱為特征頻率fT，且有fT0f 當(dāng)20lg下降3dB時,頻率f稱為共發(fā)射極接法的截止頻率 fT0 f 可由下式推出可由下式推出ffjCCrjrg1)(10c be be be bm當(dāng)當(dāng) f = fT 時時, 有有1)(1)(1)(2T02c be be be bmTffCCrrgf因因fT f ,所以所以, fT 0 f 三. 阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng) 對于如圖所示的共射放大電路，對于如圖所示的共射放大電路，分低、中、高三個頻段加以研究。分低、中、高三個頻段加以研究。 共射放大電路1 .中頻段中頻段所有的電容

8、均可忽略。所有的電容均可忽略?？捎们翱捎们懊嬷v的面講的h參數(shù)等效電路分析。參數(shù)等效電路分析。 中頻電壓放大倍數(shù)：中頻電壓放大倍數(shù)：beLiSirRRRRVVASOusm2. 低頻段低頻段 在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容在低頻段，三極管的極間電容可視為開路，耦合電容C1、C2不能忽略不能忽略。方便分析，現(xiàn)在只考慮方便分析，現(xiàn)在只考慮C1，將將C2歸入第二級。畫出低頻等歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示。效電路如圖所示。 低頻等效電路低頻等效電路可推出低頻電壓放大倍數(shù)：可推出低頻電壓放大倍數(shù)：ffjAVVAL1usmSOusL1L/(21CRrRfSbeb）該電路有該電路有 一個

9、一個RC電路高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：電路高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率：共射放大電路低頻段的波特圖共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng) ： 2LusmusL)(11lg20lg20lg20ff|A|A|相頻響應(yīng)相頻響應(yīng) ： )arctg(180Lff 在高頻段，耦合電容在高頻段，耦合電容C1、C2可以可視為短路可以可視為短路，三極管三極管的極間電容不能忽略的極間電容不能忽略。這時要用混合這時要用混合等效電路等效電路，畫出高頻等效電路如圖所示。，畫出高頻等效電路如圖所示。3. 高頻段高頻段用用“密勒定理密勒定理”將集電結(jié)電容單向化。將集電結(jié)電容單向化。高頻等效電路高頻等效電路用用“密勒定理密勒

10、定理”將集電結(jié)電容單向化：將集電結(jié)電容單向化：其中：其中：cbLmM)1 (CRgCc bc bLmN)11 (CCRgC 忽略忽略CN，并將兩個電容合并成一個電容，得簡化的高頻并將兩個電容合并成一個電容，得簡化的高頻等效電路。等效電路。其中：其中：RCf21L該電路有該電路有 一個一個RC電路低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率：電路低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率：MebCCC )(sbbbebR/Rr/rR可推出高頻電壓放大倍數(shù)：可推出高頻電壓放大倍數(shù)：HffjAVVA1usmSOusL其中：其中：Lme bbbe bisiusmRgrrrRRRAbeLiSirRRRR共射放大電路高頻段的波特圖共射放大電路

11、高頻段的波特圖幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng) ： 2HusmusH)(11lg20|lg20lg20ff|A|A|相頻響應(yīng)相頻響應(yīng) ： )arctg(180Hff4. 完整的共射放大電路的頻率響應(yīng)完整的共射放大電路的頻率響應(yīng))j1 (1)j1 (1HLusmusffffAA（1）通頻帶：）通頻帶：（2 2）帶寬）帶寬- -增益積：增益積： fbwAumBJT BJT 一旦確定，一旦確定，帶帶寬增益積基本為常寬增益積基本為常數(shù)數(shù)5. 頻率失真頻率失真由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的失真。不同而產(chǎn)生的失真。頻率失真動畫演示頻率失真動畫演示HLHbwffff兩個頻率

12、響應(yīng)指標：兩個頻率響應(yīng)指標：例題例題 解：解：模型參數(shù)為模型參數(shù)為 設(shè)共射放大電路在室溫下運行，其參數(shù)為：設(shè)共射放大電路在室溫下運行，其參數(shù)為：，pF5 . 000MHz41001mA1001kcbTCbbsCfIrR。 k5cR試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。 mgTEVImV26mA1 S 038. 0 ebrmgS 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm2 Cfg pF 8 .14 usmAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CMC pF 5 .111 低頻電壓增益為低頻電壓增益為 R)(bbs rReb/ r k 77

13、. 0又因為又因為所以上限頻率為所以上限頻率為 HfRC 21MHz 85. 1 usmAlg2051.133lg20 dB 5 .42 MCcbcm)1( CRgpF 7 .96 本章小結(jié)本章小結(jié)1基本放大電路的組成。基本放大電路的組成。 BJT加上合適的偏置電路（偏置電加上合適的偏置電路（偏置電路保證路保證BJT 工作在放大區(qū)）。工作在放大區(qū)）。2交流與直流。正常工作時，放大電路處于交直流共存的狀交流與直流。正常工作時，放大電路處于交直流共存的狀態(tài)。為了分析方便，常將兩者分開討論。態(tài)。為了分析方便，常將兩者分開討論。直流通路：交流電壓源短路，電容開路。直流通路：交流電壓源短路，電容開路。交

14、流通路：直流電壓源短路，電容短路。交流通路：直流電壓源短路，電容短路。3三種分析方法。三種分析方法。（1）估算法（直流模型等效電路法）估算法（直流模型等效電路法）估算估算Q。（2）圖解法圖解法分析分析Q（Q的位置是否合適）；分析動態(tài)的位置是否合適）；分析動態(tài)（最大不失真輸出電壓）。（最大不失真輸出電壓）。（3）h參數(shù)交流模型法參數(shù)交流模型法分析動態(tài)（電壓放大倍數(shù)、輸入分析動態(tài)（電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等）。電阻、輸出電阻等）。 4三種組態(tài)。三種組態(tài)。（1）共射）共射AU較大，較大，Ri、Ro適中，常用作電壓放大。適中，常用作電壓放大。（2）共集）共集AU1，Ri大、大、Ro小，適用于信號跟隨、信號隔離等。小，適用于信號跟隨、信號隔離等。（3）共基）共基AU較大，較大，Ri小，頻帶寬，適用于放大高頻信號。小，頻帶寬，適用于放大高頻信號。 由由FET構(gòu)成的放大電路也有三種組態(tài)，可與構(gòu)成的放大電路也有三種組態(tài)，可與BJT三種組態(tài)一一對應(yīng)。三種組態(tài)一一對應(yīng)。 5多級放大器。多級放大器。兩種耦合方式：阻容耦合與直接耦。兩種耦合方式：阻容耦合與直