模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：6放大電路的頻率響應(yīng)

1、 本章簡介本章簡介6.1 頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念6.3 單級放大電路的頻率響應(yīng)單級放大電路的頻率響應(yīng)6.2 頻率特性的伯德圖表示法頻率特性的伯德圖表示法6.4 多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.5 放大電路的階躍響應(yīng)放大電路的階躍響應(yīng)* 本章闡述了放大電路頻率特性的基本概念和基本本章闡述了放大電路頻率特性的基本概念和基本分析方法，然后利用微變等效電路系統(tǒng)地分析單級及分析方法，然后利用微變等效電路系統(tǒng)地分析單級及多級放大電路的頻率響應(yīng)，最后介紹放大電路頻率特多級放大電路的頻率響應(yīng)，最后介紹放大電路頻率特性的時域分析法及階躍響應(yīng)參數(shù)與頻率響應(yīng)參數(shù)之間性的

2、時域分析法及階躍響應(yīng)參數(shù)與頻率響應(yīng)參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系。的內(nèi)在關(guān)系。 6.1.1 6.1.1 研究頻率響應(yīng)的必要性研究頻率響應(yīng)的必要性6.1.2 6.1.2 頻率特性與通頻帶頻率特性與通頻帶 1.1.頻率特性頻率特性 2.2.通頻帶通頻帶6.1.3 6.1.3 增益帶寬積增益帶寬積本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容6.1.1 6.1.1 研究頻率響應(yīng)的必要性研究頻率響應(yīng)的必要性 電抗元件和極間電容使得放大電路的放大倍數(shù)是信號頻率的函數(shù)。如果電路的通頻帶不能覆蓋信號頻率范圍，會產(chǎn)生失真。頻率失真頻率失真相位失真相位失真幅度失真幅度失真不產(chǎn)生新的頻率分量不產(chǎn)生新的頻率分量線性失真線性失真6.1.2 6.1.2 頻率特

3、性與通頻帶頻率特性與通頻帶uu( )( )AAff幅頻特性相頻特性1. 頻率特性頻率特性6.1.2 6.1.2 頻率特性與通頻帶頻率特性與通頻帶u( )AfvmAOf0.707vmALfLfHfHfC耦，C旁低頻分壓CJ CL CM高頻分流18090270135225180f)( fLHumLHuvmumu,0.7072(dB)(dB)3dBffAffAAAA45比中頻時超前45比中頻時滯后2 通頻帶HLHL(0)BWfffff直接耦合HLHBWffff當C耦和C旁減少，低頻分壓增大，下限頻率上升。當CJ、CL和 CM增大，高頻分流增大，上限頻率下降。fLfH6.1.3 6.1.3 增益帶寬積

4、增益帶寬積umBWBWGfAf器件及工作狀態(tài)確定后BWG fC6.2.1 RC6.2.1 RC低通電路的頻率特性及其伯德圖低通電路的頻率特性及其伯德圖6.2.2 RC6.2.2 RC高通電路的頻率特性及其伯德圖高通電路的頻率特性及其伯德圖 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容 6.2.1 RC 6.2.1 RC低通電路的頻率特性及其伯德圖低通電路的頻率特性及其伯德圖1.頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓Ui.Uo.I.。滯后，時；，當滯后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1ioHHj1121ffARCfu，則令fHRCUUAu

5、j11io)arctan()(11H2HffffAu高頻段放大倍數(shù)表達式的特點？上限截止頻率的特征？高頻段放大倍數(shù)表達式的特點？上限截止頻率的特征？fHfu45j= -。HH0.110fff45 /10dec-。 6.2.2 RC 6.2.2 RC高通電路的頻率特性及其伯德圖高通電路的頻率特性及其伯德圖1.頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性信號頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓信號頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。超前，時；，當超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1io1.頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性 6.2.2 RC 6.2.2 RC高通電路的頻率特性及其伯德

6、圖高通電路的頻率特性及其伯德圖RCRCUUAuj1jiofL低頻段放大倍數(shù)表達式的特點？下限截止頻率的特征？低頻段放大倍數(shù)表達式的特點？下限截止頻率的特征？LLLj1j21ffffARCfu，則令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL時放大時放大倍數(shù)約為倍數(shù)約為12.伯德圖（波特圖）伯德圖（波特圖） 6.2.2 RC 6.2.2 RC高通電路的頻率特性及其伯德圖高通電路的頻率特性及其伯德圖uL11 j1joiURAfURcfRCf212 LL其中uu122L2Lu1 1 (/) (dB)0 10lg 1 ()AAfffAf幅頻特性：Lui arctg()0 ()off相頻特性

7、：超前于uu45090L1 . 0fLfL10ffu( )3dB+20dB/10倍頻72. 572. 545/10倍頻u() (dB)Aj01020L1 . 0fLfL10ff， lg20 采用對數(shù)坐標系，橫軸為采用對數(shù)坐標系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。LLLuLL 3dB 20dB/dec 450.11045 /decfffffff 小結(jié)：低頻端轉(zhuǎn)折頻率的貢獻：對幅頻特性： 處有衰減（波特圖中忽略不計） 按的斜率變化對相頻特性：處有按斜率變化LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路低頻

8、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間常數(shù)截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(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。 當當 f=fL時放大倍數(shù)幅值約降到時放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 當當 f=fH時放大倍數(shù)幅值也約降到時放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。 RC RC電路的頻率特性電路的頻率特性6.3.1 BJT6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型6.3.2 6.3.2 單管共射放大電路的

9、頻率響應(yīng)單管共射放大電路的頻率響應(yīng)6.3.3 6.3.3 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) 本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型1.晶體管的混合晶體管的混合模型模型 形狀像形狀像，參數(shù)量綱各不相同，參數(shù)量綱各不相同結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成rbb：基區(qū)體電阻基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻C：集電結(jié)電容集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻集電區(qū)體電阻因多子濃因多子濃度高而阻度高而阻值小值小因面積大因面積

10、大而阻值小而阻值小 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型 gm為跨導，它不隨信號頻率的變化而變?yōu)榭鐚В浑S信號頻率的變化而變?yōu)槭裁匆雲(yún)?shù)為什么引入?yún)?shù)gm？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 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型 C連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路，引入和輸出回路，引入了反饋，信號傳遞了反饋，信號傳遞有兩個方向，使電有兩個方向，使電路的分析復雜化。路的分析復雜化。 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等

11、效電路模型高頻等效電路模型Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？ 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因為)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什

12、么短路？為什么短路？ 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，時，；時，；，時，；時，fffffffffo 6.3.1 BJT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型71. 5， lg20 采用對數(shù)坐標系，橫軸為采用對數(shù)坐標系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫法折線化近似畫法 6.3.1 B

13、JT 6.3.1 BJT高頻等效電路模型高頻等效電路模型 1 0TTffff 時的頻率為使)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)的表達式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達式； 截止頻率與時間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時間常數(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。手冊手冊查得查得頻率參數(shù)：0(1)ff2T0| | 100b e1 2()ffffrCC 6.3.2 6.3.2 單管共射放大電路的頻率

14、響應(yīng)單管共射放大電路的頻率響應(yīng)a) 共射放大電路cRLR2CCCV1CbRSRSuIuOuVb) 微變等效電路berbbrbcebIcR2CCbLR+mbeg USRsU+-+1CiU+-+oU-bRbeU+-適用于信號頻率從適用于信號頻率從0的交流等效電路的交流等效電路中頻段：中頻段：C1 、 C2短路，短路， 開路開路CC低頻段：考慮低頻段：考慮C1 、 C2 的影響，的影響， 開路開路高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響， C1 、 C2短路短路C 6.3.2 6.3.2 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)berbcebIcRbLRmbeg USRsU+-beU+-

15、iU+-+oU-bRiRbbrobeoismssibeuUUUUAUUUUbeismmcLsibeLusmocL () =urRAgRRRRrRARR 帶負載時：帶負載時：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時：空載時： 6.3.2 6.3.2 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)。滯后，時，當，滯后)90(0 ssUUUfUUCCCa) 高頻等效電路berbbrbebIcRCbLRmbeg USRsU+-iU+-+oU-bRbeU+-Rcb)圖a的等效電路beCLR+oU-beU+-RsU+-cmbeg Ub eb eisisbebeSirrRUUUrrRR

16、b ebbSb/(/)RrrRRsbebeiissisibeUUrURUUURRr0U.CIs.U.s 6.3.2 6.3.2 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)a) 高頻等效電路berbbrbebIcRCbLRmbeg USRsU+-iU+-+oU-bRbeU+-Rcosb eob eusmiushmLsssb ebeSi1j11jjUU UUrCARAg RUUUUrRRRCRCb)圖a的等效電路beCLR+oU-beU+-RsU+-cmbeg UusmushH1jAAffHb ebbSb1122/(/)fRCrrRR C 6.3.2 6.3.2 單管共射放大電路的頻率響

17、應(yīng)單管共射放大電路的頻率響應(yīng) )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降時，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大時，dB20lg20 10 shHuAfff。，時，-270 0 shuAf；時，smshHlg20lg20 uuAAff 6.3.2 6.3.2 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)a) 低頻微變等效電路berbbrbcebIcR2CbLR+mbeg USRsU+-+1CiU+-bRbeU+-iR+oU-b)圖a的等效電路cecR2

18、CbLR+SRsU+-+1C+oU-iRoU+-beU+-iU+-iibessSiSi1Si11111jj ()RRUUURRRRCRR CbebebeberUUrLLombeccLcL2cL2mLbecL21()111jj ()1 =()11j ()oRRUUg U RRRRRCRR Cg R URR C 6.3.2 6.3.2 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)a) 低頻微變等效電路berbbrbcebIcR2CbLR+mbeg USRsU+-+1CiU+-bRbeU+-iR+oU-b)圖a的等效電路cecR2CbLR+SRsU+-+1C+oU-iRoU+-beU+-iU

19、+-obeiuslmLsbescL2Si1usmSi1cL2usmL1L211()1111j ()j () 11(1)(1)j ()j () (1j)(1j)UrRAg RUrRRRR CRR CARR CRR CAffffL1Si112()fRR CL2cL212()fRR C 6.3.2 6.3.2 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)slsm22L1L2L1L21120lg20lg20lg20lg1 ()1 () -180(90arctan)(90arctan)uuAAffffffffousmuslL1L2s(1j)(1j)UAAffUffL1Si112()fRR CL2

20、cL212()fRR CL1s 20lg3dB -135uffA時，下降，LL2ssm 20lg40lg()uufffAAf時，s0 0 0ufA時，。smsLlg20lg20 uuAAff時，L2s 20lg3dB -45uffA時，又下降， 6.3.2 6.3.2 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)圖6-13 單管共射放大電路的博德圖b) 相頻特性/10倍頻45us( )f9045HfH10 fH0 1 . fL1fL110 fL2fL20 1 . f0135180225270/10倍頻90/10倍頻45/10倍頻45Hzf /a) 幅頻特性us20lg|/dBA-20d

21、B/10倍頻+20dB/10倍頻+40dB/10倍頻0HfHzf /L1fL2fusmusL1L2H(1-j)(1-j)(1j)AAffffff全頻段放大倍數(shù)表達式：全頻段放大倍數(shù)表達式： 6.3.2 6.3.2 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)fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當提高增益時，當提高增益時，帶寬將變窄；反帶寬將變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。a) 共射放大電路cRLR2CCCV1CbRSRSuIuOuV 6.3.2 6.3.2 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) )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，頻帶變窄！頻帶變窄！ ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 對于對于N級放大電路，若各級的下、上限頻率分別為級放大電路，若各級的下、上限頻率分