放大電路頻率響應(yīng)(三)3

1、第七節(jié) 電流源電路在集成電路中，電流源的應(yīng)用十分廣泛，最主在集成電路中，電流源的應(yīng)用十分廣泛，最主要的應(yīng)用是作直流偏置電路和取代電阻作有源要的應(yīng)用是作直流偏置電路和取代電阻作有源負載。負載。適用范圍：適用范圍：主要用集成工藝制造的放大電路中。主要用集成工藝制造的放大電路中。 （一）基本鏡像恒流源（一）基本鏡像恒流源 R UCC IR Io IB2 IB1 VT1 VT2 則基準電流：則基準電流：/211211cbbcRIIIII若若21若若1，則有：則有：RUEIIIbecRco/ )(1故稱為故稱為鏡像電流源電路鏡像電流源電路。IB1= IB2, Ic1 = Ic2,電路優(yōu)點：電路優(yōu)點：結(jié)構(gòu)

2、簡單，兩管參數(shù)對稱符合集成電路特點、動態(tài)結(jié)構(gòu)簡單，兩管參數(shù)對稱符合集成電路特點、動態(tài)電阻大電阻大。電路缺點：電路缺點： Ic1數(shù)值仍受電源電壓、數(shù)值仍受電源電壓、R和和Ube影響，且不易影響，且不易得到小電流（得到小電流（A級級)（二）比例恒流源（二）比例恒流源在基本恒流源的在基本恒流源的T1 、T2管接入管接入射極電阻射極電阻R1 、R2 ，R2由于電路對稱：由于電路對稱： UE1=UE2 所以所以 ： IC1R1=IC2R2rccIRRIRRII2112120顯然，調(diào)整顯然，調(diào)整R1/R2比值，即可調(diào)整比值，即可調(diào)整I0與與Ir的比例關(guān)系。所以稱的比例關(guān)系。所以稱為比例恒流源。為比例恒流源

3、。3-3 3-3 放大器的頻率響應(yīng)放大器的頻率響應(yīng)一、頻率響應(yīng)的基本概念一、頻率響應(yīng)的基本概念二、二、頻率響應(yīng)的分析方法頻率響應(yīng)的分析方法三、三、單管共射放大電路的高頻響應(yīng)單管共射放大電路的高頻響應(yīng)四、四、 多級放大器的頻響多級放大器的頻響中頻段：中頻段：AU=常數(shù)常數(shù)低頻段低頻段高頻段高頻段AU 下降下降一：頻響概念一：頻響概念（一）、定義（一）、定義：放大電路對輸入正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。反映了：放大電路對輸入正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。反映了放大器對不同頻率信號的放大能力。記作放大器對不同頻率信號的放大能力。記作A(jA(j ) )或或 A(jfA(jf) )（二）、頻率響應(yīng)曲線（二）、頻率響應(yīng)曲線

4、幅度頻率特性：幅度頻率特性：A(jA(j ) ) 或或 A(jfA(jf) ) 相位頻率特性：相位頻率特性： (j(j ) )或或 ( (jfjf) ) 中頻段：中頻段：UO與與 Ui 間相位差間相位差 =常數(shù)常數(shù)低頻段低頻段高頻段高頻段 改變改變這種描繪輸出信號與輸入信號之間這種描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律稱為相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律稱為相頻特性相頻特性。即。即AVVf.()o.i.這種描繪輸入信號幅度固定，輸出這種描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律稱為律稱為幅頻特性幅頻特性。即。即 = =A.VVoi./f

5、 () CE接法基本放大電路fLfH0.707AVAU圖2 頻率響應(yīng)曲線-180-90-270A(jfA(jf) ) (jf(jf) )ff 幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為稱為幅度頻率失真幅度頻率失真; ; 相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為稱為相位頻率失真相位頻率失真。（四）、頻帶寬度：（四）、頻帶寬度：BW=f h - f l高高頻截頻頻截頻低低頻截頻頻截頻（三）、產(chǎn)生頻率失真的原因（三）、產(chǎn)生頻率失真的原因1.1.放大電路中存在電抗性元件，放大電路中存在電抗性元件，例如例如 耦合電容、旁路電容、分耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等布電

6、容、變壓器、分布電感等; ;2.2.三極管的三極管的 ( ( ) )是頻率的函數(shù)。是頻率的函數(shù)。在研究頻率特性時，三極管的低在研究頻率特性時，三極管的低頻小信號模型不再適用，而要采頻小信號模型不再適用，而要采用高頻小信號模型。用高頻小信號模型。fLfH0.707AVAU圖圖2 頻率響應(yīng)曲線頻率響應(yīng)曲線-180-90-270A(jfA(jf) ) (jf(jf) )ff傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)（一）線性系統(tǒng)的分析：時域（一）線性系統(tǒng)的分析：時域 復(fù)頻域復(fù)頻域拉氏變換拉氏變換拉氏逆變換拉氏逆變換自變量：自變量：t t自變量：自變量：s=s= +j+j （二）（二） 傳輸函數(shù)傳輸函數(shù))1)(1 ()1)(1

7、 ()()()()()()()(2121021210pspszszsHpspspszszszsHsFsYsHnm非標準式非標準式標準式標準式1 系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：所有零、極點均分布在左半平面系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：所有零、極點均分布在左半平面二、頻率響應(yīng)的分析方法二、頻率響應(yīng)的分析方法2 如何求電路的傳輸函數(shù)如何求電路的傳輸函數(shù)2 如何求電路的傳輸函數(shù)如何求電路的傳輸函數(shù) （1 1） RC低通電路低通電路 （如圖如圖3所示）所示） AffvH112() ffRC012H arctg(Hff)01111jRCjUUAioURC+-io.VV圖3 RC低通電路其其電壓增益電壓增益(傳遞函數(shù)傳遞函數(shù))為為 式

8、中011RC。A.v的模和相角分別為由以上公式可做出如圖由以上公式可做出如圖4 4所示的所示的RC低通電路的近似頻率特性曲低通電路的近似頻率特性曲線：線：圖4 RC低通電路的頻率特性曲線幅頻特性的幅頻特性的X軸和軸和Y軸軸都是采用對數(shù)坐標，都是采用對數(shù)坐標， fH稱為上限截止頻率。當稱為上限截止頻率。當 ffH時，幅頻時，幅頻特性將以特性將以20dB/dec的斜率下降。在的斜率下降。在 f =fH處的誤差最大，有處的誤差最大，有3dB。當當 f =fH時，相頻特性將滯后時，相頻特性將滯后45，并具有并具有- -45 /dec的斜率。在的斜率。在0.1fH和和10fH處與實際的相頻特性有最大的處

9、與實際的相頻特性有最大的誤差，其值分別為誤差，其值分別為+5.7和和5.7)arctg(90Loff（2 2） RC高通電路高通電路（ 如圖5所示 ） 其電壓放大倍數(shù)其電壓放大倍數(shù) 為：為：v.ARCff21L02LLv)(1/ffffALLLL.i.o/j1/j/j1/jffffVVA.v=L11RC。式中式中 下限截止頻率、模和相角分別為下限截止頻率、模和相角分別為圖5 RC高通電路圖6 RC高通電路的近似頻率特性曲線波波特特圖圖3 3 波特圖的漸近線畫法波特圖的漸近線畫法采用半對數(shù)坐標系采用半對數(shù)坐標系)1)(1)(1 ()1 ()(4321jjjjAjjA 式中，式中，A是常數(shù)項；分子

10、項有兩個零點，是常數(shù)項；分子項有兩個零點，j 是位于是位于s平面原點的平面原點的微分因子，微分因子， 是位于是位于s平面平面 1的微分因子。的微分因子。)1 (1j若典型的傳輸函數(shù)為若典型的傳輸函數(shù)為 用用dB表示：表示：11lg20lg20lg20lg20 jjAjA4321lg201lg201lg20 jjj圖圖7 頻率特性曲線頻率特性曲線0.1 1 110 10.1 1 110 1 lg lg （一）一階零點（一）一階零點(極點極點) 的漸近線的漸近線11)1 (j當當0.1 1時，時，y=0當當 = 1 時，時，y=3dB當當10 1時，時，y=20dB當當0.1 1時，時， ( )=

11、0當當 = 1 時，時， ( )= 45當當 10 1時，時， ( )= 902、相頻特性：、相頻特性： ( )= )(11tg20dB/dec-20dB/dec- -45 /dec45 /dec1、幅頻特性：、幅頻特性：11lg20j21)(1lg20=（二）一階零點（二）一階零點(極點極點) 的漸近線的漸近線11)(j1、幅頻特性：、幅頻特性：1lg20j=21)(lg20當當0.1 1時，時，y= 20dB當當 = 1 時，時，y=0當當10 1時，時，y=20dB0.1 1 110 10.1 1 110 1lg lg 圖圖8 頻率特性曲線頻率特性曲線2、相頻特性：、相頻特性： ( )=

12、 90-20dB/dec20dB/dec無誤差無誤差, ,不需要修正不需要修正（三）（三） 畫波特圖的一般步驟：畫波特圖的一般步驟： 1、寫出標準式：找常數(shù)項、寫出標準式：找常數(shù)項 2、畫出各個零、極點的漸近線、畫出各個零、極點的漸近線 3、合成波形、合成波形例例1:1:)10j1)(10j1)(10j1 (107645 jA解：解：1. A=10520lgA=20lg105 =100dB2. 存在三個極點存在三個極點104、106和和107，分別畫出三個極點的漸近線，分別畫出三個極點的漸近線3. 合成波形，進行斜率累加。合成波形，進行斜率累加。將零點與極點的影響累加起來，即可得到總的幅頻特性

13、將零點與極點的影響累加起來，即可得到總的幅頻特性 經(jīng)過一個零點，斜率增加經(jīng)過一個零點，斜率增加20dB/十倍頻十倍頻 經(jīng)過一個極點，斜率減小經(jīng)過一個極點，斜率減小20dB/十倍頻十倍頻以以100dB為起點。為起點。20lg|A(j )|(dB)lg 10210310410510610710820406080100-20dB/dec-40dB/dec-60dB/declg -450-900-1350-1800-2250 ( )-2700（動畫動畫5-15-1）（三）畫波特圖的一般步驟：（三）畫波特圖的一般步驟： 1、寫出標準式：找常數(shù)項、寫出標準式：找常數(shù)項 2、畫出各個零、極點的漸近線、畫出各

14、個零、極點的漸近線 3、合成波形、合成波形例例1:1:)10j1)(10j1)(10j1 (107645.vfffA 圖圖9 9 以以20lgAv為為Y坐標的坐標的波特圖波特圖解：20lgAV=20lg105 =100dB以以100dB為起點。為起點。三個極點的貢獻。三個極點的貢獻。例2：)10)(100)(20()10(102)(46jjjjjjAV解：1）標準式：)101)(1001)(201 ()101 ()(4jjjjjjAV6040200-20 Av(jAv(j ) ) lg 1 10 102 103 104 105 (jf(jf) )0-45-90-135-180lg 107 10

15、8 109 1010 1011圖10 頻率特性曲線20lgA=20lg1=0dB為起點為起點帶寬帶寬BW= H- L 104三、三、 晶體三極管的高頻運用晶體三極管的高頻運用 rbe- 歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容Ce-集電結(jié)電阻rbc-集電結(jié)電容 rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。圖圖11 雙極型三極管雙極型三極管物理模型物理模型（一）混合（一）混合 型等效電路型等效電路1 1、晶體三極管高頻物理模型、晶體三極管高頻物理模型: : - 發(fā)射結(jié)電阻 re2、 晶體三極管晶體三極管混合混合 模型模型 00 即低頻時的即低頻時的，即，即hfe，反映了三極管的放大作用。反映了三

16、極管的放大作用。.boIgm稱為跨導，反映輸入電壓對輸出電流的控制，稱為跨導，反映輸入電壓對輸出電流的控制， gm與頻率無關(guān)與頻率無關(guān)ebmCbfeebbbieUgIIhrrhmgTEee001)1 (UIrrUbe=Ib(1+hfe)re（二）單向近似模型電路（二）單向近似模型電路 1。密勒原理。密勒原理Z ZI1I2U1U2設(shè)放大倍數(shù)設(shè)放大倍數(shù)K=U2/U1求求Z1：KZUZUUUZUUI1)1 ()(1121211求求Z2：111ZUI KZZ11ZKKZ12Z Z1Z Z2U1U1I1I2 若Z為電容，則CCKKCCKC1,)1 (212 單向近似模型單向近似模型LmeboRgUUK圖

17、14 高頻單向模型電路CLmeeiCRgCCCC) 1 (1CLmLmLmLmCoCRgRgRgRgCC11 根據(jù)電路連接組態(tài)的不同，管子的高頻截頻分為三種：根據(jù)電路連接組態(tài)的不同，管子的高頻截頻分為三種：1. 共射截頻共射截頻f ：當當 下降到下降到 時對應(yīng)的頻率時對應(yīng)的頻率, 0 為中頻為中頻共射電流放大倍數(shù)共射電流放大倍數(shù).20203. 共基截頻共基截頻f ：當當 下降到下降到 時對應(yīng)的頻率時對應(yīng)的頻率, 0為中頻為中頻共基電流放大倍數(shù)共基電流放大倍數(shù)三種截頻的關(guān)系：三種截頻的關(guān)系： f f T f f T= 0 f 晶體三極管的高頻截頻晶體三極管的高頻截頻2. 特征頻率特征頻率f T：

18、 當當 | |=1 時對應(yīng)的頻率時對應(yīng)的頻率1 0f f Tf f 、 (dB) 增益帶寬積增益帶寬積共射截頻共射截頻f )C(Crjrgcebebem11(ecCC )+j/rUI ebe bb ebmcUgI)C(Crfcebe21ffj100cebcUII當當f=f 時，時，20其中：其中： 特征頻率特征頻率fT當當 =1 時時, 0jf/f1 0jf/f1 當當ff 時時ff00ff0Tff1. 在在ff 時，時， f保持常數(shù)，保持常數(shù)， f增益帶寬積。增益帶寬積。 說明工作頻率增加一倍，說明工作頻率增加一倍， 就下降一倍。就下降一倍。2. fT增益帶寬積增益帶寬積3. fT較容易測量

19、，只要測量出較容易測量，只要測量出ff 時的時的 值，即可計算出值，即可計算出 fT（三）放大器的頻響分析（三）放大器的頻響分析 1、共射放大電路的高頻響應(yīng)、共射放大電路的高頻響應(yīng)圖17 CE接法基本放大電路圖18 高頻段微變等效電路步驟：步驟：1 1）中頻電壓增益：）中頻電壓增益：LcLiesLfeieLfeiesiesoUSRRRhRRhhRhhRhUUA/,ebbbsssebbbsebsrrRRUrrRrU/)(2 2）求極點：利用戴維南定理，將上圖化簡）求極點：利用戴維南定理，將上圖化簡（動畫5-2）,11ishCR) 1 (LmCeiRgCCC,12oLhCRCLmLmoCRgRgC

20、111SihRC021LhRC結(jié)論：結(jié)論：1.單級單級CE電路具有兩個極點電路具有兩個極點h1和和 h2（即每一個獨立電容都（即每一個獨立電容都構(gòu)成一個極點）。構(gòu)成一個極點）。2.2.兩個極點兩個極點h1h1和和 h2h2分別由輸入、輸出回路提供，其值為該分別由輸入、輸出回路提供，其值為該回路時間常數(shù)的倒數(shù)?；芈窌r間常數(shù)的倒數(shù)。3 3）寫出高頻增益函數(shù)）寫出高頻增益函數(shù))1)(1 ()(21hhUSUSjjAjA其中：其中：步驟：步驟：1 1、中頻電壓增益：、中頻電壓增益：LDDDmGgGUSRRRRgRRRA/),(2 2、求極點：、求極點：,)/(11iGghCRR) 1 (Lmgdgsi

21、RgCCC,)/(12oLDdshCRRrgdLmLmdsoCRgRgCC13 3、寫出高頻增益函數(shù)、寫出高頻增益函數(shù))1)(1()(21hhUSUSjjAjA 2、共源放大電路的高頻響應(yīng)、共源放大電路的高頻響應(yīng) 圖20 高頻段微變等效電路圖19 共源放大器3 、高頻截頻的計算、高頻截頻的計算:由高頻增益函數(shù)可求得高頻截頻，由高頻增益函數(shù)可求得高頻截頻，方法：方法：1.作波特圖法作波特圖法2.解析法解析法1）作波特圖法）作波特圖法3dBh1h2lg|AUS(j) |dB因為因為 h1h2所以高頻截頻所以高頻截頻 h h12 ）解析法）解析法 由高頻截頻定義由高頻截頻定義2)(UShUSAjA有

22、：有：2112221hhhh上式展開，忽略高次項，經(jīng)整理近似得到上式展開，忽略高次項，經(jīng)整理近似得到2221111hhh推廣到有推廣到有n個極點的系統(tǒng)，求高頻截頻的公式為：個極點的系統(tǒng)，求高頻截頻的公式為：222211111hnhhh 4、低頻截頻的計算、低頻截頻的計算同理，由低頻截頻定義同理，由低頻截頻定義2)(USLUSAjA低頻增益函數(shù)的基本形式為低頻增益函數(shù)的基本形式為SPSPSPUUSnASA 111)(21可推導出有可推導出有n個極點的系統(tǒng)求低頻截頻的公式為：個極點的系統(tǒng)求低頻截頻的公式為：22221nLPPP 只有只有n個高頻極點，高頻截頻可近似為最小的高頻極點個高頻極點，高頻截

23、頻可近似為最小的高頻極點.也可用公式計算也可用公式計算零點和極點的個數(shù)相同，低頻截頻可近似為最大的低頻極點零點和極點的個數(shù)相同，低頻截頻可近似為最大的低頻極點.也可用近似公式計算。也可用近似公式計算。 高頻增益函數(shù)高頻增益函數(shù))j(1)j)(1j(1AjAhnh2h1 低頻增益函數(shù)低頻增益函數(shù))p(j)p)(jp(j)A(jjA21nn 22221nPPPl 2hn2h22h1h1/1/1/1A中頻增益中頻增益 高低頻增益函數(shù)高低頻增益函數(shù))p(j)p)(jp(j)(j)(j)(jAjA2121nmzzz 零點的個數(shù)比極點的個數(shù)少即零點的個數(shù)比極點的個數(shù)少即mn)10)(j100)(j20(j

24、)10(j)(j10jA35 例：例：該增益函數(shù)有兩個零點和三個極點，因此是高低頻增益函數(shù)該增益函數(shù)有兩個零點和三個極點，因此是高低頻增益函數(shù)中頻電壓增益為：中頻電壓增益為： 105/103=100即即40dB低頻截頻低頻截頻:100/2fl高頻截頻高頻截頻:/210f3h共射放大電路的高頻響應(yīng)共射放大電路的高頻響應(yīng)分析放大器頻響的重要指標：增益函數(shù)、帶寬和高低頻截頻分析放大器頻響的重要指標：增益函數(shù)、帶寬和高低頻截頻+E-ERLRsRcUsRsUsbRLcegmUbeCcCerberbbbrbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUi) Rg(1CCCLmCeiCLmLmoCR

25、gRg1C1 1、中頻電壓增益：、中頻電壓增益：soUsUUA2 2、求極點：利用戴維南定理，將等效電路進一步簡化、求極點：利用戴維南定理，將等效電路進一步簡化頻響分析頻響分析iesiehRhsiioUUUUieLfehRhiesLfeUshRRhALcL/RRRrbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUigmUbeCoCiRLRsUssebbbsebsUrrRrUish1CR1) Rg(1CCCLmCeioLh2CR1CLmLmoCRgRg1Cebbbss)/rr(RR3 3、寫出高頻增益函數(shù)、寫出高頻增益函數(shù))j)(1j(1AjAh2h1UsUs頻響分析頻響分析1 1、中頻

26、電壓增益：、中頻電壓增益：2 2、求、求極點極點：iesLfeUshRRhAish1CR1oLh2CR14、求高頻截頻、求高頻截頻fh和和BWfh可近似等于可近似等于最小的高頻極點的頻率最小的高頻極點的頻率，也可用公式來計算，也可用公式來計算:2h22h1h1/1/12hn2h22h1h1/1/1/1推廣推廣BW=fh-flfh只有只有n個高頻極點，高頻截頻可近似為最小的高頻極點個高頻極點，高頻截頻可近似為最小的高頻極點.也可用公式計算也可用公式計算零點和極點的個數(shù)相同，低頻截頻可近似為最大的低頻極點零點和極點的個數(shù)相同，低頻截頻可近似為最大的低頻極點.也可用近似公式計算。也可用近似公式計算。頻響分析頻響分析 高頻增益函