模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-04雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)2

1、課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200814.7 放大電路的頻率響應4.7.1 單時間常數(shù)RC電路的頻率響應4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應4.7.4 單級共基極和共集電極放大電路的高頻響應4.7.5 多級放大電路的頻率響應 研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。號頻率變化時的響應。課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20082前面的討論：低頻電路前面的討論：低頻電路耦合電容和旁路電容：直流時耦合電容和旁路電容：直流時認為是開路，交流是短路認為是開路，交流是

2、短路BJT極間電容極間電容-開路開路實際信號包含有一定的頻率范圍音樂：20Hz20KHz視頻信號：DC-4.5MHz課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20083引言：引言：前面討論的都是放大器輸入單一頻率正弦波的情況，前面討論的都是放大器輸入單一頻率正弦波的情況，實際上，放大器輸入的信號都有一定的頻譜，即實際上，放大器輸入的信號都有一定的頻譜，即v vi含有多含有多種頻率成分，它們在放大器中的傳輸情況如何呢？種頻率成分，它們在放大器中的傳輸情況如何呢？由于電路中有電抗性元件（由于電路中有電抗性元件（L、C，包括極間電容等），包括極間電容等）對于不同對于不同的的f 或或 X不同不同放

3、大器對于不同放大器對于不同f 信號的信號的 AV不同不同輸出波形不能反映輸入波形的形狀輸出波形不能反映輸入波形的形狀失真失真放大器對于不同頻率正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應放大器對于不同頻率正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應 放大器的頻率響應（特性）放大器的頻率響應（特性） 亦是放大電路的重要指標！亦是放大電路的重要指標！4.7 放大電路的頻率響應課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20084一、頻率響應的基本概念一、頻率響應的基本概念1、頻率響應與通頻帶、頻率響應與通頻帶（1）頻率響應：放大器的）頻率響應：放大器的AVf f（ ）的關(guān)系的關(guān)系即：即：)()()(ffAfAVV)()()(VVAA或或)( fA

4、V)( f 幅頻響應幅頻響應 相頻響應相頻響應以射極偏置電路為例：以射極偏置電路為例：耦合電容耦合電容CbcCbeCe極間電容極間電容旁路電容旁路電容如何處理呢？如何處理呢？課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20085前面分析時，前面分析時，假定假定Cb1、Cb2、Ce足夠大，對于足夠大，對于v vi 的頻率，的頻率，Xc0 視為交流短路；視為交流短路；認為極間電容非常小，其認為極間電容非常小，其Xc 視為交流開路；視為交流開路；于是，當電路參數(shù)一定時，于是，當電路參數(shù)一定時，AV=常數(shù)，常數(shù)，=180（反相）（反相）CjXc1是是或或f 的函數(shù)的函數(shù)當當f很低時，很低時， Cb1

5、、Cb2、Ce的容抗很大，不能再視為短的容抗很大，不能再視為短路，路， 即它們對放大器的低頻特性有影響；即它們對放大器的低頻特性有影響；而極間電容，則是而極間電容，則是f 越高，容抗越小，不能再視為開路，越高，容抗越小，不能再視為開路， 即它們對放大器的高頻特性有影響；即它們對放大器的高頻特性有影響；但實際上，但實際上， 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20086實驗測得頻率特性曲線如下：實驗測得頻率特性曲線如下：中頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)高頻區(qū) 分三個區(qū)域：分三個區(qū)域：中頻區(qū)：中間平坦部分中頻區(qū)：中間平坦部分AV= AVM ，=180，且不隨且不隨f 的變化而變化。的變化而

6、變化。 低頻區(qū)：由于低頻區(qū)：由于Cb1、Cb2、Ce的影響，的影響， AV ，超前中頻相位。超前中頻相位。高頻區(qū)：由于極間電高頻區(qū)：由于極間電容的影響，容的影響， AV ，滯滯后于中頻相位。后于中頻相位。工程上規(guī)定：工程上規(guī)定： AV 至至所對應的頻率，分別稱為所對應的頻率，分別稱為下限頻率下限頻率fL3dB點點VMVMA70702A. .=上限頻率上限頻率fH課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20087（2）通頻帶：）通頻帶：fH fL fH的頻率范圍的頻率范圍高頻區(qū)高頻區(qū) fL的頻率范圍的頻率范圍低頻區(qū)低頻區(qū)2、幅度失真和相位失真：、幅度失真和相位失真： 當當v vi頻譜很廣，

7、而放大器的通頻帶又不夠?qū)挄r，對于頻譜很廣，而放大器的通頻帶又不夠?qū)挄r，對于不同頻率的信號不能得到同樣的放大（幅度、相位）不同頻率的信號不能得到同樣的放大（幅度、相位） v vo 波形發(fā)生變形波形發(fā)生變形失真！失真！由于放大器對不同由于放大器對不同f 信號的放大效果信號的放大效果 不同，而產(chǎn)生的不同，而產(chǎn)生的波形失真波形失真頻率失真頻率失真AV 又分為：又分為：幅度失真：幅度失真： v vo中不同中不同f 信號振幅的比例與放大前不同。信號振幅的比例與放大前不同。相位失真：相位失真： v vo中不同中不同f 信號的相位關(guān)系與放大前不同。信號的相位關(guān)系與放大前不同。B=fH fLfH 又稱帶寬。又稱

8、帶寬。課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20088其結(jié)果均使其結(jié)果均使v vo 波形產(chǎn)生失真，波形產(chǎn)生失真，O t IO t O基波基波二次諧波二次諧波輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號基波基波二次諧波二次諧波幅度失真幅度失真相位失真相位失真 頻率失真是由于線性電抗元件引頻率失真是由于線性電抗元件引起的，是起的，是線性失真線性失真，應與，應與BJT工工作到飽和區(qū)或截止區(qū)引起的作到飽和區(qū)或截止區(qū)引起的非線非線性失真性失真區(qū)別！區(qū)別！課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20089電壓增益：電壓增益：功率增益：功率增益：)(20dBVVAiogV)(20dBIIAiogI)(10

9、dBPPAiogP電流增益：電流增益：AV用分貝數(shù)表示的優(yōu)點：用分貝數(shù)表示的優(yōu)點：a.可將增益相乘變?yōu)橄嗉?；可將增益相乘變?yōu)橄嗉樱?1VVVAAA21202020VgVgVgAAAb.可采用對數(shù)坐標圖繪制頻率響應可采用對數(shù)坐標圖繪制頻率響應擴展視野，縮短坐標。擴展視野，縮短坐標。3、用分貝數(shù)（對數(shù)單位）表示增益：、用分貝數(shù)（對數(shù)單位）表示增益：例：例：課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200810二、對數(shù)頻率特性二、對數(shù)頻率特性把幅頻響應和相頻響應分別繪制在兩張半對數(shù)坐標紙上，把幅頻響應和相頻響應分別繪制在兩張半對數(shù)坐標紙上，如何繪制？如何繪制？方法：方法： 對于每一個頻區(qū)，忽略次

10、要因素，突出主要因素，對于每一個頻區(qū)，忽略次要因素，突出主要因素，找出近似的模擬等效電路，找出近似的模擬等效電路，fAV 求出求出 的關(guān)系，分別在半對數(shù)坐標紙上繪的關(guān)系，分別在半對數(shù)坐標紙上繪制對數(shù)頻率特性制對數(shù)頻率特性波特圖。波特圖。 對于中頻區(qū)，等效電路即為對于中頻區(qū)，等效電路即為H參數(shù)等效電路，參數(shù)等效電路，那么，高頻區(qū)和低頻區(qū)呢？那么，高頻區(qū)和低頻區(qū)呢？工程上采用折線近似，而不用逐點描跡。工程上采用折線近似，而不用逐點描跡。橫坐標橫坐標f （或（或 ），采用對數(shù)分度；），采用對數(shù)分度；縱坐標縱坐標以以dB表示的表示的AV或或，采用線性分度。，采用線性分度。稱為對數(shù)頻率響應，又稱波特圖。

11、稱為對數(shù)頻率響應，又稱波特圖。 用典型用典型RC電路來模擬。電路來模擬。課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008114.7.1 單時間常數(shù)RC電路的頻率響應1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則則sRCsCRsCsVsVsAV 11/1/1)()()(ioHfsj2j 且令且令RCf21H 又又)/j(11HioHffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應）（幅頻響應）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctanH

12、Hff （相頻響應）（相頻響應）增益頻率函數(shù)增益頻率函數(shù)RC低通電路低通電路 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200812RC低通濾波電路頻率響應低通濾波電路頻率響應21A1Hffv 當 f fH 時oAv090Hff -1-1(- ) - ( )HHfffftgtg課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200813最大誤差最大誤差 -3dB頻率響應曲線描述幅頻響應幅頻響應2HH)/(11ffAV 1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008142. RC高通電路的頻率響應

13、高通電路的頻率響應RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：RCsssCRRsVsVsAV/1 /1)()()(ioL 幅頻響應幅頻響應2LL)/(11ffAV 相頻響應相頻響應)/(arctanLLff 輸出超前輸入輸出超前輸入RC高通電路高通電路 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008154.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型模型的引出模型的引出 rbe 發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻歸算到基極回路的電阻 Cbe 發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容rbc 集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻 Cbc 集電結(jié)電容集電結(jié)電容 rbb 基區(qū)的體電阻，基

14、區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點互導互導或跨導或跨導CECEEBCEBCmVViig vvBJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 幾十毫西課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200816ebcrerberbbrbcrc課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200817簡化模型簡化模型混合混合 形高頻小信號模型形高頻小信號模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008182. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時，混合低頻時，混合

15、 模型模型與與H參數(shù)參數(shù)模型等價模型等價ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrrVT溫度電壓當量課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200819又因為又因為ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H H參數(shù)參數(shù)模型等價模型等價受控電流源：特征頻率Q點上參數(shù)課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs20

16、0820三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型ebcrerberbbrbcrc三極管結(jié)構(gòu)：bCbeCbcCbc : 210pF(C)幾十到幾百pF(C)TmebfgC2=課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008213. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)由由H參數(shù)可知參數(shù)可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根據(jù)混合根據(jù)混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )j/1(|)j/1(|cbebebbeb CCrIV低頻時低頻時ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 當當cbm Cg 時，時，ebcbeb0)(j1 rCC 課件

17、下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200822幅頻響應幅頻響應H2H1( /)VSMVAAff相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 幅頻響應幅頻響應L2L1 (/)VSMVAAff相頻響應相頻響應)/(arctanLLff 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200823ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅頻響應的幅頻響應201)/(ff 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f特征頻率特征頻率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( Tfff 共基極截止頻率共基極截止頻率 f3. BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)arctanff 的相頻

18、響應的相頻響應 f (1 0)f f fT 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008244.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 形高頻等效電路形高頻等效電路課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008254.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 形高頻等效電路形高頻等效電路對節(jié)點對節(jié)點 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVVg 由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因為為稱為

19、稱為密勒電容密勒電容M1CcbLmebMj )1(1cb CRgIVZC 則則表示表示若用若用之間存在一個電容之間存在一個電容和和相當于相當于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能不能cb C忽略忽略 的電流。的電流。目標：斷開輸入輸出之間的連接目標：斷開輸入輸出之間的連接課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008264.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應cbLmM1)1( CRgC同理，在同理，在c、e之間也可以求得之間也可以求得一個等效電容一個等效電容CM2，且，且cbM2 CC等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系等

20、效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系1. 高頻響應高頻響應 形高頻等效電路形高頻等效電路課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008274.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 形高頻等效電路形高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgC 輸出回路的時間常數(shù)輸出回路的時間常數(shù)遠小于輸入回路時間常數(shù)，遠小于輸入回路時間常數(shù)，考慮高頻響應時可以忽略考慮高頻響應時可以忽略CM2的影響。的影響。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008284.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻

21、響應 形高頻等效電路形高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs|)|( rrRRRsbebsbebbeebs|VrRRrRrrV ebbbberrr 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008294.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率ebLmo VRgV由電路得由電路得soHVVAVS 電壓增益頻響電壓增益頻響其中其中RCf21H 中頻增益或通中頻增益或通帶源電壓增益帶源電壓增益上限頻率上限頻率sbebsbebbeebs|VrRRrRrrV RCrRRrRrrRg

22、 j11|bebsbebbeebLm)/j(1HMffAVS M1ebCCC ebbbbs|)|( rrRRRsebj11VRCV bebsbebbeebLmSM|rRRrRrrRgAV bebsbebbeL0|rRRrRrR 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008301. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率RC低通電路低通電路)/j(11HHffAV )/j(11HMHffAAVSVS 共射放大電路共射放大電路頻率響應曲線變化趨勢相同頻率響應曲線變化趨勢相同 180 arctan(f /fH) 相頻響應相頻響應幅頻響應幅頻響應2HMH)/(11lg20 |l

23、g20|lg20ffAAVSVS 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200831增益增益-帶寬積帶寬積RC21 BJT 一旦確定，一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)帶寬增益積基本為常數(shù)1. 高頻響應高頻響應HSMfAV cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm1|21|CRgCRRrrrRRrRrrRg bebsbebbeebLm|rRRrRrrRg 當當RbRs及及Rbrbe時，有時，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HSMfAV 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200832例題例題 解：解：模型參數(shù)為模型參數(shù)為例例4.7.1 設共射放大電路在室

24、溫下運行，其參數(shù)為：設共射放大電路在室溫下運行，其參數(shù)為：， 1ksR，pF5 . 000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr 。 k5cR負載開路，負載開路，Rb足夠大忽略不計。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。足夠大忽略不計。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。 mgTVIEmV26mA1 S 038. 0 ebrm0g S 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm2 CfgpF 8 .14 M1Ccbcm)1( CRgpF 7 .96 SMVAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CM1C pF 5111. 低頻電壓增益為低頻電壓增益為 R)(bb

25、s rReb| r k 77. 0又因為又因為所以上限頻率為所以上限頻率為 HfRC21MHz 85. 1 SMlg20VA51.133lg20 dB 5 .42 dB/lg20SVA課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008332. 低頻響應低頻響應低頻等效電路低頻等效電路極間電容視為開路，電路中的耦合電容、旁路電容的電抗增大。課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008342. 低頻響應低頻響應低頻等效電路低頻等效電路Rb=（Rb1 | Rb2）遠大于）遠大于R i ee1RC ，CeCb2 ceII R i課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200835e

26、b1eb11)1(CCCCC soSLVVAV )/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS besLSMrRRAV )(21bes1L1rRCf )(21Lcb2L2RRCf 中頻區(qū)中頻區(qū)(即通常內(nèi)即通常內(nèi))源電壓增益源電壓增益當當則則下限頻率取決于下限頻率取決于L1f2. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應 Lcb2bes1besL/ j11/ j11RRCrRCrRR L2L14 ff 當當課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200836)/j(1)/j(1 L2 L1MLffffAAVSVS 2. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應 下限頻率取決于下限頻率取決于L1f

27、當當 時，時，L2L14 ff 相頻響應相頻響應 180 arctan( fL1 / f) 180 arctan(fL1/f) 幅頻響應幅頻響應2L1ML)/(11lg20 |lg20|lg20ffAAVSVS )/j(11 L1MLffAAVSVS 課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008372. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應包含包含fL2的幅頻響應的幅頻響應課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs2008384.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應1. 共基極放大電路的高頻響應共基極放大電路的高頻響應高頻等效電路高頻等效電路課件下載：課件下載： 密碼：密碼：mndzjs200839高頻響應高頻響應ebm2 CgTf 特征頻率特征頻率1. 共基極放大電路的高頻響應共基極放大電路的高頻響應 H2H1SMSHffffAAj1j1VV ebeesH1|21CrRRf cbLH221CRf eeseeLmSM|RrRRrRgAV 其中其中由于由于re很小很小由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。