模擬電子技術(shù)第三章

1、3.7.1 概述3.7.2 RC電路的頻率響應(yīng)3.7.3 三極管的高頻小信號(hào)模型3.7.4 共射放大電路的頻率特性3.7.5 多級(jí)放大電路的頻率特性3. 7 放大電路的頻率特性 (Frequency Responses)一、一、頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)( (Frequency responses) )： 放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 二、二、頻率特性頻率特性( (Frequency responses characteristics)-)-VAfVAfAVAf3.7.1 概述放大器輸入信號(hào)放大器輸入信號(hào)頻率范圍頻率范圍：Frequency Range音頻音頻話音：話音：

2、300 - 3400300 - 3400HzHz 音樂(lè)：音樂(lè)：20 - 2020 - 20KHzKHz視頻視頻圖象：圖象：0 - 60 - 6MHzMHz幅幅( (magnitude) )頻特性頻特性相相( (phase) )頻特性頻特性三、典型三、典型頻率特性曲線頻率特性曲線( (Amplifier gain versus frequency) )1 1、VSMA：中頻放大倍數(shù)2、fL : 下限截止頻率（下邊頻） Lower cutoff frequency (Lower corner)3、fH : 上限截止頻率（上邊頻） Higher cutoff frequency (Upper cor

3、ner)4、 f =fH - fL : 通頻帶（Band Width）半功率點(diǎn)Low frequency rangeHigh frequency rangeMidband波特圖（波特圖（Bode plots）dB(decibel):分貝分貝 Au(db)=20logAuAu: 10 102 103 10-1 10-2 Au(db): 20 40 60 -20 -40 -321折線化(Asymptotic approximation)對(duì)數(shù)分度(logarithmic scales)（擴(kuò)大視野）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1、乘加 2、人耳對(duì)聲能的辨別能力與其對(duì)數(shù)成正比產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: :1.1.放大電路中存在

4、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、分布電容、極間電容等耦合電容、旁路電容、分布電容、極間電容等; ; 2.2.三極管的三極管的 ( ( ) )是頻率的函數(shù)。是頻率的函數(shù)。 低頻小信號(hào)模型不再適用低頻小信號(hào)模型不再適用幅頻失真相頻失真線性失真Linear distortion（組合失真）四、頻率失真（四、頻率失真（distortion) )設(shè)計(jì)電路時(shí)，要合適設(shè)計(jì)電路時(shí)，要合適選擇選擇耦合電容和旁路電容耦合電容和旁路電容3.7.2 RC電路的頻率響應(yīng)一、 RC低通電路 (Low-pass Network)二、 RC高通電路 (High-pass Network)

5、2H)(11ffAv arctg(Hff)頻頻率率特特性性曲曲線線2Hv)ff(1log20)db(A一、 RC低通電路RC+-io.VVhioffj11RCj11VVvA=傳遞函數(shù)(transfer function)為：模：相角：21RC21fh式中：上限截止頻率（上邊頻）頻頻率率特特性性曲曲線線傳遞函數(shù)為：模：相角：二、 RC高通電路f jf11RCj1RCjVVLiovA=21RC21fL式中：下限截止頻率（下邊頻）)arctg(90Loff2Lv)ff(1log20)db(A 2Lv)ff(11A3.7.3 三極管的高頻小信號(hào)模型一、混合一、混合型高頻小信號(hào)模型型高頻小信號(hào)模型 (

6、(Hybrid- Equivalent Circuit) )二、二、 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖所示。雙極型三極管 物理模型（1）物理模型rbe- re歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容，也用C這一符號(hào)Cbe-集電結(jié)電阻rbc -集電結(jié)電容，也用C這一符號(hào) Cbc rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。 - 發(fā)射結(jié)電阻 re一、混合一、混合型高頻小信號(hào)模型型高頻小信號(hào)模型 高頻混合型小信號(hào)模型電路圖（2）混合型微變等效電路簡(jiǎn)化：忽略rbc 、 rce低低頻頻時(shí)時(shí)（3）參數(shù)計(jì)算)mA(ImV26)1 (rrrrEbe bbbbe據(jù)e bbebbE

7、e brrr)mA(ImV26)1 (r得e be bbbe bmrVIIVg據(jù))mS(I5 .38mV26)mA(IrgCEe bm得是三極管的特征頻率另TTmff2ge bCobCc bC手冊(cè)上的是另（3）單向化 2Cjw1Z ,Cjw1Z,jwC1Z;VVVVK 1c b bc12據(jù)密勒定理K11ZZ,K1ZZ 2 1LCLLm bcR/RR RgVVKc bLmc b C)Rg1 (C)K1 (Cc bc b CC)K11 (C 可進(jìn)一步簡(jiǎn)化：C =Cbe+ C =Cbe+ (1+gmRL)Cbc0bcceVII圖 的等效電路 V.ce 0二、二、 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 的頻率響應(yīng)

8、的頻率響應(yīng))(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrg共發(fā)射極接法的截止頻率(beta cutoff frequency)ebm0rg中頻 由此可做出的幅頻特性和相頻特性曲線: 三極管的幅頻特性和相頻特性曲線圖當(dāng)=1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率fT (cutoff frequency) (unity-gain bandwidth) 當(dāng)20lg下降3dB時(shí),頻率f稱為共發(fā)射極接法的截止頻率ffjCCrjrg1)(10c be be be bm當(dāng) f = fT 時(shí), 有1)ff(1)f (2T0T因fT f ,所以, fT 0 f推導(dǎo)如下：fT0 f 二、 高頻段小信號(hào)等

9、效電路三、 低頻段小信號(hào)等效電路3.7.4 共射放大電路的頻率特性一、 全頻段小信號(hào)模型一、 全頻段小信號(hào)模型以共射放大電路為例，全頻段小信號(hào)模型如圖: CE接法基本放大電路 全頻段小信號(hào)等效電路頻率特性分析方法： 低、中、高低、中、高三頻段分段研究，結(jié)果疊加。前述電路分析默認(rèn)為中頻段！大C短，小C斷! 無(wú)頻率影響！)(bebeSLSbeLsMrRrRRRRRrRAiiiv CE接法基本放大電路 全頻段小信號(hào)等效電路大電容(C1, C2, Ce) 小電容(C 等)高頻段中頻段低頻段頻段Xc=1/jwC小大0 (短路) (開(kāi)路)0XcXc顯然這是一個(gè)RC低通環(huán)節(jié)低通環(huán)節(jié)，其時(shí)間常數(shù) H=(Rs

10、/Rb)+rbb /rbeC于是上限截止頻率fH=1/2H 。二、 高頻段小信號(hào)等效電路僅考慮C影響，C1、C2和Ce短路 高頻段小信號(hào)等效電路RC+-io.VVH推導(dǎo)過(guò)程：SSVrrRrVrrRRe bbbSe be bbbS)(HbeSLsMHsM21/111111RCfrRRAfjfAjwRCrRRrrRrjwCRjwCVRVgVVVVVVVVAvvbesLebbbsebebLebmsssebebosovh效等忽略RbH=(Rs /Rb)+rbb /rbeC (考慮Rb)fH=1/2HbeSLsMHsMs/11rRRAfjfAAvvv波特圖三、 低頻段小信號(hào)等效電路考慮C1、C2和Ce影

11、響，忽略C。 L1=RS +RiC1 L1=RS +(Rb /rbe)C1 L2=(Ro +RL)C2 L2=(Rc +RL)C2 L3=Re / (RS+rbe)/1+Ce 式中RS = RS/ Rb 低頻段小信號(hào)等效電路該電路有三個(gè)RC高通高通電路環(huán)節(jié)！fL=1/2LL2推導(dǎo)過(guò)程：效等jffARRjwCrRRrRIRRjwCRRRRIrRIjwCRRRRIVVALvLCbesLbesbLCLCLCbbesbLCLCbsovL/11)(11 1)()(11)()()(1)(2sM222)(212L2beSLsMLCvRRRCfrRRAfL2=1/2L2L2=(RC +RL)C2 =(Ro +

12、RL)C2fL1 fL3同理可求,則波特圖:確定fL1、fL2和fL3，分別做出三條曲線，然后相加。 本圖設(shè)：fL1fL2，并忽略fL3(小于fL2 45倍），得到：beSLsML3L2L1sMs/11/11/11rRRAjffjffjffAAvvvbeSLsML2L1sMs/11/11rRRAjffjffAAvvv單級(jí)放大電路波特圖綜合：總電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為beSLsMHL2L1sMs/11/11/11rRRAfjfjffjffAAvvv耦合電容耦合電容和和旁路電容旁路電容的選擇的選擇1.耦合電容耦合電容2.旁路電容旁路電容)ff()RR(RC)RR(RCRf21)103

13、(CCLO2iS1L21幾十幾)ff(1)r(R / ReRRf21) 31 (CbeSEELE幾百幾十幾點(diǎn)結(jié)論：3.三極管的結(jié)電容結(jié)電容和和分布電容分布電容是引起放大電路高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)的主要原因，上限截止頻率由高頻時(shí)間常數(shù)中較大的一個(gè)決定(fHmin)；2.放大電路的耦合電容耦合電容和和旁路電容旁路電容是引起低低頻頻響應(yīng)的主要原因，下限截止頻率主要由低頻時(shí)間常數(shù)中較小的一個(gè)決定(fLmax)；1.C：C1、C2、Ce、CR: 與各電容構(gòu)成回路的等效電阻值。RC21)f (fHL4.由于 )/(,)1 (CLcme be bRRgKCKC若電壓放大倍數(shù)K增加， C也增加，上限截止頻率就下降，通頻帶變窄。增益和帶寬是一對(duì)矛盾，所以常把增益帶寬積增益帶寬積作為衡量放大電路性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。若管子參數(shù)給定,則增益帶寬積增益帶寬積=常數(shù)常數(shù) gain-bandwidth product=constant5. CB組態(tài)放大電路由于輸入電容小，所以CB組態(tài)放大電路的上限截止頻率比CE組態(tài)要高許多。多級(jí)放大電路的頻率特性二、二、 波特圖波特圖一、頻率特性關(guān)系式一、頻率特性關(guān)系式n1kvk3v2v1vvAAAAA