模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 第六章 頻率響應(yīng)

1、6 6 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)6.1 6.1 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)6.2 6.2 單時(shí)間常數(shù)單時(shí)間常數(shù)RCRC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)6.3 6.3 共源和共射放大電路的低頻響應(yīng)共源和共射放大電路的低頻響應(yīng)6.4 6.4 共源和共射放大電路的高頻響應(yīng)共源和共射放大電路的高頻響應(yīng)6.5 6.5 共柵和共基、共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)共柵和共基、共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)6.6 6.6 擴(kuò)展放大電路通頻帶的方法擴(kuò)展放大電路通頻帶的方法6.7 6.7 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)* *6.8 6.8 單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)6.1 放大電路的頻率

2、響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)1、需要放大的信號(hào)通常都包含許多頻率成份。如話筒輸出的語(yǔ)、需要放大的信號(hào)通常都包含許多頻率成份。如話筒輸出的語(yǔ)音信號(hào)（音信號(hào)（20Hz20kHz ），衛(wèi)星電視信號(hào)（），衛(wèi)星電視信號(hào)（3.74.2GHz ）等。）等。2、放大電路中含有電抗元件或等效的電抗元件，導(dǎo)致對(duì)不同頻、放大電路中含有電抗元件或等效的電抗元件，導(dǎo)致對(duì)不同頻率的信號(hào)放大倍數(shù)和時(shí)延不同。若信號(hào)中不同的頻率成份不能率的信號(hào)放大倍數(shù)和時(shí)延不同。若信號(hào)中不同的頻率成份不能被放大電路同等地放大（包括時(shí)延），則會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象（稱(chēng)被放大電路同等地放大（包括時(shí)延），則會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象（稱(chēng)為線性失真或頻率失真）。為線性失真或頻

3、率失真）。兩個(gè)現(xiàn)實(shí)情況兩個(gè)現(xiàn)實(shí)情況 因此，放大電路對(duì)不同頻因此，放大電路對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)具有不同的放大率的輸入信號(hào)具有不同的放大能力，即增益是輸入信號(hào)頻率能力，即增益是輸入信號(hào)頻率的函數(shù)。的函數(shù)。放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)產(chǎn)生不同響應(yīng)的根本原因放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)產(chǎn)生不同響應(yīng)的根本原因 前兩章分析放大電路的性能指標(biāo)時(shí)，是假設(shè)電路中所有耦合電容前兩章分析放大電路的性能指標(biāo)時(shí)，是假設(shè)電路中所有耦合電容和旁路電容對(duì)信號(hào)頻率來(lái)說(shuō)都呈現(xiàn)非常小的阻抗而視為短路；和旁路電容對(duì)信號(hào)頻率來(lái)說(shuō)都呈現(xiàn)非常小的阻抗而視為短路；FET或或BJT的極間電容、電路中的負(fù)載電容及分布電容對(duì)信號(hào)頻率來(lái)說(shuō)都呈的極間電容、電路中

4、的負(fù)載電容及分布電容對(duì)信號(hào)頻率來(lái)說(shuō)都呈現(xiàn)非常大的阻抗而視為開(kāi)路。現(xiàn)非常大的阻抗而視為開(kāi)路。輸入輸入輸出輸出放大電路放大電路)( fAV 1、電抗元件的阻抗會(huì)隨信號(hào)頻率的變化而變化。、電抗元件的阻抗會(huì)隨信號(hào)頻率的變化而變化。2、放大電路中有耦合電容、旁路電容和負(fù)載電容，、放大電路中有耦合電容、旁路電容和負(fù)載電容，F(xiàn)ET或或BJT也存在也存在PN結(jié)電容，此外實(shí)際電路中還有分布電容。結(jié)電容，此外實(shí)際電路中還有分布電容。 放大電路典型的頻率響應(yīng)曲線放大電路典型的頻率響應(yīng)曲線阻容耦合單級(jí)共源放大阻容耦合單級(jí)共源放大電路的典型頻率響應(yīng)曲電路的典型頻率響應(yīng)曲線如圖所示，其中圖線如圖所示，其中圖a是是幅頻響應(yīng)

5、曲線，圖幅頻響應(yīng)曲線，圖b是相是相頻響應(yīng)曲線。一般有頻響應(yīng)曲線。一般有 fH fL如果信號(hào)的所有頻率成如果信號(hào)的所有頻率成份均落在通頻帶內(nèi)，則份均落在通頻帶內(nèi)，則基本上不會(huì)出現(xiàn)頻率失基本上不會(huì)出現(xiàn)頻率失真現(xiàn)象。真現(xiàn)象。 若已知信號(hào)的頻率成份，要設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的放大電路，最主要若已知信號(hào)的頻率成份，要設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的放大電路，最主要的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出頻率響應(yīng)的的任務(wù)就是設(shè)計(jì)出頻率響應(yīng)的fH和和fL。1、正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是分析頻率響應(yīng)的基本方法、正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)是分析頻率響應(yīng)的基本方法2、工程上常采用分段分析的簡(jiǎn)化方法。即分別分析放大電路的低頻響、工程上常采用分段分析的簡(jiǎn)化方法。即分別分析放大電路的低頻響應(yīng)

6、、中頻（通頻帶）響應(yīng)和高頻響應(yīng)，最后合成全頻域響應(yīng)。其中通頻應(yīng)、中頻（通頻帶）響應(yīng)和高頻響應(yīng)，最后合成全頻域響應(yīng)。其中通頻帶內(nèi)的響應(yīng)與頻率無(wú)關(guān)，就是前兩章放大電路性能指標(biāo)的分析結(jié)果。帶內(nèi)的響應(yīng)與頻率無(wú)關(guān)，就是前兩章放大電路性能指標(biāo)的分析結(jié)果。3、也可以用計(jì)算機(jī)輔助分析（如、也可以用計(jì)算機(jī)輔助分析（如Spice等）的方法，獲得放大電路精確等）的方法，獲得放大電路精確的頻率響應(yīng)曲線。的頻率響應(yīng)曲線。頻率響應(yīng)的分析方法頻率響應(yīng)的分析方法 研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。具體包括：應(yīng)。具體包括：1、頻率響應(yīng)的分析方法、

7、頻率響應(yīng)的分析方法2、影響放大電路頻率響應(yīng)的主要因素、影響放大電路頻率響應(yīng)的主要因素3、如何設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足信號(hào)頻帶要求的放大電路、如何設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足信號(hào)頻帶要求的放大電路4、各種組態(tài)放大電路頻率響應(yīng)特點(diǎn)、各種組態(tài)放大電路頻率響應(yīng)特點(diǎn)本章討論的主要內(nèi)容本章討論的主要內(nèi)容6.2 單時(shí)間常數(shù)單時(shí)間常數(shù)RC電路的電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)6.2.1 RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)6.2.2 RC低通電路的頻率響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng)6.2.1 RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)1. 增益的傳遞函數(shù)增益的傳遞函數(shù) R1 + iV oV C1 + RC 高通電路高通電路 11111ioL/1/1)()(

8、)(CRsssCRRsVsVsAV fsj2j 且令且令11L21CRf 又又則則)/j(11LioLffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2LL)/(11ffAV （幅頻響應(yīng)）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctanLLff （相頻響應(yīng)）（相頻響應(yīng)）2. 頻率響應(yīng)曲線描述頻率響應(yīng)曲線描述最大誤差最大誤差 -3dB時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Lff 1)/(112LL ffAVdB 01lg20lg20L VA時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Lff L2LL/)/(11ffffAV 0分貝水平線分貝水平線)/lg(20lg20LLffAV 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2LL)/(11ffAV 2. 頻率響應(yīng)

9、曲線描述頻率響應(yīng)曲線描述時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Lff 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Lff 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng) 0L 90L 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) Lff 45L 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) 100.1 LLfff 十十倍倍頻頻的的直直線線斜斜率率為為/45 VVAVVAio低頻時(shí)，輸出超前輸入低頻時(shí)，輸出超前輸入因?yàn)橐驗(yàn)閕o 表示輸出與表示輸出與所以所以輸入的相位差。輸入的相位差。)/(arctanLLff 6.2.2 RC低通電路的頻率響應(yīng)低通電路的頻率響應(yīng) R2 + iV oV C2 + RC 低通電路低通電路 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HH)/(11ffAV 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng))/(arctanHHff 1. 增益的傳遞函數(shù)增益的傳遞函數(shù)22222i

10、oH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV 22H21CRf R2 + iV oV C2 + RC 低通電路低通電路 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HH)/(11ffAV 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng))/(arctanHHff 輸出滯后輸入輸出滯后輸入2. 頻率響應(yīng)曲線頻率響應(yīng)曲線6.3 共源和共射放大電路的低共源和共射放大電路的低頻響應(yīng)頻響應(yīng)6.3.1 共源放大電路的低頻響應(yīng)共源放大電路的低頻響應(yīng)6.3.2 共射放大電路的低頻響應(yīng)共射放大電路的低頻響應(yīng)6.3.1 共源放大電路的低頻響應(yīng)共源放大電路的低頻響應(yīng)1. 增益的傳遞函數(shù)增益的傳遞函數(shù) 低頻區(qū)內(nèi)，電路中的耦合電容、低頻區(qū)內(nèi)，電路中的耦合電容、旁

11、路電容的阻抗增大，不能再視為旁路電容的阻抗增大，不能再視為短路。短路。低頻小信號(hào)等效電路低頻小信號(hào)等效電路g2g1g| RRR 為簡(jiǎn)化分析，設(shè)低頻區(qū)內(nèi)，有為簡(jiǎn)化分析，設(shè)低頻區(qū)內(nèi)，有低頻小信號(hào)等效電路低頻小信號(hào)等效電路ss1RC 則則Rs可作開(kāi)路處理可作開(kāi)路處理定性討論定性討論 Cb1所在的輸入回路所在的輸入回路構(gòu)成的是構(gòu)成的是RC高通電路高通電路 b11C Rg上的電壓上的電壓 |gsV輸入回路輸入回路 輸出回路也是高通電路，不過(guò)不是簡(jiǎn)單的單時(shí)間常數(shù)輸出回路也是高通電路，不過(guò)不是簡(jiǎn)單的單時(shí)間常數(shù)RC高通電路。高通電路。 |oV和和s1C b21C 輸出回路輸出回路由電路可列出方程由電路可列出方

12、程由前兩個(gè)方程得由前兩個(gè)方程得sb1gsiggj1VCRRRV gsmsggsj1VgCVV gsmb2LddLoj1VgCRRRRV sb1gsigsmgsmj1j111VCRRRCgVg 代入第代入第3 3個(gè)方程得源電壓增益?zhèn)€方程得源電壓增益 b1gsigsmb2LddLsoSLj1j111j1CRRRCgCRRRRVVAV b1gsismb2LdsiggLdm)(j111j11)(j111)|(CRRCgCRRRRRRRg 令令 b1gsismb2LdsiggLdmSL)(j111j11)(j111)|(CRRCgCRRRRRRRgAV siggLdmSM)|(RRRRRgAV b1gs

13、iL1)(21CRRf smL22Cgf b2LdL3)(21CRRf f2 且且通帶內(nèi)（中頻）增益，與頻率無(wú)關(guān)通帶內(nèi)（中頻）增益，與頻率無(wú)關(guān)Cb1引起的下限截止頻率引起的下限截止頻率Cs引起的下限截止頻率引起的下限截止頻率Cb2引起的下限截止頻率引起的下限截止頻率其中其中第第1項(xiàng)是與頻率無(wú)關(guān)的通帶內(nèi)源電壓增益項(xiàng)是與頻率無(wú)關(guān)的通帶內(nèi)源電壓增益后三項(xiàng)分別是后三項(xiàng)分別是3個(gè)與個(gè)與6.2節(jié)節(jié)RC高通電路相同的低頻響應(yīng)。高通電路相同的低頻響應(yīng)。 可見(jiàn)共源放大電路的低頻響應(yīng)是由可見(jiàn)共源放大電路的低頻響應(yīng)是由3個(gè)個(gè)RC高通電路共同作高通電路共同作用的結(jié)果用的結(jié)果。則則)/j(11)/j(11)/j(11L

14、3L2L1SMSLffffffAAVV 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)3個(gè)下限截止頻率個(gè)下限截止頻率fL1、fL2和和fL3之間相距之間相距較遠(yuǎn)（較遠(yuǎn)（4倍以上），可以只考慮起主要作用的截止頻率的影響。倍以上），可以只考慮起主要作用的截止頻率的影響。例如有例如有fL2 4 fL1，fL1 fL3，則上式簡(jiǎn)化為，則上式簡(jiǎn)化為 )/j(11L2SMSLffAAVV 2. 增益的頻率響應(yīng)波特圖增益的頻率響應(yīng)波特圖2L2SMSL)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVV )/arctan(180L2ff siggLdmSM)|(RRRRRgAV 水平線不水平線不是是0 dBf fL2時(shí)，相頻

15、響應(yīng)為時(shí)，相頻響應(yīng)為-180 ，反映了，反映了通帶內(nèi)輸出與輸入的反相關(guān)系通帶內(nèi)輸出與輸入的反相關(guān)系 若想盡可能降低下限截止頻率，則需要盡可能選擇大的若想盡可能降低下限截止頻率，則需要盡可能選擇大的旁路電容旁路電容Cs和耦合電容和耦合電容Cb1、Cb2。但這種改善是很有限的，因。但這種改善是很有限的，因此在信號(hào)頻率很低的使用場(chǎng)合，可考慮用直接耦合方式。此在信號(hào)頻率很低的使用場(chǎng)合，可考慮用直接耦合方式。)/j(11)/j(11)/j(11L3L2L1SMSLffffffAAVV b1gsiL1)(21CRRf smL22Cgf b2LdL3)(21CRRf 6.3.2 共射放大電路的低頻響應(yīng)共射放

16、大電路的低頻響應(yīng)1. 增益的傳遞函數(shù)增益的傳遞函數(shù)低頻小信號(hào)等效電路低頻小信號(hào)等效電路Rb=（Rb1 | Rb2）遠(yuǎn)大于）遠(yuǎn)大于R i ee1RC R i定性討論定性討論輸入回路構(gòu)成的是輸入回路構(gòu)成的是RC高通電路高通電路 b21C |bI輸入回路輸入回路和和b11C e1C 輸出回路輸出回路 |oV輸出回路也是高通電路輸出回路也是高通電路由第由第2 2個(gè)方程得個(gè)方程得由電路可列出方程由電路可列出方程sebbeb1sibj1)1()j1(VCIrCRI bb2LccLoj1ICRRRRV s1besibj11VCrRI 其中其中eb1eb11)1(CCCCC 代入第代入第1 1個(gè)方程得源電壓增

17、益?zhèn)€方程得源電壓增益 1besib2LcLcsoSLj11j1CrRCRRRRVVAV 1besib2LcbesibebeLc)(j111)(j111)|(CrRCRRrRrrRR 1besib2LcbesibebeLcsoSL)(j111)(j111)|(CrRCRRrRrrRRVVAV 令令besibebeLcSM)|(rRrrRRAV 1besiL1)(21CrRf b2LcL2)(21CRRf f2 且且通帶內(nèi)（中頻）增益，與頻率無(wú)關(guān)通帶內(nèi)（中頻）增益，與頻率無(wú)關(guān)由由Cb1和和Ce引起的引起的下限截止頻率下限截止頻率Cb2引起的下限截止頻率引起的下限截止頻率eb1eb11)1(CCCC

18、C 其中其中第第1項(xiàng)是與頻率無(wú)關(guān)的通帶內(nèi)源電壓增益項(xiàng)是與頻率無(wú)關(guān)的通帶內(nèi)源電壓增益后兩項(xiàng)分別是后兩項(xiàng)分別是2個(gè)與個(gè)與6.2節(jié)節(jié)RC高通電路相同的低頻響應(yīng)。高通電路相同的低頻響應(yīng)。 可見(jiàn)共射放大電路的低頻響應(yīng)是由可見(jiàn)共射放大電路的低頻響應(yīng)是由2個(gè)個(gè)RC高通電路共同作高通電路共同作用的結(jié)果。其中用的結(jié)果。其中fL1與與Cb1和和Ce兩個(gè)電容有關(guān)。兩個(gè)電容有關(guān)。則則)/j(11)/j(11L2L1SMSLffffAAVV 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)2個(gè)下限截止頻率個(gè)下限截止頻率fL1和和fL2之間相距較遠(yuǎn)之間相距較遠(yuǎn)（4倍以上），可以只考慮起主要作用的截止頻率的影響。例如倍以上），可以只考慮起

19、主要作用的截止頻率的影響。例如有有fL1 4 fL2，則上式簡(jiǎn)化為，則上式簡(jiǎn)化為 )/j(11L1SMSLffAAVV besiLcSM)|(rRRRAV 2. 增益的頻率響應(yīng)波特圖增益的頻率響應(yīng)波特圖2L1SMSL)/(11lg20|lg20|lg20ffAAVV )/arctan(180L1ff 水平線不水平線不是是0 dBf fL1時(shí)，相頻響應(yīng)為時(shí)，相頻響應(yīng)為-180 ，反映了，反映了通帶內(nèi)輸出與輸入的反相關(guān)系通帶內(nèi)輸出與輸入的反相關(guān)系包含包含fL2的幅頻響應(yīng)的幅頻響應(yīng) 若想盡可能降低下限截止頻率，則需要盡可能選擇大的若想盡可能降低下限截止頻率，則需要盡可能選擇大的旁路電容旁路電容Ce和

20、耦合電容和耦合電容Cb1、Cb2。但這種改善是很有限的，因。但這種改善是很有限的，因此在信號(hào)頻率很低的使用場(chǎng)合，可考慮用直接耦合方式。此在信號(hào)頻率很低的使用場(chǎng)合，可考慮用直接耦合方式。)/j(11)/j(11L2L1SMSLffffAAVV 1besiL1)(21CrRf b2LcL2)(21CRRf eb1eb11)1(CCCCC 小結(jié)小結(jié) （1）通過(guò)對(duì)共源和共射放大電路低頻響應(yīng)的分析看到，影）通過(guò)對(duì)共源和共射放大電路低頻響應(yīng)的分析看到，影響低頻響應(yīng)的主要因素是旁路電容和耦合電容。若想盡可能降響低頻響應(yīng)的主要因素是旁路電容和耦合電容。若想盡可能降低放大電路的下限截止頻率，則盡量選用容量較大的

21、旁路電容低放大電路的下限截止頻率，則盡量選用容量較大的旁路電容和耦合電容，其它組態(tài)的放大電路有類(lèi)似的結(jié)論。和耦合電容，其它組態(tài)的放大電路有類(lèi)似的結(jié)論。 （2）以上分析過(guò)程均假設(shè)電路滿(mǎn)足一定條件，進(jìn)行了簡(jiǎn)化）以上分析過(guò)程均假設(shè)電路滿(mǎn)足一定條件，進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，實(shí)際上通過(guò)處理，實(shí)際上通過(guò)SPICE仿真可以得到更精確的分析結(jié)果。仿真可以得到更精確的分析結(jié)果。 （3）通過(guò)選用大容量電容降低下限截止頻率的效果通常是）通過(guò)選用大容量電容降低下限截止頻率的效果通常是有限的，因此在信號(hào)頻率很低的場(chǎng)合，可考慮采用直接耦合的有限的，因此在信號(hào)頻率很低的場(chǎng)合，可考慮采用直接耦合的放大電路。放大電路。6.4 共源和共

22、射放大電路共源和共射放大電路的高頻響應(yīng)的高頻響應(yīng)6.4.1 MOS管的高頻小信號(hào)模型及單位增管的高頻小信號(hào)模型及單位增益頻率益頻率fT6.4.2 共共源放大電路的高頻響應(yīng)源放大電路的高頻響應(yīng)6.4.3 BJT的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)6.4.4 共共射放大電路的高頻響應(yīng)射放大電路的高頻響應(yīng)6.4.1 MOS管的高頻小信號(hào)模型及單位增益頻率管的高頻小信號(hào)模型及單位增益頻率fT 1. MOS管的高頻小信號(hào)模型管的高頻小信號(hào)模型Cgs柵柵- -源電容源電容Cgd柵柵- -漏電容漏電容Csb源源- -襯底電容襯底電容Cdb漏漏- -襯底電容襯底電容 多數(shù)情況下，多數(shù)情況下，M

23、OS管的源極和襯底連在一起，此時(shí)管的源極和襯底連在一起，此時(shí)Csb被短路，被短路，而而Cdb變?yōu)樽優(yōu)镃ds。 當(dāng)信號(hào)頻率處于高頻區(qū)時(shí)，當(dāng)信號(hào)頻率處于高頻區(qū)時(shí)，F(xiàn)ET或或BJT的極間電容的阻抗將減的極間電容的阻抗將減小，不能再視為開(kāi)路，需考慮它們小，不能再視為開(kāi)路，需考慮它們帶來(lái)的影響。帶來(lái)的影響。 s g d B 襯底引線襯底引線 N N VGG 耗盡層耗盡層 P VDD 其中其中Cgs的典型值為的典型值為0.10.5pF，Cgd的典型值為的典型值為0.010.04 pF及及Cds通常小于通常小于1pF，rds為為(104106) 。一般可從數(shù)據(jù)手冊(cè)上獲得這些參數(shù)。一般可從數(shù)據(jù)手冊(cè)上獲得這些參

24、數(shù)。Cgs柵柵- -源電容源電容Cgd柵柵- -漏電容漏電容Cds漏漏- -源電容源電容 襯底與源極并接時(shí)的高頻小襯底與源極并接時(shí)的高頻小信號(hào)模型（也稱(chēng)為信號(hào)模型（也稱(chēng)為 模型）模型）2. 單位增益頻率單位增益頻率fTfT 共源組態(tài)、負(fù)載短路時(shí)共源組態(tài)、負(fù)載短路時(shí)電流增益等于電流增益等于1對(duì)應(yīng)的頻率（也對(duì)應(yīng)的頻率（也稱(chēng)為特征頻率）稱(chēng)為特征頻率）rds和和Cds被短路被短路gdgsgsmgsmoj1gdCVVgIVgIC Cgd較小，在所關(guān)心的頻率范較小，在所關(guān)心的頻率范圍內(nèi)，該支路電流遠(yuǎn)小于受控源圍內(nèi)，該支路電流遠(yuǎn)小于受控源中的電流，所以可以忽略。中的電流，所以可以忽略。 gsgdgsgdgs

25、gsgsi)(jj1j1VCCCVCVI gsgdgsmjVCVg gsmoVgI 又又電流增益電流增益)(jgdgsmioSCCgIIAI )(j2gdgsmCCfg fT與與gm成正比，與成正比，與MOS管結(jié)電容成反比。管結(jié)電容成反比。fT越大，越大，MOS管的高頻管的高頻性能越好，由它構(gòu)成的放大電路的上限頻率就越高。早期以微米技術(shù)性能越好，由它構(gòu)成的放大電路的上限頻率就越高。早期以微米技術(shù)制造的制造的MOS管的管的fT約為約為100MHz，現(xiàn)在以高速技術(shù)制造的，現(xiàn)在以高速技術(shù)制造的MOS管的管的fT約約為幾個(gè)為幾個(gè)GHz。 )(j2gdgsmSCCfgAI 由由)(j21gdgsTmCC

26、fg 得得)(2gdgsmTCCgf 6.4.2 共源放大電路的高頻響應(yīng)共源放大電路的高頻響應(yīng)1. 高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路g2g1g| RRR 其中其中LdL| RRR 定性討論定性討論Cgs在輸入回路構(gòu)成低通電路在輸入回路構(gòu)成低通電路 gs1C |gsV輸入回路輸入回路 |oV和和gd1C ds1C 輸出回路輸出回路輸出回路也是低高通電路輸出回路也是低高通電路2. 電路簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)化將將Cgs左側(cè)電路進(jìn)行電源等效變換左側(cè)電路進(jìn)行電源等效變換其中其中sgsigsVRRRV 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，作如下假設(shè)：為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，作如下假設(shè)：LdsRr Lds1RC ，得簡(jiǎn)化后的電路得簡(jiǎn)化后的電路gsi

27、si| RRR 3. 密勒電容密勒電容對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn) d 列列KCL得得0j )(gdgsoLogsm CVVRVVg 由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，所以可以忽略的以可以忽略的Cgd分流，得分流，得gsLmoVRgV gdogsgdj )( CVVI 而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能忽略的不能忽略的Cgd分流分流gdLmgsj )1(CRgV 稱(chēng)為稱(chēng)為密勒電容密勒電容M1CgdLmgdgsMj )1(1CRgIVZ ZM相當(dāng)于相當(dāng)于g和和s之間存在一個(gè)電容，若用之間存在一個(gè)電容，若用CM1表示，則表示，則gdLmM1)1(CRgC gdLmM1)1(C

28、RgC 同理，在同理，在d、s之間也可以求得之間也可以求得一個(gè)等效電容一個(gè)等效電容CM2，且，且gdM2CC 得等效后的電路得等效后的電路再設(shè)再設(shè)M1M2CCM1gsCCC 且且得最后簡(jiǎn)化電路得最后簡(jiǎn)化電路gdLmM1)1(CRgC 同理，在同理，在d、s之間也可以求得之間也可以求得一個(gè)等效電容一個(gè)等效電容CM2，且，且gdM2CC 得等效后的電路得等效后的電路再設(shè)再設(shè)M1M2CCM1gsCCC 且且4. 高頻響應(yīng)和上限頻率高頻響應(yīng)和上限頻率gdLmM1)1(CRgC 輸入回路是輸入回路是RC低通電路低通電路M1gsCCC LgsmoRVgV 由電路得由電路得ssigs)j/(1)j/(1VC

29、RCV sgsigsVRRRV gsisi| RRR LdL| RRR soSHVVAV 得得)/j(1HSMffAV CRRRRRgsigsigLmj11 其中其中上限截上限截止頻率止頻率gsigLmSMRRRRgAV 通帶內(nèi)源通帶內(nèi)源電壓增益電壓增益CRfsiH21 )/j(1HSMSHffAAVV gsigLmSMRRRRgAV 180 arctg(f/fH) 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2HSMSH)/(11lg20 |lg20|lg20ffAAVV RC低通電路低通電路幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)常數(shù)項(xiàng)常數(shù)項(xiàng)共源通帶增共源通帶增益的相位益的相位gsigLmSMRRRRgAV CRfsiH21

30、 只要求得通帶增益和上限截只要求得通帶增益和上限截止頻率，便可畫(huà)出波特圖止頻率，便可畫(huà)出波特圖gdLmgs)1(CRgCC gsisi| RRR LdL| RRR C 由上述關(guān)系看出由上述關(guān)系看出 LR |SMVA Hf增益越高，增益越高，Cgd產(chǎn)生的產(chǎn)生的密勒電容也越大，上密勒電容也越大，上限截止頻率越低限截止頻率越低增益和帶寬增益和帶寬相互制約相互制約gdLmgs)1(CRgCC gsisi| RRR LdL| RRR 5. 增益增益-帶寬積帶寬積一般放大電路有一般放大電路有 fH fL ， 則帶寬則帶寬BWfH fL fHHSMfAV gsigLmRRRRg CRsi21 gsigLmR

31、RRRg )1(2gdLmgsgsigsiCRgCRRRR 若有若有 ， 1gsgdLmCCRg 1LmRg)1(2gdLmgssiLmCRgCRRg 則則 gdsiHSM21CRfAV MOS管一旦確定，對(duì)相同的信號(hào)源管一旦確定，對(duì)相同的信號(hào)源 增益增益- -帶寬積基本為常數(shù)帶寬積基本為常數(shù)# # 如何提高帶寬？如何提高帶寬？ 為簡(jiǎn)化分析，上述分析過(guò)程對(duì)電路做了一些假設(shè)，盡為簡(jiǎn)化分析，上述分析過(guò)程對(duì)電路做了一些假設(shè)，盡管如此，其分析結(jié)果仍能符合大多數(shù)實(shí)際情況。管如此，其分析結(jié)果仍能符合大多數(shù)實(shí)際情況。 使用使用CAD（如（如SPICE）工具很容易獲得更精確的分析）工具很容易獲得更精確的分析結(jié)

32、果。結(jié)果。6.4.3 BJT的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)的高頻小信號(hào)模型及頻率參數(shù)1. BJT的高頻小信號(hào)模型的高頻小信號(hào)模型 rbe-發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射結(jié)電阻re折算到基折算到基極回路的電阻極回路的電阻 - -發(fā)射結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容 - -集電結(jié)電阻集電結(jié)電阻 - -集電結(jié)電容集電結(jié)電容 rbb -基區(qū)的體電阻，基區(qū)的體電阻，b是假是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。互導(dǎo)互導(dǎo)CECEEBCEBCmVVvivig 高頻區(qū)通常有高頻區(qū)通常有ebeb1 Cr cbcb1 Cr ，模型簡(jiǎn)化為模型簡(jiǎn)化為2. 模型參數(shù)模型參數(shù)E0eb)1(IVrT ebbebb rrrTmeb2 fgC 從手冊(cè)中查出從

33、手冊(cè)中查出 TcbfC和和 TVIrgEeb0m （與頻率無(wú)關(guān)）（與頻率無(wú)關(guān)）# # 與信號(hào)頻率有關(guān)嗎與信號(hào)頻率有關(guān)嗎？ c + - - + - - gm e b bb r bI eb r eb C eb V eb V b cI ceV cb C 0bcce VII 由電路有由電路有ebcbebmcj VCVgI 低頻時(shí)低頻時(shí)ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 當(dāng)當(dāng)cbm Cg 時(shí)，時(shí)，ebcbeb0)(j1 rCC j ebcb VC ebcbebebebebbjjVCVCrVI 3. 的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng))/( j10ff 其中其中ebcbeb)(2

34、1 rCCf幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)20)/(1ff 0Tff arctgff 相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)將將 f =fT帶入幅頻響應(yīng)帶入幅頻響應(yīng)2T0)/(11ff T0/ ff 所以所以ebcbeb)(21 rCCebm rg4. 的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)ebcbeb)(21 rCCf共發(fā)射極共發(fā)射極 的的截止頻率截止頻率f特征頻率特征頻率TfTfff 共基極共基極 的的截止頻率截止頻率 ff = (1+ 0 ) f f fT 另外另外根據(jù)根據(jù)所以所以 1 1可得可得ebm0T2 Cgff6.4.4 共射放大電路的高頻響應(yīng)共射放大電路的高頻響應(yīng)1. 高頻等效電路高頻等效電路6.4.4 共射放大電路的高頻響應(yīng)共射

35、放大電路的高頻響應(yīng)1. 高頻等效電路高頻等效電路與共源放大電路類(lèi)似也可求出與共源放大電路類(lèi)似也可求出密勒電容，得到等效電路密勒電容，得到等效電路cbLmM1)1( CRgCcbM2 CC2. 高頻響應(yīng)和上限頻率高頻響應(yīng)和上限頻率其中其中RCf21 H 通帶源電通帶源電壓增益壓增益上限截止頻率上限截止頻率soSHVVAV RCrRRrRrrRg j11|bebsibebbeebLm )/j(1HSMffAV bebsibebbeebLmSM|rRRrRrrRgAV isiibeL0RRRrR M1ebCCC ebbbbsi|)|( rrRRR類(lèi)似地求得源電壓增益響應(yīng)類(lèi)似地求得源電壓增益響應(yīng)beb

36、i|rRR cbLmM1)1( CRgCRCf21 H )/j(1HSMSHffAAVV isiibeL0SMRRRrRAV M1ebCCC ebbbbsi|)|( rrRRRbebi|rRR cbLmM1)1( CRgC 3dB 0 0.1fH fH 10fH f/Hz -20dB/十倍頻程十倍頻程 f/Hz -45 /十倍頻程十倍頻程 -180 -270 0 20lg|AVSH| /dB 20lg|AVSM| -225 與共源放大電路類(lèi)似與共源放大電路類(lèi)似 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(yùn)行，其參數(shù)為：設(shè)共射放大電路在室溫下運(yùn)行，其參數(shù)為：， 1ksR，pF

37、5 . 000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr 。 k5cR負(fù)載開(kāi)路，負(fù)載開(kāi)路，Rb足夠大忽略不計(jì)。試計(jì)算它的低頻電壓增益和上限頻率。足夠大忽略不計(jì)。試計(jì)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 VSMAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CM1C pF 5 .111 低頻電壓增益為低頻電壓增益為 R)(bbs rReb| r k 77. 0又因?yàn)橛忠驗(yàn)樗陨舷揞l率為所以上限頻率為

38、 HfRC21MHz 85. 1 VSMlg20A51.133lg20 dB 5 .42 6.5 共柵和共基、共漏和共集共柵和共基、共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)放大電路的高頻響應(yīng)6.5.1 共柵和共基放大電路的高頻響應(yīng)共柵和共基放大電路的高頻響應(yīng)6.5.2 共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)6.5.1 共柵和共基放大電路的高頻響應(yīng)共柵和共基放大電路的高頻響應(yīng)1. 高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路 ds的的影影響響忽忽略略 r bb的的影影響響忽忽略略 r2. 高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)共柵放大電路的共柵放大電路的Cds均均共基放大電路無(wú)跨接在輸入輸出之間的電容，所以無(wú)密勒電容效

39、共基放大電路無(wú)跨接在輸入輸出之間的電容，所以無(wú)密勒電容效應(yīng)，上限頻率高于共射放大電路。應(yīng)，上限頻率高于共射放大電路。6.5.2 共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)共漏和共集放大電路的高頻響應(yīng)1. 高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路2. 高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 雖然雖然Cgs和和Cbe都會(huì)產(chǎn)生密勒效應(yīng)，但是應(yīng)為兩電路的增益均都會(huì)產(chǎn)生密勒效應(yīng)，但是應(yīng)為兩電路的增益均小于等于小于等于1，所以它們的密勒電容都很小，上限頻率遠(yuǎn)高于同等，所以它們的密勒電容都很小，上限頻率遠(yuǎn)高于同等工作條件下共源和共射放大電路。工作條件下共源和共射放大電路。6.6 擴(kuò)展放大電路通頻帶的方法擴(kuò)展放大電路通頻帶的方法 擴(kuò)展放大電路的通頻

40、帶是指降低下限頻率和提高上限頻率。采擴(kuò)展放大電路的通頻帶是指降低下限頻率和提高上限頻率。采用直接耦合的方式可以將下限頻率降至零，而提高上限頻率通常有用直接耦合的方式可以將下限頻率降至零，而提高上限頻率通常有三種方法，即將不同組態(tài)的放大電路級(jí)聯(lián)組合、外接補(bǔ)償元件、采三種方法，即將不同組態(tài)的放大電路級(jí)聯(lián)組合、外接補(bǔ)償元件、采用負(fù)反饋。此處只討論第一種方法。用負(fù)反饋。此處只討論第一種方法。 將不同組態(tài)的放大電路級(jí)聯(lián)組合，可以減小前級(jí)密勒電容將不同組態(tài)的放大電路級(jí)聯(lián)組合，可以減小前級(jí)密勒電容CM1= (1+gmR L)Cgd（或（或CM1= (1+gmR L)Cbc）中）中R L的值，從而減小的值，從

41、而減小CM1，提，提高上限頻率，損失的增益由后級(jí)補(bǔ)償，共源高上限頻率，損失的增益由后級(jí)補(bǔ)償，共源共基組合電路便是一例。共基組合電路便是一例。 另外，通過(guò)放大電路級(jí)聯(lián)組合，還可以減小后級(jí)另外，通過(guò)放大電路級(jí)聯(lián)組合，還可以減小后級(jí)CRfsiH21 中等效信號(hào)源內(nèi)阻中等效信號(hào)源內(nèi)阻R si的值，從而提高的值，從而提高fH，如共集，如共集 共射組合電路。共射組合電路。6.7 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) Ri1 Ro1 1io1VAV - + 1iV - + Ri2 Ro2 RL i22oVAV - + o1V - + oV - + 1. 多級(jí)放大電路的增益多級(jí)放大電路的增益)j ()

42、j ()j (io VVAV )j ()j ()j ()j ()j ()j (-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j ()j ()j (21 VnVVAAA 前級(jí)的開(kāi)路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓前級(jí)的開(kāi)路電壓是下級(jí)的信號(hào)源電壓 前級(jí)的輸出阻抗是下級(jí)的信號(hào)源阻抗前級(jí)的輸出阻抗是下級(jí)的信號(hào)源阻抗 下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載下級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載2. 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) 多級(jí)放大電多級(jí)放大電路的通頻帶比路的通頻帶比構(gòu)成它的任何構(gòu)成它的任何一級(jí)都窄。一級(jí)都窄。（以?xún)杉?jí)為例）（以?xún)杉?jí)為例）則單級(jí)的上下限頻率處的增益為則單級(jí)的上下限頻率處的增益為當(dāng)兩級(jí)增益和頻帶均相同時(shí)，當(dāng)兩級(jí)增益和頻帶