第五章 放大器頻率響應(yīng)

第五章頻率響應(yīng)

放大器要放大的信號通常不是一個單一頻率的正弦波。而是由許多頻率成分組合起來的復(fù)雜波形。由于放大電路中電抗元件與晶體管極間電容的存在，對不同頻率的信號，放大器增益的大小和相位都不同。用復(fù)數(shù)可表示為：A(jω)=A(ω)ejφ(ω)A(ω)和φ(ω)為增益的模和相角，都是頻率的函數(shù)，前者為幅頻特性，后者為相頻特性共同用來表示放大器對不同頻率正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性。§5-1頻率特性一.阻容耦合放大器頻率特性它在一個較寬的頻率范圍內(nèi)響應(yīng)曲線是平坦的即增益模不隨信號頻率變化

計算時，中頻區(qū)電抗元件的作用可忽略不計相應(yīng)的等效電路是電阻性網(wǎng)絡(luò).這個頻率范圍稱為中頻區(qū)對應(yīng)的增益稱為中頻增益

基本不隨頻率變化耦合電容旁路電容結(jié)電容分布電容(相頻)(幅頻)§5-1頻率特性中頻段：放大器增益的幅值與相角均為與頻率無關(guān)的常數(shù)低頻段：增益下降原因是由于耦合電容、旁路電容的存在。在直接耦合放大器中，其中頻區(qū)可延伸到零頻率上高頻段：增益下降原因是由于晶體管結(jié)電容影響,使β隨f的增加而下降2.上、下限頻率定義為頻率變化時增益的幅值下降到中頻增益時所對應(yīng)的頻率。即A(fH)=AI/；A(fL)=AI/§5-1頻率特性3.通頻帶f0.7=fH-fL=BW

4.增益帶寬積GBW=AIf0.7頻率特性的特征參數(shù)1.中頻增益的幅值A(chǔ)I和相角φI§5-1頻率特性基本因子（波特圖）A§5-1頻率特性§5-1頻率特性(ω1為極點(diǎn)頻率)§5-2單級放大器的頻率特性一.晶體三極管的頻率參數(shù)這些參數(shù)是評價晶體管的高頻特性的特征參數(shù)1．fβ和fTfβ---β的截止頻率fT----

晶體管的特征頻率由于結(jié)電容的影響，晶體管的共發(fā)電流放大系數(shù)β是頻率的函數(shù)（c-e極之間短路）其中：§5-2單級放大器的頻率特性β0是低頻時的共發(fā)短路電流放大系數(shù)，因?yàn)閞b’e與ICQ有關(guān)，所以ωβ也與ICQ有關(guān)，即ICQ↑→ωβ

↑討論：(1)當(dāng)ω<<ωβ時，β(ω)=β0(2)ω↑→β(ω)↓§5-2單級放大器的頻率特性所以把當(dāng)所對應(yīng)的角頻率稱為β的截止角頻率ωβ

（3）當(dāng)時（4）定義：下降到時所對應(yīng)的角頻率稱為晶體管的特征角頻率ωT

——表示晶體管喪失放大能力時的極限角頻率§5-2單級放大器的頻率特性2.ωT也與ICQ有關(guān)（gm=38.5ICQ，

ICQ↑ωT↑

）α的截止角頻率

§5-2單級放大器的頻率特性二．共射放大器的頻率特性1.放大器的高頻等效電路及模型簡化

(1)密勒定理

對于一個輸入輸出端跨接了阻抗Z的四端網(wǎng)絡(luò),可用并聯(lián)在輸入和輸出端的兩個等效阻抗Z1、Z2來替代§5-2單級放大器的頻率特性則同理§5-2單級放大器的頻率特性<2>晶體管單向化近似模型

晶體管等效電路中，Cb’c是跨接在輸入輸出端的電容用密勒定理可把它等效到輸入、輸出端Cb’c很小，1/ωCb’c很大，可忽略流過Cb’c的電流A=Vo/Vb’e=-gmVb’eRL’/Vb’e=-gmRL’§5-2單級放大器的頻率特性=Cb'e(1+ωTCb'cRL’)=DCb'eRL’=Rc//RLY1=jωCb'c[1-A]=jωCM1Y2=jωCb'c[1-1/A]=jωCM2CM1=(1+gmRL’)Cb'c=gmRL'Cb'cCM2=Cb'c[1+1/(gmRL')]=Cb'c1/ωCb‘c>>RL’CM2可忽略Ct=Cb‘e+CM1=Cb’e(1+Cb‘c/Cb’e*gmRL’)§5-2單級放大器的頻率特性D-稱密勒效應(yīng)倍增因子。它表示在密勒近似條件下Cb’c的作用相當(dāng)于把Cb’e擴(kuò)大了D倍2．共射電路的頻率特性(1)中頻增益及上限頻率§5-2單級放大器的頻率特性AVSI=-βRL'/(Rs+rbb’+rb'e),Ct=Cb'e+(1+gmRL’)Cb’cRt=(Rs+rbb’)//rb'e

ωp=ωH=1/RtCtrad/s,fH=ωH/2πHz可見：中頻增益為電容C不存在時的增益值上限角頻率ωH為電路時間常數(shù)的倒數(shù)

增益帶寬積

GBW=AVSI*fH電路一定則GBW為常數(shù)§5-2單級放大器的頻率特性<2>討論A.選管

為了增大fH與GBW值應(yīng)選用rbb’和Cb’c小而ωT高的管子B.信號源

為提高上限頻率fH應(yīng)選Rs小的信號源，

即用恒壓源作為信號源來激勵C.負(fù)載增大RL’使AVSI↑但使D↑→fH↓

因此RL’選擇要兼顧AVI及fH的要求共集，共基分析略§5-3多級放大器的頻率特性

一．多級放大器的頻率特性若多級放大器由n個具有一個轉(zhuǎn)角頻率的單級放大器組成則其若各級的上限頻率相等則可見級數(shù)越多，上限頻率越低、即通頻帶越窄根據(jù)上限頻率的定義,由經(jīng)驗(yàn)公式可得：§5-3多級放大器的頻率特性

二.共發(fā)----共基電路（上限頻率由共射決定）

已知

VBE=0.6VCb'c1=8.5P,Cb'c2=5.6Pgm1=gm2=0.2s,rbb'=60ΩCb'e1=Cb'e2=100Prb'e1=rb'e2=500Ω求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)（2）中頻增益AVSI及fH值2.9V4V§5-3多級放大器的頻率特性

解(1)IC1=IC2=2.3V/0.47=4.9mAVCEQ1=3.4-2.3=1.1V

VCEQ2=12-4.9*1-3.4=3.7V(2)AVSI=-βRi2/(Rs+rbe1)*βRC/rbe2=-βRC/(Rs+rbe1)=-97

（其中

Ri2=rbe2/(1+β2)）(3)Ri2=rbe2/(1+β)=5.6Ω其中β=gmrb'e=100Ct1=Cb'e1+Cb'c(1+gmRL1')=100+8.5(1+0.2*5.6)=118PfRt1=(Rs+rbb')rb'e/(Rs+rbb'+rb'e)=0.257kfH=1/（2πRtCt）

=5.2MHz§5-3多級放大器的頻率特性

(4)若不接共基,則單級共射增益不變

(Rc=1k)

Ct=Cb'e1+Cb'c(1+gmRL1')=1800PfH=1/（2πRtCt）=0.34MHz(5)原因:共基輸入阻抗低，使共射的RL'↓

fH↑而總增益不變。

總增益帶寬積提高了*在負(fù)載電阻較大時采用這種電路可有效地擴(kuò)展頻帶§5-3多級放大器的頻率特性

三.共集----共射電路（上限頻率由共射決定）

已知：

β=100,VBE(on)=0.8Vrbb'=64Ω,Cb'c=0.4P

ωT=25.67*109rad/s求:(1)Q點(diǎn)

(2)AVSI(3)fH§5-3多級放大器的頻率特性

(1)IBQ1=(10-0.8)/(740k+(1+β)1.8k)=10μAIc1=1mAIc2=2mAVCEQ1=10-1.8=8.2V

VCEQ2=10-2*2.5=5V(2)rbe1=64+(1+β)26mv/1=2.69krb'e1=2.6krbe2=64+(1+β)26mv/2=1.38krb'e2=1.3kRL1'=1.8k//rbe2=0.78kgm2=38.5Ic2=77ms或gm2=β/rb'e2=77ms

Cb’e2=gm/ωT=3PfAVS1=(1+β)RL1'/(RS+rbe1+(1+β)RL1')=0.96AV2=-βRc/rbe2=-145

AVSI=AVS1Av2=-139§5-3多級放大器的頻率特性

(3)Rs'=1.8K//[(RS+rbe1)/(1+β)]=1.8k//37Ω=36ΩRt=(Rs'+rbb'2)//rb'e2=93ΩCt=cb'e2+(1+gm2RL2')Cb'c=65PfH=1/(2πRtCt)=26.3MHZ(4)不接CC(共集電路)時

Rt=(RS+rbb‘2)//rb'e2=(1000+64)//1300=585ΩfH=4.2MHZ(5)原因共集電路的輸出阻抗小

使共射的內(nèi)阻RS'↓fH↑

提問：若組成共基---共射或共射---共集是否也能使