第4章 放大電路頻率響應(yīng) chd

1、第第4章章 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)4.1頻率響應(yīng)概述頻率響應(yīng)概述4.2晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型4.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)4.5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)4.3場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型4.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：2、單管共射放大電路混合、單管共射放大電路混合模型等效電路圖、模型等效電路圖、 頻率響應(yīng)的表達(dá)式及波特圖繪制頻率響應(yīng)的表達(dá)式及波特圖繪制 。1、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的混合、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的混合模型。模型。本章教學(xué)時(shí)數(shù)：本章教學(xué)時(shí)數(shù)：6

2、學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)本章討論的問(wèn)題：本章討論的問(wèn)題：1.為什么要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個(gè)為什么要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)的頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)？如何畫(huà)出頻率響應(yīng)曲線？率響應(yīng)？如何畫(huà)出頻率響應(yīng)曲線？2.晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管的晶體管與場(chǎng)效應(yīng)管的h參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？為什么？為什么？3.什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何確定放大電路的通頻帶？確定放大電路的通頻帶？4.如果放大電路的頻率響應(yīng)，應(yīng)該怎么辦？如果放大電路的頻率響應(yīng)，應(yīng)該怎么辦？5.對(duì)于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？對(duì)于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？6

3、.為什么集成運(yùn)放的通頻帶很窄？有辦法展寬嗎？為什么集成運(yùn)放的通頻帶很窄？有辦法展寬嗎？4.1頻率響應(yīng)概念頻率響應(yīng)概念()()ouiUjAUjHLBWff中頻區(qū)：中頻區(qū)：各種電容的影響均忽略不計(jì)，各種電容的影響均忽略不計(jì)，(即耦合即耦合C和旁路和旁路C足足夠大，夠大，1/c0，視為短路；，視為短路；PN結(jié)結(jié)C足夠小，足夠小，1/c，視為，視為開(kāi)路開(kāi)路)Au基本上不隨信號(hào)基本上不隨信號(hào) 頻率而變化，保持常數(shù)。頻率而變化，保持常數(shù)。 低頻區(qū)低頻區(qū)：耦合電容和：耦合電容和E極旁路電容的影響（極旁路電容的影響（1/c0 ），使，使Au下降；下降； 高頻區(qū)高頻區(qū)：極間電容和接線電容的影響（：極間電容和接線

4、電容的影響（1/c0 ）， 使使Au下降。下降。 幅度失真：幅度失真：是由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的是由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)不同放大倍數(shù)不同 而引起輸出波形產(chǎn)生的失真。而引起輸出波形產(chǎn)生的失真。相位失真：相位失真：是由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的是由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的相位移不同相位移不同而而 引起輸出波形產(chǎn)生的失真。引起輸出波形產(chǎn)生的失真。R1C1+_iUoU圖5.3 RC低通電路+_o1uH11111111iUj CAj RCURj C時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)H=R1C1，令，令uHHH1111AfjjfuH2H11AffHHarcftgf 幅頻響應(yīng)：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： CR

5、H111HHH1111222fRC（轉(zhuǎn)折頻率）（轉(zhuǎn)折頻率）uH2H11Aff當(dāng)當(dāng)ffH 時(shí)，時(shí)， 211HuHHfAfff-20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍頻程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45O/十倍頻程100fH（a）（b）圖5.4 RC低通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)uHA隨著隨著f的上升的上升，越來(lái)越小越來(lái)越小兩條直線的交點(diǎn)兩條直線的交點(diǎn)f H稱為稱為轉(zhuǎn)折頻率。轉(zhuǎn)折頻率。 當(dāng)當(dāng)ffH 時(shí)，時(shí)， -20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍頻程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-9

6、0o0o-45O/十倍頻程100fH（a）（b）圖5.4 RC低通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)HHarcftgf 當(dāng)當(dāng)f = fH 時(shí)，時(shí)， H0H9045OH隨著隨著f的上升的上升，越來(lái)越大越來(lái)越大H可以利用可以利用RC低通電路來(lái)模低通電路來(lái)模擬放大電路的高頻響應(yīng)。擬放大電路的高頻響應(yīng)。 2H1lg20lg20ffAu則有：則有：dB 01lg2020lg, H uAff時(shí)，當(dāng)fAfffHulg20lg20 H時(shí)，當(dāng)dB32lg20lg20 HuAff時(shí)，當(dāng)放大電路的放大電路的對(duì)數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。uH2H11Aff對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)幅頻特性：幅頻特性：0.1

7、fHfH 10 fHfdB/lg20uA0 20 403dB 20dB/十倍頻十倍頻對(duì)數(shù)相頻特性：對(duì)數(shù)相頻特性：fH 10 fH 455.715.71 45/十倍頻十倍頻 900.1 fH 0在高頻段，在高頻段，低通電路產(chǎn)生低通電路產(chǎn)生0 90的滯后的滯后相移。相移。（3）低通電路的波特圖）低通電路的波特圖f時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)L=R2C2，令，令幅頻響應(yīng)：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： 圖 5.5 RC高通電 路+_iUoU+_R2C2o222uL222211iURj R CAj R CURj CLLL2211222fR CLLuLLL11fjjfAfjjfLuL2L1ffAffLLarcftg

8、fCRL221（轉(zhuǎn)折頻率）（轉(zhuǎn)折頻率）時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)L=R2C2，令，令幅頻響應(yīng)：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： 圖5.5 RC高通電路+_iUoU+_R2C2o222uL222211iURj R CAj R CURj CLLarcftgfLULjCRjCRjA111111112222CRL221ffjjALLUL1111ffALUL211當(dāng)當(dāng)ffL 時(shí)，時(shí)， LLuLLL11fjjfAfjjfLuL2LL1fffAfffLuL2L11ffAff 隨著隨著f的下降的下降，越來(lái)越小越來(lái)越小uLA當(dāng)當(dāng)ffH 時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng)f = fH 時(shí)，時(shí)， H0H9045OH可以利用可以利用RC高通電路來(lái)模

9、高通電路來(lái)模擬放大電路的低頻響應(yīng)。擬放大電路的低頻響應(yīng)。 LLarcftgf隨著隨著f的增大，的增大，越來(lái)越小越來(lái)越小L2L1lg20lg20ffAu則有：則有：dB 020lg L uAff時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)dB32lg20lg20 L uAff時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)ffALUL211 實(shí)際幅頻特性曲線：實(shí)際幅頻特性曲線：圖圖 5.1.3( (a) ) 幅頻特性幅頻特性當(dāng)當(dāng) f fL( (高頻高頻) )，當(dāng)當(dāng) f RLrbc遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于C的容抗的容抗二、簡(jiǎn)化混合二、簡(jiǎn)化混合型模型型模型 CECEccmb eb eUUiiguurbebemg Uberb

10、brceUbeUbeUcIcIbIbIbemg UbeUceUcebebeceb（a）（b）圖5.9 兩種等效模型的比較（a）H參數(shù)模型（b）低頻時(shí)的混合 模型p低頻時(shí)低頻時(shí)C和和C的影響可以忽略，的影響可以忽略，用電流源用電流源b emg U來(lái)表示基極回路對(duì)集電極回路的控制作用來(lái)表示基極回路對(duì)集電極回路的控制作用 UgIembC/b embg UIb ebb eUI rm b eg rTb emE(1)UrgIEEmb eT26mVIIgrUbebbb errrmT2gCf（a）低頻混合）低頻混合型等效模型型等效模型 （b）低頻）低頻H參數(shù)微變等效模型參數(shù)微變等效模型【結(jié)論】將混合將混合 模

11、模型和簡(jiǎn)化的型和簡(jiǎn)化的h h參數(shù)等效模型相比較，它們的電參數(shù)等效模型相比較，它們的電阻參數(shù)完全相同。阻參數(shù)完全相同。EQbbbeebbb26)1 (Irrrr EQbbbeeb26)1 (IrrrbebbmebmIrIgUg 26EQebmIrgC可從手冊(cè)中查得可從手冊(cè)中查得Cobob ， Cobob與與C近似相等。近似相等。C數(shù)據(jù)可從手冊(cè)中查到：數(shù)據(jù)可從手冊(cè)中查到：第五章第五章mT2gCffT特征頻率特征頻率 CC通常4.2.3 晶體管頻率參數(shù)晶體管頻率參數(shù) 當(dāng)信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，電流放大系數(shù)當(dāng)信號(hào)頻率發(fā)生變化時(shí)，電流放大系數(shù)不是常量，不是常量，而是頻率的函數(shù)。而是頻率的函數(shù)。 0cebcU

12、II電流放大系數(shù)的定義：電流放大系數(shù)的定義：第五章第五章CCb eUb erbbrbebcb emg UcIbI圖5.10 計(jì)算的模型CIbecm()Igj C Ub ebb e11/UIrj Cj Ccmbbe1()Igj CIjCCrm bebe1()g rjCC r0b e1()jCC r0m b eg rbe1122()frCC01fjf（截止頻率）（截止頻率）CCb eUb erbbrbebcb emg UcIbI圖5.10 計(jì)算的模型CI0m b eg rbe1122()frCC0m b eg r1.共射截止頻率共射截止頻率 f 值下降到值下降到 0.707 0 ( (即即 ) )

13、時(shí)的頻率。時(shí)的頻率。 021 當(dāng)當(dāng) f = f 時(shí)，時(shí)，00707. 021 )dB(3lg202lg20lg20lg2000 值下降到中值下降到中頻時(shí)的頻時(shí)的 70% 左右。或?qū)?shù)幅頻特左右?；?qū)?shù)幅頻特性下降了性下降了 3 dB。 2.2.共射極交流電流放大系數(shù)共射極交流電流放大系數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻特性與對(duì)數(shù)相頻特性的對(duì)數(shù)幅頻特性與對(duì)數(shù)相頻特性20)(1lg20lg20lg20ffffarctan01fjf02|1ff201lg20lg20lg20 ff的的波波特特圖圖圖圖 對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)幅頻特性fTfdB/lg20 Of 20lg 0 20dB/十倍頻十倍頻f0 對(duì)數(shù)相頻特性對(duì)數(shù)相頻特性10

14、 f 0.1f 45 90ffarctan3.特征頻率特征頻率 f T 值降為值降為 1 時(shí)的時(shí)的頻率。頻率。 1 f fT 時(shí)，時(shí)，三極管失去放大作用；三極管失去放大作用； f fT 時(shí)，由式時(shí)，由式；112T0 ff得：得： ff0T 0TffmT2 ()gfCCCCmT2gfCf / HzfT20lg| dB020lgf0-20dB/十倍頻程圖5.11 的幅頻響應(yīng)be1122()frCC0m b eg r)(2eb0TCCrf4.共基截止頻率共基截止頻率 f 值下降為低頻值下降為低頻 0 時(shí)時(shí) 的的 0.707 時(shí)的頻率。時(shí)的頻率。 因?yàn)橐驗(yàn)椋?1 ffj10 可得可得 ffffff)1

15、(j11/j11/j100000 0001fTff)1 (0令令 ffj10 【說(shuō)明：說(shuō)明：】 ff)1(10000 ，因因?yàn)闉椋核裕核裕?. f 比比 f 高很多，等于高很多，等于 f 的的 (1 + 0) 倍；倍；2. f fT fL1= fL2， fHfL2，且，且fL1是是fL2的四倍以上，則下限的四倍以上，則下限fLfL1。如果如果fH1fH2，且，且fH1是是fH2的四倍以上，則下限的四倍以上，則下限fLfH2。【例例】已知某電路的各級(jí)均為共射放大電路，其對(duì)數(shù)幅頻特已知某電路的各級(jí)均為共射放大電路，其對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示。求性如圖所示。求下限頻率、上限頻率和電壓放大倍數(shù)。下限頻

16、率、上限頻率和電壓放大倍數(shù)。（2）高頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，）高頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，斜率為斜率為-60dB/十倍頻程，電十倍頻程，電路中應(yīng)有三個(gè)電容，為三級(jí)路中應(yīng)有三個(gè)電容，為三級(jí)放大電路。放大電路?！窘饨狻浚?）低頻段只有一）低頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，說(shuō)明影響低頻特個(gè)拐點(diǎn)，說(shuō)明影響低頻特性的只有一個(gè)電容，故電性的只有一個(gè)電容，故電路的下限頻率為路的下限頻率為10Hz。第五章第五章2H22H21HH1111 . 11nffff （2）上限頻率：）上限頻率：【解解】fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)353)1021)(101 (10fjfjjfAu第五章

17、第五章（1）下限頻率）下限頻率fL=10Hz。fHnffff22H22H21HH31 . 11111 . 11【例例】已知一個(gè)兩級(jí)放大電路各級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為已知一個(gè)兩級(jí)放大電路各級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為 52o25o1110j150j1 j2 10j14j1 j25fffUUAfffUUAiuiu（1）寫(xiě)出該放大電路的表達(dá)式；）寫(xiě)出該放大電路的表達(dá)式；（2）求出該電路的）求出該電路的fL和和fH各約為多少；各約為多少；（3）畫(huà)出該電路的波特圖。）畫(huà)出該電路的波特圖?！窘饨狻浚?）電壓放大電路的表達(dá)式）電壓放大電路的表達(dá)式 25221)10j1)(50j1)(4j1 (50ffffAAAuuu（

18、2）電路的）電路的fL和和fHkHz3 .641021 . 11 Hz50 H5HLfff，（3）根據(jù)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式可知，中頻電壓放大倍數(shù)為）根據(jù)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式可知，中頻電壓放大倍數(shù)為104，增益為，增益為80dB。波特圖如圖所示。波特圖如圖所示。（3）畫(huà)波特圖）畫(huà)波特圖:usmA例例4.1 電路如圖，已知電路如圖，已知=100，rbb=100，fT=100MHz，C=4PF。試：（。試：（1）估算中頻電壓放大倍數(shù)）估算中頻電壓放大倍數(shù)（2）估算下限頻率）估算下限頻率fL；（；（3）估算上限頻率）估算上限頻率fH。【解解】（1）估算）估算smuAb2Bb1b22.5k12V=3V7

19、.5k2.5kCCRUURRBBEEe3V0.7V2.3mA1kUUIRb eE26mV26mV(1)(1 100)1.14k2.3mArIbebbb e1001.14k1.24krrribeb1b2/ / /1.24k / /7.5k / /2.5k0.75kRrRRb ebbb e1.14k0.921001.14krprr【解解】（1）估算）估算smuAmb e10087.79mA/V1.14kgrLcL/ /2k / /2k1kRRR ois mmLs is0 .7 5 k 0 .9 28 7 .7 9 m A /V 1 k 2 2 .0 32 k 0 .7 5 k uU RAp gRR

20、RU oismm Lsis0.75k0.92 87.79m A /V 1 k22.032k 0.75kuURApg RR RU（2）估算下限頻率）估算下限頻率fLL1si11111.6Hz2()2(2k0.75k) 5FfRR C（2）估算下限頻率）估算下限頻率fLL1si11111.6Hz2()2(2k0.75k) 5FfRR CL2cL2117.96Hz2()2(2k2k) 5FfRRCL 3b e sb 1 b 2ee111 4 8 .8 8 H z/ /1 .2 4 k 2 k /7 .5 k /2 .5 k 2 ( 1 k /)5 0 F2 ( /)11 0 01fr RR RRCL

21、 3b esb 1b 2ee111 4 8 .8 8 H z/ /1 .2 4 k 2 k /7 .5 k /2 .5 k 2 (1 k /) 5 0 F2 ( /)11 0 01fr R R RRCLL3148.88Hzff由于由于fL3fL1fL2，所以，所以（3）估算上限頻率）估算上限頻率fHmT87.79mA/V139.79pF22 100MHzgCfcemb eLmLb eb eUg URKg RUU mL(1)(1)139.79pF(187.79mA/V1k)4pF=494.95pFCCK CCg RCmLmL1187.79mA/V 1k 14pF4.05pF87.79mA/V 1

22、kg RKCCCKg R b ebbsb1b2/(/)1.14k/(1002k/7.5k/2.5k)0.55kRrrRRR則輸入回路的時(shí)間常數(shù)為則輸入回路的時(shí)間常數(shù)為9H10.55k494.95pF272.22 10 sRCH19H1110.59MHz22272.22 10 sf-9H2L1k 4.05pF=4.05 10 sR CH29H21139.32MHz224.05 10 sf則輸出回路的時(shí)間常數(shù)為則輸出回路的時(shí)間常數(shù)為H1H262222H111111.11.11.86 10 s0.5939.32fffH610.54MHz1.86 10 sf總的上限頻率為總的上限頻率為【例例】已知某電

23、路的波特圖如圖所示，已知某電路的波特圖如圖所示，uA 試寫(xiě)出試寫(xiě)出 的表達(dá)式。的表達(dá)式?！窘饨狻?設(shè)電路為基本共射放設(shè)電路為基本共射放大電路或基本共源放大電路。大電路或基本共源放大電路。 )10j1)(10j1 (3.2j )10j1)(j101 (3255fffAffAuu或【例例】若若兩級(jí)放大電路兩級(jí)放大電路各級(jí)的波特圖均如圖，試畫(huà)出整個(gè)電各級(jí)的波特圖均如圖，試畫(huà)出整個(gè)電路的波特圖。路的波特圖。 在幅頻特性中，頻率小于在幅頻特性中，頻率小于10Hz時(shí)斜率為時(shí)斜率為40dB/十倍頻，十倍頻，頻率大于頻率大于105Hz時(shí)斜率為時(shí)斜率為40dB/十倍頻。十倍頻。 在相頻特性中，在相頻特性中，f

24、10Hz時(shí)相移為時(shí)相移為90o，f 105Hz時(shí)相移時(shí)相移為為90o。波特圖如解圖所示。波特圖如解圖所示?！窘饨狻縟B60lg20muA4.6 放大電路的階躍響應(yīng)放大電路的階躍響應(yīng) 研究放大電路輸入信號(hào)為不同頻率正弦波的作用下研究放大電路輸入信號(hào)為不同頻率正弦波的作用下的頻率響應(yīng)，這種分析方法稱為的頻率響應(yīng)，這種分析方法稱為頻域法頻域法。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):分析簡(jiǎn)單，實(shí)際測(cè)試方便分析簡(jiǎn)單，實(shí)際測(cè)試方便 缺點(diǎn)缺點(diǎn):用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路的波形失真，的波形失真， 采用階躍信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)，研究放大電路的輸出波采用階躍信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)，研究放大電路的輸出波形隨時(shí)間變化的情況，稱為放大電路的形隨時(shí)間變化的情況，稱為放大電路的階躍響應(yīng)階躍響應(yīng)，其分析，其分析方法稱為方法稱為時(shí)域法時(shí)域法。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):可以很直觀地判斷放大電路的波形失真可以很直觀地判斷放大電路的波形失真缺點(diǎn)缺點(diǎn):分析比較復(fù)雜分析比較復(fù)雜1.階躍信號(hào)階躍信號(hào)0,0( ),0tu tUt2.單級(jí)放大電路的階躍響應(yīng)單級(jí)放大電路的階躍響應(yīng)（1）上升時(shí)間）上升時(shí)間t