模電課件第七章頻率響應

1、第七章第七章 頻率響應頻率響應7.1 頻率響應的概念7.2 晶體管的高頻小信號模型和頻率參數(shù)7.3 運用快速估算法分析頻率響應的預備知識7.4 單級共射放大器的高頻響應分析7.5 共集電路的高頻響應7.6 共基電路的高頻響應7.7 場效應管放大器的高頻響應7.8 放大器的低頻響應7.9 多級放大器的頻率響應7.10 建立時間tr與上限頻率fH的關系7.1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念 一、 頻率失真頻率失真1、頻率失真、頻率失真頻率響應：描述放大器對于不同頻率電信號放大率的均勻度。待放大信號振幅頻率失真相位頻率失真2、線性失真和非線性失真、線性失真和非線性失真線性失真和非線性失真均使輸

2、出信號產生畸變。2) 結果不同結果不同 線性失真只會使各頻率分量信號的比例關系和時間關系發(fā)生變化，或濾掉某些頻率分量的信號，但決不產生輸入信號中所沒有的新的頻率分量信號。而非線性失真產生新的頻率分量。1) 起因不同起因不同 線性電抗元件 線性失真， 非線性元件非線性失真L 半功率點半功率點 H中頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)0.707| AuI|AuI|理想幅頻特性實際幅頻特性|Au(j )|fLffHBW3dB0阻容耦合放大器幅頻響應 二、 實際的頻率特性及通頻帶定義實際的頻率特性及通頻帶定義低頻區(qū)：耦合電容和旁路電容，使增益下降高頻區(qū)：極間電容、負載電容、分布電容等使增益下降|Au(jw)|AuI|0.

3、707|AuI|0fHf集成運放的幅頻特性 HuIuIfABWABWG7.2 晶體管的高頻小信號模型和頻率參數(shù)晶體管的高頻小信號模型和頻率參數(shù)一、晶體管的高頻等效電路一、晶體管的高頻等效電路 發(fā)射結正偏，擴散電容為主，記為Cbe；集電結反偏，勢壘電容為主，記為Cbc。Ib.rbbrbebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb二、晶體管的高頻參數(shù)二、晶體管的高頻參數(shù)1、 共射短路電流放大系數(shù)(j)及其上限頻率f由于電容C be的影響，值將是頻率的函數(shù)。 bebmecbcIUgIIj短路、def)(eeboeooQbebbcQbecmrrruiiiuig1)1 ( ebebebbebeb

4、bebCrjrICjrIU 1)1(ffjjCrjjoebebo11 1)(ffffjjoarctan)(1)()(2 |(j)|的頻率特性如圖： 的上限頻率）)( 21jCrfebeb2、特征頻率fT特征頻率 fT： |(j)| 下降到 1 所對應的頻率。2()11 (/)12 oTTToeb ejffffffrC為獲得高頻下較大的電流增益，fT3 fmax 3、共基短路電流放大系數(shù)(j)及f0000()()1()1/(1) , , 1Tjjjjfff 例7.2.1 由器件手冊知3DG6的特征頻率fT=300MHz，已知工作點處電流ICQ=2mA，求發(fā)射結電容 的值，另一晶體管的fT=1GH

5、z，ICQ=2mA，求發(fā)射結電容 的值，2226132112.2 pF2 112.2 pF2 TTeEQCQb eeTb eeTUUmVrIImACr fCr f解：ebCebC7.4單級共射放大器的高頻響應分析單級共射放大器的高頻響應分析一、共射放大器的高頻小信號等效電路一、共射放大器的高頻小信號等效電路共射放大器及其高頻小信號等效電路（設RB1RB2Rs) 跨接在輸入輸出間二、密勒定理及高頻等效電路的單向化模型二、密勒定理及高頻等效電路的單向化模型 密勒定理密勒定理：網絡的等效變換關系，將跨接在網絡輸入與輸出端的阻抗分別等效為并接在輸入端與輸出端的阻抗。11221212221121, 11

6、1ZuuuAUUUUZZZZZUUUUUIAIAUZ共射電路的等效參數(shù)計算1c2021c111, 1(1)1111()1, () (1)(1) bub euMuuuMb euuumLMb cb cb euMb cubmLib eMZZZj CAj CAj CAZZAAj Cj CAUAUAg RCCCUUACCACg RCCCC c(1)(), b emLbb eb esb eSb bssssb bb esbeg R CrrRrRrUUURrrRr共射放大器單向化模型進一步等效三、高頻增益表達式及上限頻率三、高頻增益表達式及上限頻率1(), 1ouIsb coLusuIsmLssbesbeHU

7、ArRAjAg RURrRrj 上限角頻率 11 2111HisHHCRf2(), ()180arctan()1 () arctan()uIsouHHHAfAjjfffff 單級共射放大器的幅頻特性和相頻特性如圖： 在半功率點處對應的附加相移為-45，而當頻率 f 10 fH 以后，附加相移趨向于最大值( -90)。 四、頻率特性的波特圖近似表示法四、頻率特性的波特圖近似表示法用對數(shù)表示的放大器增益20lg()()20lg ()1() ( )11usuIsHuIsuIsuHHAjdBAdBjAAAjH ssj五 負載電容和分布電容對高頻響應的影響負載電容和分布電容對高頻響應的影響 等效2H22

8、 11()(), 1oceCLLuIsosHoLHRrRRRAUjUjR Cj1212()(1)(1)11 ouIsussHHHHsioLUAAjUjjR CR C2212111HHH總上限頻率為：計入Ci、CL影響的高頻源增益為：六、結果討論六、結果討論設計寬帶放大器的依據：2、關于信號源內阻Rs 信號源的內阻盡可能的小。3、關于集電極負載電阻RC的選擇原則 RC應兼顧 AUI 和 fH 的要求。1、選擇晶體管的依據 選擇Cbc小而fT高的晶體管作寬帶放大管。4、關于負載電容CL 設法減小負載電容CL和分布電容。7.5 共集電路的高頻響應共集電路的高頻響應 共集電路的高頻響應比共射好，即 f

9、 H(CC) f H(CE)一、一、 Cbc的影響的影響 Cbc：無密勒倍增效應。且Cbc很小(零點幾幾pF)，若Rs及rbb較小， Cbc對高頻響應的影響就很小。 二、二、C be的影響的影響C be對高頻的影響很小。 Cbe ：跨接輸入輸出端的電容，輸入端等效電容CM為)1 (uebMACCebMCC結論：共集電路的 fH1 可接近管子的特征頻率 fT 。三、三、CL的影響的影響 CQsssbesoImVRrRrRR26111若Rs較小，電流ICQ較大，則Ro可以很小。時常數(shù)RoCL很小，fH2 很高。共集電路有很強的承受容性負載的能力。7.6 共基電路的高頻響應共基電路的高頻響應一、一、

10、C be的影響的影響 若忽略rbb的影響，則接于輸入端，輸入電容Ci= Cbe ，且與Cb c無關，遠小于共射電路的輸入電容。且輸入電阻Rire=26mV/ICQ很小，故輸入回路的時常數(shù)很小， fH1很高。理論分析的結果fH1fT。 二、二、C bc及及CL的影響的影響)(21)(212LcboMcboHCCRCCRf 如果忽略rbb的影響，則 Cbc直接接到輸出端，無密勒倍增效應。輸出端總電容為Cbc +CL。輸出回路時常數(shù)為Ro(Cbc + CL)，輸出回路決定的fH2為 共基與共射一樣，承受容性負載的能力較差，對于純電阻電路，共基電路的高頻特性非常好。三、三、CECB級聯(lián)的高頻響應級聯(lián)的

11、高頻響應CECB：放大倍數(shù)為單級共射放大倍數(shù)，共基起電流接續(xù)器的作用，但改善了高頻性能。CB的輸入電阻很小，減少了共射電路的等效輸入電容，有利于提高共射放大器的fH，因此廣泛用于集成寬帶電路。7.7 場效應管放大器的高頻響應場效應管放大器的高頻響應 一、場效應管的高頻小信號等效電路場效應管的高頻小信號等效電路二、場效應管放大器的高頻響應場效應管放大器的高頻響應場效應管共源及其等效電路 Cgd：跨接在輸入輸出端的電容。將Cgd分別等效到輸入端(用CM表示)和輸出端(用CM表示) 。其中:(1), MgdmLMgdCCg RCC12()(1)(1)(1)(1)omLuIsussiLLHHUg RA

12、AjUj R Cj R Cjj 2212111212HHHHf總的上限頻率： 總結： (2) 、fH高和AuIs大是一對矛盾，所以在選擇RD時要兼顧fH和AuIs的要求。 (3)、由于Ci(=Cgs+CM)的存在，希望有恒壓源激勵，即要求源電阻Rs小。 總的上限頻率： (1)、要提高fH,必須選擇Cgs ,Cgd ,Cds小的管子。7.8 放大器的低頻響應放大器的低頻響應在低頻區(qū)，電容C1、C2、CE呈現(xiàn)的阻抗增大，其分壓作用不可忽視，導致低頻放大倍數(shù)的下降。一、一、C1對低頻特性的影響對低頻特性的影響sousUUjA)(1211arctan180/_)(11LoLuIsLuIsAjA中頻區(qū)源

13、增益）(besebLmuIsrRrRgA低頻增益模值）（()(1)21LuIsuIsAjA下限角頻率）()(11CrRbesL低頻增益相角）(arctan180)(1Loj）（低頻響應的附加相移1arctan)(Lj低頻增益的幅頻特性和相頻特性如圖：C1、CE：使放大器的低頻響應下降，其下限角頻率L 1反比于時常數(shù)(Rs+rbe)C。當=L1時，附加相移為+45，其最大附加相移為+90。二、二、C2對低頻響應的影響對低頻響應的影響在考慮C2的影響時，忽略C1、CE對低頻響應的作用得低頻等效電路如圖：2()1ouIsusLsb euIsmLsbeUAAjUjrAg RRr C2引入的下限角頻率)

14、(122LCLRRC三、三、CE對低頻響應的影響對低頻響應的影響CE引入的下限角頻率為：L3L31 |11 beSoEeEoEerRRRrCRCr，為減小wL3，一般選擇CEC1(約1030倍)。四、總的下限角頻率為四、總的下限角頻率為L3L2L1L五、討論五、討論 (1) C1、E、C2越大，下限頻率越低，低頻失真越小，附加相移也將會減小。 (2) CE等效到基極回路時要除以(1+)，故若CE對L1的影響與C1相同，需要求取CE =(1+)C1，所以其取值往往比C1要大得多。 (3) 工作點越低，輸入阻抗越大，對改善低頻響應有好處。 (4) RC，RL越大，對低頻響應也有好處。 (5) C1

15、、CE、C2使放大器具有高通特性，在下限頻率點處，附加相移為正值，輸出電壓超前輸入電壓。|AuIs| 4545|Au(j )|0LH(a)(b)|AuIs|24590)(j04590阻容耦合放大器完整的頻率響應 7.9 多級放大器的頻率響應多級放大器的頻率響應多級級聯(lián)放大器的增益)()()()()(121 nkukunuuujAjAjAjAjA12112120lg()20lg()20lg()20lg()20lg()()()()()uuuunnukknkkkAjAjAjAjAjjjjj 對數(shù)幅頻特性為各級對數(shù)幅頻特性之和，總相移等于各級相移之和。設單級放大器的增益：121122221212()1

16、11()1 () 1 () 1 () ()arctan()arctan()arctan()uIuIuIuHHHnuIuHHHnHHHnAAAAjjjjAAjj kuIkukjAjA1)(多級放大器的增益：|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級放大器中頻增益。令2)(uIHuAjA222121/n1222121 () 1 () 1 () 2121111HHHHHHnHHHHHn總的下限角頻率為：22121LnLLL 結論：結論： 1、多級放大器的通頻帶變窄。2、各級的通頻帶比總的通頻帶要寬。3、總的上限頻率基本取決于最低的一級。7.10 建立時間建立時間tr與上限頻率與上限頻率fH的