模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PPT 第5章 放大電路的頻率響應(yīng)

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）第十六講 頻率響應(yīng)概述與晶體管的高頻等效電路一、頻率響應(yīng)的基本概念二、放大電路的頻率參數(shù)三、晶體管的高頻等效電路四、場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）一、頻率響應(yīng)的基本概念模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）一、頻率響應(yīng)的基本概念1. 研究的問題：研究的問題： 放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻

2、率的體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。率的范圍要求。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）2. 基本概念基本概念（1）高通電路高通電路:信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。，超超前前ioUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAu j1jj1io 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章） )arctan(90Lff RCjRCjUUAiou 1

3、LLLj1j21ffffARCfu ，則，則令令 2)(LLuff1ffALLLLj1jj122jffffffffAu 則則1 uLAfffLf=fL時(shí)放大倍時(shí)放大倍數(shù)約為數(shù)約為0.707ffL時(shí)放大倍時(shí)放大倍數(shù)下降數(shù)下降0L0ff9 時(shí)，時(shí)，0L5ff4 時(shí)，時(shí)，0L0ff 時(shí)，時(shí)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）（2）低通電路）低通電路: 信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。Ui.Uo.I.，滯后滯后ioUURCRCCUUAu j11j1j1io 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）RCfH21 令令 2)(1Hu

4、ff1AHuffjA 11則則 )arctan(Hff ffH時(shí)放大倍時(shí)放大倍數(shù)下降數(shù)下降fH0H0ff 時(shí)，時(shí)，0H5ff4 時(shí)，時(shí)，0H0ff9 時(shí)，時(shí)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）（3）幾個(gè)結(jié)論）幾個(gè)結(jié)論LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子 當(dāng)當(dāng) f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 當(dāng)當(dāng) f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。 截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)21L(H)f電路高

5、頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子Lj11ff 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）二、放大電路的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)分布電容、寄生電

6、容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfff耦合電容、旁路耦合電容、旁路電容等的電容。電容等的電容。晶體管極間電容晶體管極間電容模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）三、晶體管的高頻等效電路三、晶體管的高頻等效電路 1. 混合混合模型：形狀像模型：形狀像，參數(shù)量綱各不相同，參數(shù)量綱各不相同結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。rbb：基區(qū)體電阻：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻：發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射

7、區(qū)體電阻：發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻：集電結(jié)電阻C：集電結(jié)電容：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻：集電區(qū)體電阻因多子濃因多子濃度高而阻度高而阻值小值小因面積大因面積大而阻值小而阻值小模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）混合混合模型：模型：忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系 gm為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。的變化而變。為什么引入?yún)?shù)為什么引入?yún)?shù)gm？因在放大區(qū)因在放大區(qū)iC幾乎僅幾乎僅決定于決定于iB而阻值大而阻值大因在放大區(qū)承受反因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大向電壓而阻值大模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)

8、基礎(chǔ)（第五章）混合混合模型：忽略大電阻的分流模型：忽略大電阻的分流 C連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路，引入和輸出回路，引入了反饋，信號(hào)傳遞了反饋，信號(hào)傳遞有兩個(gè)方向，使電有兩個(gè)方向，使電路的分析復(fù)雜化。路的分析復(fù)雜化。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）混合混合模型的單向化（即使信號(hào)單向傳遞）模型的單向化（即使信號(hào)單向傳遞）LmCebCceebCRgkXUkXUUI )1(LmCCebCRgXIUX 1LmCRgC)1( CkkC 1 同理可得，同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路晶體

9、管簡(jiǎn)化的高頻等效電路0)1(EQTebbbCCCIUrCr 可從手冊(cè)查得可從手冊(cè)查得、TEQebmebbmebmbcUIrg rIgUgII 00 ？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）)(21)(1 eb0ebebebebmCCr fffj1 CC rjUUrg 2. 電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)CEUbcII LmCCC Rgk 0 所所以以，因因?yàn)闉?(21)(1eb0ebebebmCCr fffj1 CC jrUUg 為什么短路？為什么短路？UCE為常數(shù))(21)(1eb0ebebebmCCr fffj1 CC j

10、rUUg 令令 ffj1 0 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 fff ff-45 ff ff ，時(shí)，時(shí)，；時(shí)，時(shí)，；，時(shí)，時(shí)，；時(shí)，時(shí)，0707. 020000o模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）電流放大倍數(shù)的波特圖電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系71. 5， lg20 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為，可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fd

11、B32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫法折線化近似畫法模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章） 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使共基截止頻率遠(yuǎn)大于共射共基截止頻率遠(yuǎn)大于共射截止頻率因此共基放大電截止頻率因此共基放大電路可作為寬頻帶放大電路，路可作為寬頻帶放大電路，3. 晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù))CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共基截共基截止頻率止頻率共基截共基截止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過(guò)以上分析得出的結(jié)論：通過(guò)以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放

12、大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）例例1 電路如圖電路如圖T5.2所示。已知：所示。已知：VCC12V；晶體管的；晶體管的C4pF，fT = 50MHz，100, 080。試求解：。試求解： （1）中頻電壓放大倍數(shù)）中頻電壓放大倍數(shù) ； （2） ；CsmuA解：（解：（1）靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的分析估算：）靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的分析估算： mAIIA RUVIBQEQbBEQCCBQ8 . 1)1(6 .22 VRI

13、VUcCQCCCEQ3 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章） krrrkImVrebbbbeEQeb27.117.126)1( 178)(2.69 cmbeebisismuTEQmRgrrRRRAmA/VUIg（2）估算 ： C為為已已知知)(20ebTCCrf pFCfrCTeb21420 pFCRgCCcm1602)1( 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）討論一討論一 電路如圖。已知各電阻阻電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流極電流ICQ1.5mA；晶體管；晶體管的的rbb=100，Cob=5pF， f=0.5MHz

14、。 試求解該電路中晶體管高試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）ebmCQrgI、k733.1mV26)1(EQebIrs577. 0TEQmUIg模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）LcmobCRRgCC 、)(ebobCrCCf 、)( pFCfrCeb17821 pFCRRgCCLcm898)/1( 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）討論二1. 若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？，它

15、們的增益分別為多少？2. 為什么波特圖開闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在為什么波特圖開闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來(lái)的多少倍？率是原來(lái)的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）四、場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效電路可與晶體管高頻等效電流類比，簡(jiǎn)化、單向化變換?？膳c晶體管高頻等效電流類比，簡(jiǎn)化、單向化變換。很大，可忽略其電流很大，可忽略其電流單向化變換單向化變換極間電容極間電容CgsCgdCds數(shù)值數(shù)值/pF1101100.11d

16、gLmgsgs)1 (CRgCC忽略忽略d-s間等效電容間等效電容模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）第十七講 放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）低頻段低頻段相差不大相差不大與與LRc 11 crbe中頻段中頻段LRc 11 crbe一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號(hào)頻率從適用于信號(hào)頻率從0的的交流等效電路交流等效電路高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 開路。開路。C低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響的影響, 開路。開路。 C中頻段：中頻段：

17、C 短路，短路， 開路。開路。 C模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）1. 1. 中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù)sosmuUUA 帶負(fù)載時(shí)：帶負(fù)載時(shí)：)(cmbeebisismouRgrrRRR A 空載時(shí)：空載時(shí)： siUU iebUUeboUU siUU iebUUeboUU isiRRR beebrr)(LcmRRg )(LcmbeebisismuRRgrrRRR A 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）2. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)低頻電壓放大倍數(shù): :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，時(shí)，當(dāng)超前900 0 oooooooUUUfUU)(cm

18、beebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）2. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析ooosoososluUUUUUUA LcLcLcLsmousluRRRRRCjRRAA 1)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21)1LcLLsmusluRRf f(jfAA C所在回路的時(shí)間常數(shù)？所在回路的時(shí)間常數(shù)？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs RCjRRALcLsmou 1CRRj1ALcsmu)(1 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）2. 低頻電壓放大倍數(shù)：

19、低頻段頻率響應(yīng)分析低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析 2)(11lg20lg20lg20ffAALsmusluCRR f ff jff jA ALcLLLsmuslu)(211)( -135 dBA ffsuL ，下下降降時(shí)時(shí)，3lg20)lg(20lg20ffAA ffLsmusuL 時(shí)時(shí)，。，時(shí)時(shí)， 9000 A fsu smusuLAA fflg20lg20 時(shí)時(shí)，中頻段中頻段20dB/十倍頻十倍頻 )90(Lffarctan-180 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析0U.CIs.U.s。滯滯后后，時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)

20、，滯滯后后)90(0 sCCsCUUUf UU，beebisiiebsissrrRRRUUUUUU Au.Uo.RLsURbe)(sbbbebRRrrR 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章） AUUAsmusoshu ffjH 13. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析 UUUUACososhu sCUU ssUU )(sbbbebRRrrRAu.Uo.RLsURbeC jRC j 11 )(beLbemURUg beebisirrRRR C)RRrr RC f sbbbebH (2121模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）3. 高頻電壓放大倍

21、數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析H2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu C)RRrr f ffjAUUAsbbbebHHsmusoshu (211模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章） -225 dBA ffshuH ，下下降降時(shí)時(shí)，3lg20；下下降降倍倍，每每增增大大時(shí)時(shí)，dBA f ffshuH20lg2010 。，時(shí)時(shí)， -270 0 A fshu ；時(shí)時(shí)，smushuHAA fflg20lg20 -20dB/十倍頻十倍頻模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）4. 電壓放大倍數(shù)的波特圖電壓放

22、大倍數(shù)的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）5. 帶寬增益積：定性分析帶寬增益積：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當(dāng)提高增益時(shí)，當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反帶寬將變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）5. 帶寬增益積：定量分析帶寬增益積：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五章）二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)二、多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) ),2,1( bbwHHLLnkffffffwkkk nkkHHnkkLLff ff121