模擬電路 第三章 放大電路的頻率響應

第三章

放大電路的頻率響應3.1頻率響應的一般概念3.2三極管的頻率參數(shù)3.3單管共射放大電路的頻率響應3.4多級放大電路的頻率響應3.5頻率響應Multisim仿真實例[本章教學內(nèi)容]：1[本章重點和考點]：2、單管共射放大電路混合π模型等效電路圖、頻率響應的表達式及波特圖繪制、分析。1、晶體管、場效應管的混合π模型的建立。[本章教學時數(shù)]：4學時

2本節(jié)討論的問題：1.什么是頻率響應？如何研究RC放大電路的頻率響應？2.放大電路頻率響應好壞由什么性能指標決定？本節(jié)學習方法：1.解析式分析法2.圖解分析法－波特圖法3.1頻率響應的一般概念33.1頻率響應的一般概念由于放大電路中存在電抗性元件，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應或頻率特性。3.1.1幅頻特性和相頻特性電壓放大倍數(shù)的幅值和相角都是頻率的函數(shù)。即4典型的單管共射放大電路的幅頻特性和相頻特性圖3.1.1OffLfHBWAum0.707Aum-90o-180o-270of053.1.2下限頻率、上限頻率和通頻帶fLfHBWAum0.707AumOf圖3.1.1fL

：下限頻率；fH

：上限頻率BW：通頻帶BW=fH

-

fL63.1.3頻率失真圖3.1.2頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真73.1.4波特圖放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.0181.

高通電路+_+_CR圖3.1.3

RC

高通電路令：3.1.5高通電路和低通電路9則有：10對數(shù)幅頻特性：

實際幅頻特性曲線：圖3.1.4(a)

幅頻特性當f≥

fL(高頻)，當f<fL

(低頻)，高通特性：且頻率愈低，的值愈小，低頻信號不能通過。0.1fLfL

10

fLf0-20-403dB最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fL處20dB/十倍頻問題：為什么說該電路是高通電路？11對數(shù)相頻特性圖3.1.4(b)

相頻特性5.71o-45o/十倍頻fL0.1fL

10

fL45o90o0f誤差由式可得，在低頻段，高通電路產(chǎn)生0~90°的超前相移。5.71o122.

低通電路圖3.1.5

RC

波特圖+_+_CR令：則：13圖3.1.6

低通電路的波特圖對數(shù)幅頻特性：0.1fHfH

10

fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻對數(shù)相頻特性：fH

10

fH-45o5.71o5.71o-45o/十倍頻-90o0.1fH0f在高頻段，低通電路產(chǎn)生0~90°的滯后相移。問題：為什么說該電路是低通電路？14小結(jié)：（2）電路的截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(shù)τ，即決定了fL和fH。（3）當信號頻率等于fL或fH放大電路的增益下降3dB，且產(chǎn)生+450或-450相移。（4）近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。（1）電路中若考慮電容效應，電壓增益的大小和相角會隨頻率的變化而變化。153.2三極管的頻率參數(shù)三極管f

：為值下降至時的頻率。0：低頻共射電流放大系數(shù)；16對數(shù)幅頻特性fTfOf20lg0-20dB/十倍頻f0對數(shù)相頻特性10f0.1f-45o-90o173.2.1共射截止頻率f值下降到0.7070

(即)時的頻率。當

f=f

時，值下降到中頻時的70%左右?；?qū)?shù)幅頻特性下降了3dB。183.2.2特征頻率fT值降為1時的頻率。f>fT

時，，三極管失去放大作用；

f

=

fT

時，由式得：193.2.3共基截止頻率f

值下降為低頻0時

的0.707時的頻率。20

f

與f

、

fT

之間關(guān)系：因為可得21說明：所以：1.f

比f

高很多，等于f

的(1+0)倍；2.f

<fT<

f

3.低頻小功率管f

值約為幾十至幾百千赫，高頻小功率管的

fT約為幾十至幾百兆赫。223.3單管共射放大電路的頻率響應定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+圖3.3.1

單管共射放大電路

中頻段：各種電抗影響忽略，Au

與f無關(guān)；低頻段：隔直電容壓降增大，Au降低。與電路中電阻構(gòu)成RC高通電路；高頻段：三極管極間電容并聯(lián)在電路中，Au

降低。而且，構(gòu)成RC低通電路。23問題：晶體管的h參數(shù)等效模型在高頻下還適應嗎？復習：晶體管的h參數(shù)等效模型rce3.3.1混合

型等效電路243.3.1混合

型等效電路1.混合

型等效電路的引出圖3.3.2混合

型等效電路(a)三極管結(jié)構(gòu)示意圖c

be

(b)等效電路

++bce252.混合

參數(shù)與h參數(shù)的關(guān)系低頻時，不考慮極間電容作用，混合

等效電路和h參數(shù)等效電路相仿，即：圖3.3.3混合

參數(shù)與h參數(shù)之間的關(guān)系通過對比可得

bce

bce26則則一般小功率三極管273.單向化的混合

型等效電路：可從器件手冊中查到；并且(估算，fT

要從器件手冊中查到)注意：將輸入回路與輸出回路直接聯(lián)系起來，使解電路的過程變得十分麻煩?！捎妹芾斩ɡ砗喕娐罚?/p>

++bce圖

3.3.2(b)等效電路28密勒定理：用兩個電容來等效Cbc

。分別接在b、e和c、e兩端。其中：電容值分別為：

++bce

bce++293.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應圖3.3.6阻容耦合單管共射放大電路C1RcRb+VCCC2RL++++~Rs+將C2

和RL

看成下一級的輸入耦合電容和輸入電阻。301.中頻段C1可認為交流短路；極間電容可視為交流斷路。1).

中頻段等效電路圖3.3.7中頻段等效電路由圖可得

bce

+Rb~+++RcRs312).

中頻電壓放大倍數(shù)已知，則

結(jié)論：中頻電壓放大倍數(shù)的表達式，與利用簡化h參數(shù)等效電路的分析結(jié)果一致。32二、低頻段考慮隔直電容的作用，其等效電路：圖3.3.8低頻等效電路

C1

與輸入電阻構(gòu)成一個RC高通電路式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC133輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)

bce

+Rb~+++RcRsC134低頻時間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則353.高頻段考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：圖3.3.9

高頻等效電路

bce

+Rb~+++RcRs36三、高頻段考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：圖3.3.10

高頻等效電路的簡化由于輸出回路時間常數(shù)遠小于輸入回路時間常數(shù)，故可忽略輸出回路的結(jié)電容。并用戴維南定理簡化。

ce

+~++Rc37圖中——C

與R

構(gòu)成RC

低通電路。

ce

+~++Rc38高頻時間常數(shù)：上限(-3dB)頻率為：394.完整的波特圖繪制波特圖步驟：(1).

根據(jù)電路參數(shù)計算、fL

和

fH

；(2).

由三段直線構(gòu)成幅頻特性。中頻段：對數(shù)幅值=20lg低頻區(qū)：

f=fL開始減小，作斜率為20dB/十倍頻直線；高頻段：f=fH

開始增加，作斜率為–20dB/十倍頻直線。(3).

由五段直線構(gòu)成相頻特性。40圖3.3.11幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO41例3分別求出如圖所示Q點穩(wěn)定電路中C1C2和Ce所確定的下限頻率的表達式及電路上限頻率表達式。解：交流等效電路Q點穩(wěn)定電路的交流等效電路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui

圖阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路b421.考慮C1對低頻特性的影響(b)C1所在回路的等效電路2.考慮C2對低頻特性的影響(c)C2所在回路的等效電路433.考慮Ce對低頻特性的影響(d)Ce所在回路的等效電路4.考慮結(jié)電容對高頻特性的影響(e)結(jié)電容所在回路的等效電路比較C1、C2、Ce所在回路的時間常數(shù)τ1、τ2、τe,當取C1＝C2＝Ce時，τe將遠小于τ1,τ2，即fLe遠大于fL1和fL2因此，fLe就約為電路的下限頻率。445.增益帶寬積中頻電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積。Ri=Rb

//rbe假設(shè)Rb

>>Rs，Rb

>>rbe；(1+gmRc)Cbc>>Cbe45說明：式很不嚴格，但從中可以看出一個大概的趨勢，即選定放大三極管后，rbb和Cbc

的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問題是選用rbb

和Cbc

均小的高頻三極管。463.3.3直接耦合單管共射放大電路的頻率響應圖3.3.13fHfO-270o10fH-20dB/十倍頻-180o0.1fH-90ofO無隔直電容，在低頻段電壓放大倍數(shù)不會下降，也不產(chǎn)生附加的相位移。473.4多級放大電路的頻率響應3.4.1多級放大電路的幅頻特性和相頻特性多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：對數(shù)幅頻特性為：48多級放大電路的總相位移為：兩級放大電路的波特圖圖3.4.1fHfL幅頻特性fOfL1fH16dB3dB3dBBW1BW一級二級49圖3.4.1相頻特性-270o-360ofL1fH1fO-540o-180o-450o-90o一