模電Y03頻率響應(yīng)

ANALOGELECTRONICS《模擬電子技術(shù)》電子教案編制：周展懷廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院機(jī)電與信息工程學(xué)部二零一三年九月第三章

放大電路的頻率響應(yīng)3.1頻率響應(yīng)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(yīng)3.4多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)3.1頻率響應(yīng)的一般概念電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱(chēng)為頻率響應(yīng)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-270of03.1.2下限頻率、上限頻率和通頻帶下限頻率上限頻率通頻帶：BW=fH

-

fL-----衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。

由于放大電路中存在電容、電感及半導(dǎo)體器件PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。3.1.3頻率失真圖3.1.2頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真DQ5-6,7Z5,5-6

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(mǎn)足信號(hào)頻率的范圍要求。3.1.4波特圖放大電路的對(duì)數(shù)頻率特性稱(chēng)為波特圖。4020630-3-20-4010010210.7070.10.01波特圖縱軸：dB橫軸：對(duì)數(shù)坐標(biāo)分度普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)(5-6)1.RC高通電路:fL頻率響應(yīng)下限頻率（）——信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。3.1.5高通電路與低通電路(3.1.4)且頻率愈低，的值愈小，低頻信號(hào)不能通過(guò)。

在低頻段，高通電路產(chǎn)生0~90°的超前相移。高通特性：當(dāng)f≥fL(高頻)，當(dāng)f<fL(低頻)，

電容通交流；隔直流。(5-7)高通電路波特圖

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.01當(dāng)f>>fL(高頻):當(dāng)f=fL(下限頻率):當(dāng)f<<fL(低頻):高通電路的對(duì)數(shù)頻率特性：可將放大倍數(shù)的乘除運(yùn)算變?yōu)榧訙p運(yùn)算標(biāo)明:f每下降10倍,增益下降20dB;對(duì)數(shù)頻率特性5.71o誤差5.71o在近似分析時(shí),可將波特圖折線(xiàn)化.可等效為20dB/10倍頻的斜線(xiàn);-20(3.1.6)誤差最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fL處;

虛線(xiàn)：實(shí)際幅頻特性曲線(xiàn)-45o/十倍頻(5-8)2.RC低通電路:——信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。fH頻率響應(yīng)（）上限截止頻率上限頻率DQ1-2,8Z4,7-8DQ5-6,8Z4,1-2DQ3-4,8Z4,3-4(5-9)2.RC低通電路:fH頻率響應(yīng)上限截止頻率低通電路的對(duì)數(shù)頻率特性：上下截止頻率取決于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)τ-45o/十倍頻5.71o5.71o最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fH處;誤差誤差3.2三極管的頻率參數(shù)由于三極管存在極間電容和電阻f

：為值下降至?xí)r的頻率。0：低頻共射電流放大系數(shù)；具有低通頻率特性對(duì)數(shù)幅頻特性fTfOf20lg0-20dB/十倍頻f0對(duì)數(shù)相頻特性10f0.1f-45o-90of3.2.1共射截止頻率f當(dāng)

f=f

時(shí)，與特征頻率：(5-11)lgf注意折線(xiàn)化的誤差－20dB/十倍頻折線(xiàn)化近似畫(huà)法電流放大倍數(shù)的波特圖共射截止頻率：特征頻率：T(3.2.5)共基截止頻率：(3.2.10)由式(1.3.14)P17共基電流放大倍數(shù)：3.2.1

共射截止頻率f與特征頻率fT即f>fT

時(shí)，，三極管失去放大作用；

當(dāng)f

=

fT

時(shí)，由式得：f

：為值下降至?xí)r的頻率。對(duì)數(shù)幅頻特性fTfOf20lg0-20dB/十倍頻f0對(duì)數(shù)相頻特性10f0.1f-45o-90of3.2.2共基截止頻率f

3.2.1

共射截止頻率f與特征頻率fTf

：為值下降至?xí)r的頻率。3.2.2共基截止頻率f

對(duì)數(shù)幅頻特性fTfOf20lg0-20dB/十倍頻f0對(duì)數(shù)相頻特性10f0.1f-45o-90of

分析f

與f

、

fT

之間的關(guān)系：2.f

比f(wàn)

高很多，等于f

的(1+0)倍；1.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。3.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+單管共射放大電路

中頻段：各種電抗影響忽略，Au

與f無(wú)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。3.3.1

晶體管的高頻等效電路1、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

++bce

低頻時(shí)，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：2、混合

參數(shù)與h參數(shù)的關(guān)系

低頻時(shí)，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：如圖3.3.1圖3.3.1混合

參數(shù)與h參數(shù)之間的關(guān)系通過(guò)對(duì)比可得3.3.1

晶體管的高頻等效電路

bcee

bc則則一般小功率三極管

++bce混合

參數(shù)h參數(shù)3、混合

型等效電路中的電容:可從器件手冊(cè)中查到；并且(估算值，fT

要從器件手冊(cè)中查到)注意：——可用密勒定理簡(jiǎn)化電路！3.3.1

晶體管的高頻等效電路

++bce圖

3.3.2(b)等效電路密勒定理：用兩個(gè)電容來(lái)等效Cbc

。分別接在b、e兩端和c、e兩端。其中：電容值分別為：圖3.3.4單向化的混合

型等效電路

bce++

將輸入回路與輸出回路直接聯(lián)系起來(lái)，使解電路的過(guò)程變得十分麻煩。3.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)圖3.3.5阻容耦合單管共射放大電路C1RcRb+VCCC2RL++++~Rs+將C2

和RL

看成下一級(jí)的輸入耦合電容和輸入電阻。1、中頻段C1可認(rèn)為交流短路；極間電容可視為交流斷路。（1)中頻段等效電路由圖可得

bce

+Rb~+++RcRsC1圖3.3.6中頻段等效電路

bce

+Rb~+++RcRs

結(jié)論：中頻電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式，與利用簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路的分析結(jié)果一致。已知?jiǎng)t（2）

中頻電壓放大倍數(shù)D7-1,9z2,1-2DQ3-4,9Z2,5-6(5-18)例3.3.1

電路如圖。已知各電阻值；晶體管的rbb’=300Ω，Cb’e=4pF,UBEQ=0.6V，fT=150MHz。試估算電路截止頻率并畫(huà)波特圖。解：1.Q點(diǎn)2.中頻電壓放大倍數(shù)C1+-2、低頻段由于低頻，需考慮隔直電容的作用，其等效電路：C1

與輸入電阻構(gòu)成一個(gè)RC高通電路式中Ri=Rb//rbe3.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)圖3.3.7低頻等效電路

bce

+Rb~+++RcRsC1輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)低頻時(shí)間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則Ri

3、高頻段由于高頻，需考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：

bce

+Rb~+++RcRs圖3.3.8高頻等效電路3.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)由于輸出回路時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于輸入回路時(shí)間常數(shù)，故可忽略輸出回路的結(jié)電容。并在b’e端口用戴維南定理簡(jiǎn)化。

ce

+~++Rc圖中——C

與R

構(gòu)成RC

低通電路。高頻時(shí)間常數(shù)：上限(-3dB)頻率為：據(jù)分壓公式(2-21)對(duì)數(shù)頻率特性下限頻率2）低頻段1）中頻電壓放大倍數(shù)上限頻率對(duì)數(shù)頻率特性3）高頻段4）全頻段圖3.3.10幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO2、完整的波特圖繪制波特圖步驟：1)根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算、fL

和

fH

；2)由三段直線(xiàn)構(gòu)成幅頻特性。中頻段：對(duì)數(shù)幅值=20lg低頻區(qū)：

f=fL開(kāi)始減小，作斜率為20dB/十倍頻直線(xiàn)；高頻段：f=fH開(kāi)始增加，作斜率為–20dB/十倍頻直線(xiàn)。3)

由五段直線(xiàn)構(gòu)成相頻特性。DQ5-6,8Z5,5-6(5-23)例3.3.1

電路如圖。已知各電阻值；晶體管的rbb’=300Ω，Cb’e=4pF,UBEQ=0.6V，fT=150MHz。試估算電路截止頻率并畫(huà)波特圖。解：1.Q點(diǎn)2.中頻電壓放大倍數(shù)C1+-例3.3.1

電路如圖。已知各電阻值；晶體管的rbb’=300Ω，Cb’c=4pF,UBEQ=0.6V，fT=150MHz。試估算電路截止頻率并畫(huà)波特圖。3.下限截止頻率4.上限截止頻率+-C1DQ3-4,9Z4,3-45.波特圖BW=fH

-

fL5、增益帶寬積——中頻電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積。式中：Ri=Rb//rbe假設(shè)Rb>>Rs，Rb>>rbe；(1+gmRc)Cbc>>Cbe3.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)若

fH

>>

fL

，則WB=fH-fL≈fH說(shuō)明：式很不嚴(yán)格，但從中可以看出一個(gè)大概的趨勢(shì)，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(shí)，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)。如欲得到一個(gè)通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問(wèn)題是選用rbb

和Cbc

均小的高頻三極管。3.3.3直接耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)圖3.3.13fHfO-270o10fH-20dB/十倍頻-180o0.1fH-90ofODQ5-6,9Z4