华工模电课件chapter+5

1、2010.1.30,第五章 放大电路的频率响应,5.1 频率响应概述 5.2 晶体管的高频等效模型 5.3 场效应管的高频等效模型 5.4 单管放大电路的频率响应 5.5 多级放大电路的频率响应,2010.1.30,1. 研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。,5.1 频率响应概述,2010.1.30,2.幅频特性和相频特性,Au( f ) 幅频特性,( f ) 相频特性,0.707Aum,f L 下限截止频率,f H 上限截止频率,3. 频带宽度(带宽)BW(Band Width),BW = f H - f L f H,5.1 频率响应概述,2010.1.30,一、RC 低通电路的频率特性,4. 简单 RC 低通和高通电路的频率特性,(1). 频率特性的描述,令 1/RC = H,则 fH = 1/2RC,2010.1.30,滞后,幅频特性,相频特性,2010.1.30,(

2、2). 频率特性的波特图,频率特性,波特图, 3 dB, 20 dB/十倍频, 45/十倍频,2010.1.30,二、RC 高通电路的频率特性,令 1/RC = L,则 fL = 1/2RC,超前,2010.1.30,例 5.1.1,求已知一阶低通电路的上限截止频率。,0.01 F,1 k,1 k,1/1 k,0.01 F,例 5.1.2,已知一阶高通电路的 fL = 300 Hz，求电容 C。,500 ,C,2 k,戴维宁定理等效,2010.1.30,一、单级阻容耦合放大器的中频和低频特性,1. 中频特性,C1、C2 可视为短路,极间电容可视为开路,2. 低频特性：,极间电容视为开路,耦合电容 C1、C2 与电路中电阻串联容抗不能忽略,5.2 晶体管的高频等效模型,2010.1.30,结论: 频率降低, Aus 随之减小, 输出比输入电压 相位超前。,RB rbe,2010.1.30,二、晶体管的高频等效电路 1. 混合模型：形状像，参数量纲各不相同,结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。,rbb：基区体电阻 rbe：发射结电阻 C：发射结电容 re：发射区体电阻 rbc：集电结电阻

3、C：集电结电容 rc：集电区体电阻,因多子浓度高而阻值小,因面积大而阻值小,2010.1.30,混合模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系,gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。,为什么引入参数gm？,因在放大区iC几乎仅决定于iB而阻值大,因在放大区承受反向电压而阻值大,2010.1.30,混合模型：忽略大电阻的分流,2010.1.30,混合模型的单向化（即使信号单向传递）,等效变换后电流不变,2010.1.30,晶体管简化的高频等效电路,？,2010.1.30,2. 电流放大倍数的频率响应,由于c、e之间的动态电压为零，短路！,2010.1.30,电流放大倍数的频率特性曲线,2010.1.30,电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系,采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 单位为“分贝” （dB），使得 “ ” “ ” 。,lg f,注意折线化曲线的误差,20dB/十倍频,折线化近似画法,2010.1.30,3. 晶体管的频率参数,共射截止频率,共基截止频率,特征频率,集电结电容,通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系；

4、 波特图及其折线画法； C的求法。,2010.1.30,例题,解：,模型参数为,设共射放大电路在室温下运行，其参数为：,负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。,2010.1.30,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为,2010.1.30,5.3 场效应管的高频等效电路,可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。,单向化变换,2010.1.30,适用于信号频率从0的交流等效电路,中频段：C 短路， 开路。,低频段：考虑C 的影响， 开路。,高频段：考虑 的影响，C 开路。,5.4 单管放大电路的频率响应,2010.1.30,1. 中频电压放大倍数,带负载时：,空载时：,2010.1.30,2. 低频电压放大倍数:定性分析,2010.1.30,2. 低频电压放大倍数：定量分析,C所在回路的时间常数？,2010.1.30,2. 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析,中频段,20dB/十倍频,2010.1.30,3. 高频电压放大倍数：定性分析,2010.1.30,3. 高频电压放大倍数：定量分析,2010.1.30,3. 高频电压放大倍数：高频段频率响应分析,

5、2010.1.30,4. 电压放大倍数的波特图,全频段放大倍数表达式：,2010.1.30,5. 带宽增益积：定性分析,fbw fH fL fH,当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。,2010.1.30,5. 带宽增益积：定量分析,若rbeRb、 RsRb、 ，则可以证明图示电路的,对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。 要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。,约为常量,根据,2010.1.30,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,5.5 多级放大电路的频率响应,2010.1.30,1 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为,2010.1.30,式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。令,2010.1.30,2 多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为,2010.1.30,解得多级放大器的下限角频率近似式为,若各级下限角频率相等，即L1=L2=Ln,则,2010.1.30,3、多级放大电路的频率响应总结,对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则,由于,求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得,1.1为修正系数,2010.1.30,讨论一：问题,1. 信号频率为0时电压放大倍数的表达式？ 2. 若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？,2010.1.30,讨论一：时间常数分析,C2、Ce短路， 开路，求出,C1、Ce短路， 开路，求出,C1、C2短路， 开路，求出,C1、 C2、 Ce短路，求出,2010.1.30,讨论一：电压放大倍数分析,2010.1.30,讨论二,1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移？ 4. 在 f 105Hz 时，附加相移？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH？,已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：,2010.1.30,第5章 作业,P254257： 5.3、5.5、5.6、5.10、,2010.1.30,第 5 章 结束,

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