模拟电子技术基础-第四章-放大电路的频率响应概要.ppt
60页
第四章 放大电路的 频率响应 Frequency Response 2 本章内容 1. 频频率响应应的相关概念 2. 单时间单时间 常数RC电电路的频频率响应应 4. 单级单级 BJT放大电电路的频频率响应应 5. 多级级放大电电路的频频率响应应 3. 晶体管的高频频等效模型 3 1. 理解频率响应的相关概念； 2. 理解增益带宽积的概念； 3. 了解半导体器件的频率特性； 4. 会算：会计算只含一个时间常数时电路的fL和fH； 5. 会画：能画出近似波特图； 6. 定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 本章要求 1. 频率响应的相关概念 1.1 研究频率响应的必要性 1.2 放大电路的频率参数及波特图 General Frequency Considerations 5 1.1 研究频率响应的必要性 由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间 电容，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射 极旁路电容等），当信号频率较高或较低时，不但 放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移， 使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相 移都不同 问题的提出 放大器的增益是输入信号频率的函数 6 1.1 研究频率响应的必要性 （1）幅度失真 放大电路对不同频率信号的幅值放大不同。
二次谐波 基波 输入信号 输出信号 二次谐波 基波 7 1.1 研究频率响应的必要性 二次谐波 基波 输入信号 输出信号 二次谐波 基波 （2）相位失真 放大电路对不同频率信号产生的相移不同，表现 为时间延时不同 幅度失真和相位失真总称为线性失真或频率 失真 8 1.1 研究频率响应的必要性 ① 放大电路中存在电抗性元件 例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压 器、分布电感等; （3）产生线性失真的原因 电容的电抗（C1=20F ） f Xc1 1Hz7962 10Hz796.2 100Hz79.62 1kHz7.962 10kHz0.796 100kHz0.08 1MHz0.008 f 10fC相位滞后90000 3. 晶体管的高频等效模型 High-Frequency Equivalent Model for BJT 3.1 混合π等效模型 3.2 电流放大倍数的频率响应 3.3 晶体管的频率参数 27 3.1 混合π等效模型 rbb' —基区的体电阻 rb’e—发射结电阻 b'是假想的基区内的一个点 Cb’e—发射结电容 rb’c—集电结电阻 Cb’c—集电结电容 —受控电流源，代替了 3.1.1混合π等效模型 28 3.1 混合π等效模型 特点：（1）体现了三极管的电容效应； （2）用 代替了βib 。
因为β本身就与频 率有关，而gm与频率无关 29 3.1 混合π等效模型 rb’c很大 可以忽略 rce很大 也可以忽略 简化的混合π等效电路 ：可从器件手册中查查到； 并且 (估算，fT 要从器件 手册中查查到) 30 3.1 混合π等效模型 3.1.2 混合π 参数与 h 参数的关系 低频时，忽略晶体管 内部电容，混合π模型与h 参数模型等效 31 3.1 混合π等效模型 一般小功率三极管 32 3.2 电流放大倍数的频率响应 （1） 适于频率从0至无穷大的表达式 e c + _ + _ + _ ˙ ˙ 为什么短路？ 当时， 33 3.2 电流放大倍数的频率响应 低频时 （2） 电流放大倍数的频率特性曲线 34 3. 电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系 注意折线化曲线的误差 －20dB/十倍频 折线化近似画法 3.2 电流放大倍数的频率响应 35 3.3 晶体管的频率参数 （1）共射截止频率 f 值下降到 0.707 0 (即 )时的频率 值下降到中频 时的 70% 左右或 对数幅频特性下降 了 3 dB fT f O f 20lg 0 f 0 10 f 0.1f 45º 90º 36 3.3 晶体管的频率参数 （2）特征频率 f T 值降为 1 时的频率 。
f fT 时， ，三 极管失去放大作用； f = fT 时，由式 得： fT f O f 20lg 0 f 0 10 f 0.1f 45º 90º 37 3.3 晶体管的频率参数 （3）共基截止频率 f 值下降为低频 0 时的 0.707 时的频率 f 与 f 之间关系： 低频小功率管 f 值 约为几十至几百千赫， 高频小功率管的 f 约为 几十至几百兆赫 38 晶体管频率特性小结 1. 2. f fT f 1.高频混合π等效模型２． 的频率响应 fT f O f 20lg 0 f 0 10 f 0.1f 45º 90º ３.晶体管的频率参数 4. 单级BJT放大电路的频率响应 Frequency Response of BJT Amplifier 40 4 单管共射极放大电路的频响 中频段：C1 短路，极间电容开路 低频段：考虑C1的影响，极间电容开路 高频段：考虑极间电容的影响，C1短路 C1 Rc Rb +VCC C2 RL + + + + ~ Rs + 将 C2 和 RL 看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。
41 1. 中频电压放大倍数 （1）中频段 b c e + Rb ~ + + + Rc Rs 结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化 h 参数 等效电路的分析结果一致 4 单管共射极放大电路的频响 42 1. 中频电压放大倍数 （2）低频段 b c e + Rb ~ + + + Rc Rs C1 C1 与输入电 阻构成一个 RC 高通电路 下限截止频率： 低频电压增益： 4 单管共射极放大电路的频响 43 1. 中频电压放大倍数 幅频响应 ： 相频响应 ： f 0.01fL -180° 0.1fL fL10fL -90° -135° -450/十倍频程 f 0.01fL0.1fL fL10fL 20dB/十倍频程 4 单管共射极放大电路的频响 44 1. 中频电压放大倍数 （3）高频段 4 单管共射极放大电路的频响 45 混合 型等效电路中的电容 将输入回路与输出 回路直接联系起来，使解电 路的过程变得十分麻烦 密勒定理简化电路！ 4 单管共射极放大电路的频响 46 密勒定理回顾目的：将阻抗Z等效到输入回路和输出回路中 令： 则： 即： 同理： 4 单管共射极放大电路的频响 47 例4-1 如图电路，用密勒定理将图(a)电路等效为图(b)， 求图(b)中的C1、C2为何值。
4 单管共射极放大电路的频响 48 用两个电容来等效 Cbc 分别接在 b、e 和 c、e 两端电容值分别为： 其中： ++ b c e 图 3.3.2(b)等效电路 单向化的混合 型等效电路 b c e + + 4 单管共射极放大电路的频响 49 4 单管共射极放大电路的频响 单管共射放大电路高频等效电路 b c e + Rb ~ + + + Rc Rs c e + ~ + + Rc 50 c e + ~ + + Rc —— C 与 R 构成 RC 低通电电路—— 上限截止频率： 高频电压增益： 4 单管共射极放大电路的频响 51 幅频响应 ： 相频响应 ： f 0.1fH -180° fH10fH100fH -225° -270° f 0.1fHfH10fH100fH -20dB/十倍频程 4 单管共射极放大电路的频响 52 （4）完整的阻容耦合共射放大电路的频率响应 4 单管共射极放大电路的频响 f -180° fHfL -225° -270° f fH fL -20dB/十倍频程 -135° -90° 20dB/十倍频程 53 （5）增益带宽积（GBW） (2)增益带宽积：GBW= Aum fBW ≈Aum fH BJT一旦确定，带宽增益积基本为常数 (1)通频带： 放大器中频电压增益与通频带的乘积称GBW （Gain-Bandwidth Product） 矛盾 4 单管共射极放大电路的频响 5. 多级放大电路的频率响应 Frequency Response of Multistage Amplifier 55 5. 多级放大电路的频率响应 总电压放大倍数是各级电压放大倍数的乘积： 总对数增益是各级对数增益的代数和： 总相位移是各级相位移的代数和： 56 5. 多级放大电路的频率响应 绘制多级放大电路总的幅频特性和相频特性时，只 要将各放大电路的对数增益和相位移在同一横坐标下分 别叠加就行。
多级放大器增益 增加了，但通频带却比 任一级都窄因增益带 宽积基本为常数，故放 大倍数的变化量与通频 带宽的变化量成反比 57 多级放大电路的上限频率和下限频率 总上限频率： 总下限频率： 当其中第k级的上限频率fHk比其它各级小得多 时，可近似认为总的fH≈fHk； 当其中第k级的下限频率fLk比其它各级大得多时 ，可近似认为总的fL≈fLk 5. 多级放大电路的频率响应 58 5. 多级放大电路的频率响应 例 4-2 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φ’＝？ 4. fH＝？ 已知某放大电路的幅频 特性如图所示，讨论下列问 题： 59 本章小结 1. 由于放大器件存在极间电容，以及电路中的电抗性 元件，因此，放大电路的电压放大倍数是频率的函 数这种函数关系称为频率响应； 2. 三个频率参数：fβfTfα； 3. 阻容耦合单管共射放大电路，低频段电压放大倍数 下降主要原因是输入信号在隔直电容上产生压降， 同时还将产生0~ +900超前附加相位移，高频段主要 是由极间电容引起的，同时产生0~－900滞后附加相 位移。
u 频率响应的概念； u 频率响应的分析思路； u 波特图； u 频响分析的定性结论； 60 本章小结 4. 直接耦合放大电路不通过隔直电容实现级间连接， 低频响应好 5. 多级放大电路的频带总是比构成它的每一级的通频 带要窄。
