电子电路基础课件第04章放大电路的频率响应

1、4.1 频率特性的分析方法频率特性的分析方法 受电抗元件受电抗元件(电容、电感电容、电感)和晶体管极间电容的影响，输入信号和晶体管极间电容的影响，输入信号频率过低或过高时，放大电路的增益和相位都会改变，即增益和相频率过低或过高时，放大电路的增益和相位都会改变，即增益和相位是频率的函数，这种函数关系称为位是频率的函数，这种函数关系称为频率响应频率响应或或频率特性频率特性。小信号放大电路小信号放大电路 线性时不变系统线性时不变系统 x ty t( )( )X sY s( )( )一般采用一般采用分频段分析法分频段分析法 中频段中频段: Av 高频段高频段: fH 低频段低频段: fL 耦合电容耦合

2、电容对信号构成了对信号构成了高通电路高通电路；极间电容极间电容对信号构成了对信号构成了低通低通电路电路。4.1.1 放大电路的理想频率特性放大电路的理想频率特性n幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性)()()(sXsYsA将放大电路看作信号线性传输系统，将放大电路看作信号线性传输系统，则则传输函数传输函数： 其中，其中，X(s)、Y(s)分别是输入、输出信号的分别是输入、输出信号的拉普拉斯变换拉普拉斯变换 .js)()()()()(jeAjXjYjA当当s=j 时，时，A(j )是系统的稳态正弦是系统的稳态正弦频率响应函数频率响应函数: 其中，其中，A( )称为系统的幅度频率响应函数或称为系统

3、的幅度频率响应函数或幅频特性幅频特性， ( )称为系统的相位频率响应函数或称为系统的相位频率响应函数或相频特性相频特性。4.1.1 放大电路的理想频率特性放大电路的理想频率特性n工作频段、截止频率、通频带工作频段、截止频率、通频带通频带通频带 BW = fH - fL)()()(sVsVsAso4.1.1 放大电路的理想频率特性放大电路的理想频率特性n放大电路的理想频率特性放大电路的理想频率特性 理想幅频特性理想幅频特性：通频带覆盖输入信号频谱范围，通频带内：通频带覆盖输入信号频谱范围，通频带内的的A( )为常数。为常数。 输入信号通常有一定频谱范围，例如语音信号的频率范围输入信号通常有一定频

4、谱范围，例如语音信号的频率范围在在2020kHz。放大电路应对该范围内任何频率点的信号具有相。放大电路应对该范围内任何频率点的信号具有相同的幅度放大和时延。同的幅度放大和时延。 理想相频特性理想相频特性：在输入信号的频谱范围内：在输入信号的频谱范围内 ( )为线性。以保为线性。以保证放大后各频率分量的信号时延量均等。证放大后各频率分量的信号时延量均等。dd/)(4.1.1 放大电路的理想频率特性放大电路的理想频率特性n非线性失真非线性失真: 由放大电路中晶体管的非线性引起的失真。由放大电路中晶体管的非线性引起的失真。n单一频率正弦信号由于幅度过大进入饱和或截止区，使输单一频率正弦信号由于幅度过

5、大进入饱和或截止区，使输出信号产生削波失真。通过富氏分析，此时产生新的频率出信号产生削波失真。通过富氏分析，此时产生新的频率成分。成分。n线性失真线性失真: 由放大电路的惰性元件引起的失真。由放大电路的惰性元件引起的失真。n频率成分没变频率成分没变, , 仅各频率成分的相对大小及位移发生改变仅各频率成分的相对大小及位移发生改变。n幅度失真：幅度失真：放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生的失真。而使输出波形产生的失真。 n相位失真：相位失真：放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生

6、的失真。而使输出波形产生的失真。 4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n传输函数的一般表达式传输函数的一般表达式0111101111)()()(asasasabsbsbsbsXsYsAnnnnmmmm将分子、分母多项式分别求根，可得将分子、分母多项式分别求根，可得 其中：其中：z1, z2, , zm为为传输函数的零点传输函数的零点， p1, p2, , pn为为传输函数的传输函数的极点极点，K=bm/an为常数，称为标尺因子。为常数，称为标尺因子。)()()()()(2121nmpspspszszszsKsA对于稳定工作的放大电路对于稳定工作的放大电路, 传输函数的零、极点有如下

7、特点传输函数的零、极点有如下特点:n零点个数零点个数 m 极点个数极点个数 nn极点值极点值: 负实数、实部为负值的共轭复数对负实数、实部为负值的共轭复数对 4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法)()()()()(2121nmpppZZZjjjjjjKjA其中：激励源为角频率其中：激励源为角频率 的的正弦信号正弦信号 A(j ) 为为系统的频率响应函数系统的频率响应函数 pi 为极点的角频率为极点的角频率 zi 为零点的角频率为零点的角频率令令s=j , pi= pi , zi= zi , 则：则：根据根据A(j )可得到可得到幅频响应函数幅频响应函数A( )和和相频响应函数相频响

8、应函数 ( ) 。 )()()()()(2121nmpspspszszszsKsA4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n波特图波特图 已知传输函数零、极点，可用折线近似描述频率响已知传输函数零、极点，可用折线近似描述频率响应特性。若频率坐标采用对数刻度，幅值或相角采用线性刻度，这应特性。若频率坐标采用对数刻度，幅值或相角采用线性刻度，这种特性曲线称为种特性曲线称为波特图波特图。波特图是一种。波特图是一种对数坐标曲线图对数坐标曲线图。njpjmizidBKA12120)(1lg20)(1lg20 lg20)(n幅频特性幅频特性即即: 幅频特性的波特图为各因子波特图的叠加幅频特性的波特

9、图为各因子波特图的叠加。)1 ()1)(1 ()1 ()1)(1 ( )()()()()(212121210nmnmpppZZZpppZZZjjjjjjKjjjjjjKjA4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n波特图波特图 波特图是一种波特图是一种对数坐标曲线图对数坐标曲线图。njpjmizi11arctanarctan)(n相频特性相频特性即即: 相频特性的波特图为各因子波特图的叠加相频特性的波特图为各因子波特图的叠加。 因此，只要分别画出各因子的波特图，再把它们相加即可得到因此，只要分别画出各因子的波特图，再把它们相加即可得到系统的总波特图。系统的总波特图。)()()(jeAj

10、A4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n一阶幅频因子项的波特图一阶幅频因子项的波特图2)(1lg20)(ppApparctan)(n一阶相频因子项的波特图一阶相频因子项的波特图dB 3)( , )3()/lg(20)( , 10 )2(dB 0)( , 1 . 0 ) 1 (ppppAAA45)( , )3(/ , 10 )2( 0/ , 1 . 0 ) 1 (ppppp极点因子极点因子4.1.2 频率特性的分析方法频率特性的分析方法n一阶幅频因子项的波特图一阶幅频因子项的波特图2)(1lg20)(zzAzzarctan)(n一阶相频因子项的波特图一阶相频因子项的波特图dB 3)(

11、 , )3()/lg(20)( , 10 )2(dB 0)( , 1 . 0 ) 1 (zzzzAAA45)( , )3(/ , 10 )2( 0/ , 1 . 0 ) 1 (zzzzz零点因子零点因子应用举例应用举例nRC低通电路的频率响应低通电路的频率响应RC+-io.VV RC低通电路低通电路HHio/j11/j11 )/(111)j/(1)j/(1ffRCjCRCVVAv其中其中RCfRC21 1HH 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 )/arctan()/arctan()()/(11)/(11HH2H2HffffA将将 用其幅值与相角表示，得：用其幅值与相角表示，得：vA)1 ()

12、1)(1 ()1 ()1)(1 ()(21210nmpppZZZjjjjjjKjA应用举例应用举例2H)/(11ffA)/arctan()(HffRC低通电路的频率特性曲线低通电路的频率特性曲线可做出可做出RC低通电路的近似频率特性曲线：低通电路的近似频率特性曲线：2/1)( , )3(/)( , )2(1)( , ) 1 (HHHHAffffAffAff45 , )3(90 , )2(0 , ) 1 (HHHHHHffffff-应用举例应用举例nRC高通电路的频率响应高通电路的频率响应ffjRCCRRVVAv/j11/j11 )/(111)j/(1LLio其中其中RCfRC21 1LL 幅频

13、特性：幅频特性： 相频特性：相频特性： RC高通电路高通电路2L2L)/(11)/(11)(ffA)/arctan()/arctan()(LLff应用举例应用举例)/arctan()(LffRC高通电路的频率特性曲线高通电路的频率特性曲线2L)/(11)(ffA由公式可做出由公式可做出RC高通电路的近似频率特性曲线：高通电路的近似频率特性曲线：45 , )3(0 , )2(90 , ) 1 (HLHLHLffffff2/1)( , )3(1)( , )2(/)( , ) 1 (LLLLAffAffffAff应用举例应用举例例例: 分析下面电路的传输函数，画出其波特图分析下面电路的传输函数，画出

14、其波特图.H11111io11/11)/(111)/(1)/(1)(jCRjCjRCjVVjARC低通电路低通电路RC高通电路高通电路压控电压源压控电压源其中其中11H11H21 1CRfCR应用举例应用举例例例: 分析下面电路的传输函数，画出其波特图分析下面电路的传输函数，画出其波特图.)/(11)/(111)/(1)(L112222o2jjCRCjRRVVjARC低通电路低通电路RC高通电路高通电路压控电压源压控电压源其中其中22L22L21 1CRfCRLL/1/jj应用举例应用举例RC高通电路的频率特性曲线高通电路的频率特性曲线RC低电路的频率特性曲线低电路的频率特性曲线)/(11)(

15、L2jjAH1/11)(jjA应用举例应用举例2008. 0106 . 1100 )/(11)/(11 )/(1 )(26221122io1o122oiojjCRjCRjCRjmVVVVVVVVjAv下限截止频率下限截止频率： Hz802122LCRf上限截止频率上限截止频率： kHz89.192111HCRf传输系数：传输系数： dB14 , 5m电路的波特图电路的波特图kHz 8 .19LHffBWrad/s 101251311HCRrad/s 105 . 0 1322LCR)/1 (/LLjj)/1 (1Hjm4.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应n多级放大电路的幅频特

16、性和相频特性多级放大电路的幅频特性和相频特性)( )()(.)()()()()()()(1221jAjXjYjXjXjXjXjXjYjAknkinioo 多级放大电路的频率响应函数多级放大电路的频率响应函数A(j )为各单级电路频响函数为各单级电路频响函数Ak(j )的乘积。的乘积。4.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应n多级放大电路的幅频特性和相频特性多级放大电路的幅频特性和相频特性 多级放大电路多级放大电路的幅频的幅频特性为各单级特性为各单级电路电路的幅频的幅频特性之特性之积积( (分贝数之和分贝数之和),),相频特性为各单级相频特性为各单级电路电路的的相频特性之相频特性

17、之和和。 )()(1jAjAknk )()()()(1knkAjXjYAnkk1)()(nkkjknkeA1)(1)(4.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应n多级放大电路的通频带和截止频率多级放大电路的通频带和截止频率设各级上限截止频率为设各级上限截止频率为: fH1, fH2 , , fHm ，则，则)/1 ()/1)(/1 ()(HmH2H10m0201fjffjffjfAAAjfA)/(1 )/(1 2Hm2H1MffffAAvv幅频特性幅频特性 上限截止频率上限截止频率 2H22H21HH1111 . 11mffff高频段频响函数高频段频响函数4.1.3 多级放大电路

18、的频率响应多级放大电路的频率响应n多级放大电路的通频带和截止频率多级放大电路的通频带和截止频率设各级下限截止频率为设各级下限截止频率为: fL1, fL2 , , fLm ，则，则幅频特性幅频特性 下限截止频率下限截止频率 )/1 ()/1)(/1 ()(LmL2L1MfjffjffjfAjfAv)/(1 )/(1 2Lm2L1MffffAAvv2Lm22L21LL1 . 1ffff对于多级放大电路对于多级放大电路: 级数越多级数越多, 增益越高增益越高, 通频带越窄通频带越窄. 低频段频响函数低频段频响函数4.1.3 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应n主极点主极点和和主极点频率主

19、极点频率n低通系统中低通系统中 最低的极点最低的极点n该极点的频率该极点的频率远小于远小于其它极点的频率。其它极点的频率。n高通系统中高通系统中 最高的极点最高的极点n该极点的频率该极点的频率远大于远大于其它极点的频率。其它极点的频率。 一个系统中可能存在若干个极点和零点一个系统中可能存在若干个极点和零点. 在工程上，一般将频差达到在工程上，一般将频差达到4倍倍以上作为以上作为远小于远小于和和远大于远大于的判别的判别标准。标准。系统的截止频率可由主极、零点近似确定系统的截止频率可由主极、零点近似确定。但在计算相角时，。但在计算相角时，非主极点非主极点/零点的作用不能忽略。零点的作用不能忽略。应

20、用举例应用举例 A ssssv( )()()()101010107867试画出其频率响应波特图试画出其频率响应波特图. 例例 设二阶低通系统的电压传输函数为设二阶低通系统的电压传输函数为解解: (1) 计算系统的极、零点。计算系统的极、零点。令令S = j , 系统频率响应特性为系统频率响应特性为 )10)(10()10(10)(7687jjjjAv)10/1)(10/1 ()10/1 (100768jjj应用举例应用举例 解解: (1) 计算系统的极、零点计算系统的极、零点 令令S = j , 系统频率响应特性为系统频率响应特性为 )10/1)(10/1 ()10/1 (100 )10)(1

21、0()10(10)(7687687jjjjjjjAv应用举例应用举例 (2) 画二阶一零系统的波特图画二阶一零系统的波特图 应用举例应用举例 (2) 画二阶一零系统的波特图画二阶一零系统的波特图 应用举例应用举例例例: 分析下式给出的系统传输函数，画出其频率响应波特图分析下式给出的系统传输函数，画出其频率响应波特图.3333( )(280 10 )( )125 210( )(210 10 )(250 10 )oiV ssA sV sss33318010()20(1)(1)10105010fjA jfffjj解解: 由由A(s)知，系统有两个极点、一个零点，且两极点知，系统有两个极点、一个零点，

22、且两极点(-210103、 -250103)均小于零，因而系统为稳定工作系统。均小于零，因而系统为稳定工作系统。 系统的系统的频率响应函数频率响应函数： 令令s= j = j2 f31()()20 |11010A fA jffjf fH 10k Hz应用举例应用举例.应用举例应用举例例例 某某放大电路的电压增益表达式为放大电路的电压增益表达式为 2351000j ( Hz1j1j1010vAffff（ ）式中 的单位为）(1) 求该电路的中频电压增益求该电路的中频电压增益 ；(2) 求求f=105Hz时，电路的附加相移时，电路的附加相移； 180(3) 根据根据 的表达式，求该电路的上限截止频

23、率的表达式，求该电路的上限截止频率fH？(4) 用该电路做基本放大电路构成负反馈放大电路是否有可能产生高用该电路做基本放大电路构成负反馈放大电路是否有可能产生高频自激振荡？频自激振荡？ 为什么？为什么？vA应用举例应用举例例例 已知某放大电路电压增益的对数幅频特性如下所示，该放大电路已知某放大电路电压增益的对数幅频特性如下所示，该放大电路 有几个极点？位于什么频率？有几个极点？位于什么频率？4.2 晶体管的频率特性晶体管的频率特性 晶体管内部晶体管内部PN结存在电容效应，其容抗随着工作频率的升高结存在电容效应，其容抗随着工作频率的升高而减小，这是导致晶体管高频放大能力下降的主要原因。而减小，这

24、是导致晶体管高频放大能力下降的主要原因。 双极型晶体管的混合双极型晶体管的混合 模型模型4.2.1 双极型晶体管的高频参数双极型晶体管的高频参数n对于混合对于混合 模型模型CEQCEceVvVbcII0截止频率截止频率f ： 下降到下降到 0的的 。特征频率特征频率f T： 的频率。的频率。2/11.4.2.1 双极型晶体管的高频参数双极型晶体管的高频参数n对于混合对于混合 模型模型CEQCEceVvVbcII0中频和低频段中频和低频段ebmrg0基本为常数基本为常数高频段高频段fjfCCrjrCjgIIcbebebebcbmbc/1)(1)(0)(21cbebebCCrf其中其中：)(20T

25、cbebmCCgff021ff /04.2.1 双极型晶体管的高频参数双极型晶体管的高频参数ffjIIbc10)(20TcbebmCCgff晶体管的共射组态晶体管的共射组态：当当 f = f 时时：021当当 f=fT时，时， ，可导出，可导出：1)(21cbebebCCrf其中其中：ffj10晶体管的共基组态晶体管的共基组态：ff)1 (0其中其中：因此因此，共基极组态的频率特性较好共基极组态的频率特性较好. fffT当当 f = f 时时：021晶体管的频率参数：晶体管的频率参数：4.2.1 双极型晶体管的高频参数双极型晶体管的高频参数中频和低频段中频和低频段ebmrg0基本为常数基本为常

26、数高频段高频段fjfCCrjrCjgcbebebebcbm/1 )(1)(0)(21cbebebCCrf其中其中：)(20TcbebmCCgffff)1 (0fffT4.2.2 MOS型场效应晶体管的高频参数型场效应晶体管的高频参数MOS管微变信号模型管微变信号模型(衬源短接衬源短接)0()1dsdTgVIfI 与双极型晶体管类似，为表征管的高频放大能力，定义与双极型晶体管类似，为表征管的高频放大能力，定义MOS管的管的特征频率特征频率fT .)(2gdgbgsmTCCCgf4.3 双极型晶体管放大电路的频率响应双极型晶体管放大电路的频率响应 晶体管参数晶体管参数 (rbb、Cbc、fT)、工

27、作组态、负载电阻、工作组态、负载电阻RL、信号源、信号源内阻内阻RS影响电路的高频特性；耦合电容或旁路电容影响电路的低频影响电路的高频特性；耦合电容或旁路电容影响电路的低频特性。特性。单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路4.3.1 单管共射放大电路的高频响应单管共射放大电路的高频响应 单管共射放大电路的高频等效电路单管共射放大电路的高频等效电路单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路小信号高频等效电路小信号高频等效电路 Cb c 在高频等效电路中，在高频等效电路中， 接于输入和输接于输入和输出之间出之间, 形成形成内部反馈内部反馈. 1. 密勒定理密勒定理 密勒定理给出了网络的一种等效变换

28、关系，它可密勒定理给出了网络的一种等效变换关系，它可以将以将跨接跨接在输入端与输出在输入端与输出端之间的阻抗，分别等效端之间的阻抗，分别等效为为并接并接到输入端与输出端到输入端与输出端的阻抗。的阻抗。CgRCMmLb c()1CgRCMmLb c()11LcceLRRrR/密勒定理的内容密勒定理的内容 当系统的输入、输出端之间跨当系统的输入、输出端之间跨接有阻抗接有阻抗Z 时，可用时，可用密勒定理密勒定理将将Z 的作用分别等效到输入、输出回路的作用分别等效到输入、输出回路中，表现为中，表现为Z1、Z2 。 等效的条件：等效前后输入端等效的条件：等效前后输入端节点和输出端节点的流入、流出电节点和

29、输出端节点的流入、流出电流不变，输入端和输出端的端口电流不变，输入端和输出端的端口电压不变。压不变。1212AZZAZZ/11 121密勒定理的推导密勒定理的推导1211212从从Z流入节点流入节点2的电流的电流: ZVAVZVVI22212/222)/11/(ZVAZV /112AZZ其中，其中，从节点从节点1流入流入Z的电流的电流: AZZ1111111211)1/(ZVAZVZVAVZVVI其中，其中，2. 共射电路的单向化等效电路共射电路的单向化等效电路Zj Cb c1eboVVAcbCAjAZZ)1 (111cbCAjAZZ)/11 (1/112CA CMb c()1cbMCAC)/

30、11 (已知：已知：根据密勒定理：根据密勒定理：则等效到输入和输出端的电容：则等效到输入和输出端的电容：2. 等效电路的单向化模型等效电路的单向化模型LCceLRRrR/由由LmcbLLmcbeboRgCRjRgCjVVA 1)(得：得：cbLmMcbLmMCRgCCRgC)/(11 )1 (LcbmcbRCgC)/(1/1)/(1LcboebebmoRCjVVVgV)/(1)/( bbsebssbesebsrRrRVrRrV2. 等效电路的单向化模型等效电路的单向化模型cbLmebMebiCRgCCCC)1 ( 由戴维南定理：由戴维南定理：RB的值相对较大的值相对较大,可忽略可忽略.cbLm

31、McbLmMCRgCCRgC)/(11 )1 (忽略RB3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率例：单管共射放大电路如下，其中例：单管共射放大电路如下，其中VCC=5V，RB=344k ，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶体管。晶体管T(硅管硅管)参数为：参数为：rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300MHz，Cbc=4pF。CB、CC为耦合电容。试分析电路为耦合电容。试分析电路的高频段源电压增益函数的高频段源电压增益函数 及其上截止频率及其上截止频率fH。vsA)(2TcbebmCCgf3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率解解: (1) 估算直流工作点估

32、算直流工作点 1mAA103447 . 058030BBEQCCCQRVVIV3CCQCCCEQRIVV(2) 估算管混合估算管混合参数参数 026802.081Tb eCQVrkImS46.38261TCQmVIgk10310110033CQACEQceIVVr书82页3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率pF4 .162cbTmebCfgCpF2 .17343 .433 .43)1 (cbcbLmMCCRgCpF6 .189MebiCCC)(2TcbebmCCgfpF4cbMCC3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率在中频段在中频段 在高频段在高频段 )/( bbsebssbese

33、bsrRrRVrRrV719.5sV654. 0189.6pF(3) 估算估算 及其上截止频率及其上截止频率 sovsVVA/(忽略忽略RB的作用的作用)ebmrg067.270ebbbsLebmsovsrrRRrgVVA37.400ebbbLebmiovrrRrgVVA3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率sovsVVA719.5sV654. 0189.6pFebosebssVVVVVV)1)(1 ( )1)(1 ( )(1)()(1)(1 00oivscbLisvscbLcbLmisibesebjjACRjCRjACjRCjRgCjRCjrRr)/( bbsebssbesebsrRrR

34、VrRrVcbLisCRCRoi (3) 求高频段源电压增益函数求高频段源电压增益函数 3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率)/1)(/1 ( )1)(1 ( )1)(1 (HoHi000fjffjfAjjACRjCRjAVVAvsoivscbLisvssovs 输入回路中密勒电容输入回路中密勒电容CM的数值相对较大，的数值相对较大，fHi是传输函数的主极点是传输函数的主极点频率，电路的高频特性主要由放大电路的频率，电路的高频特性主要由放大电路的输入回路决定输入回路决定，上限截止频率，上限截止频率fH fHi =1.167MHz。 (4) 求上限截止频率求上限截止频率 MHz172.36

35、21MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo 3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率(5) 估算估算 及其上限截止频率及其上限截止频率 iovVVA/95.4iV954. 0189.6pFbbebsiebbbebsrrRVrrrV/由戴维南定理：由戴维南定理：3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率)/1)(/1 ( )1)(1 ( )1)(1 ( )(1)()(1)(1 HoHi000fjffjfAjjACRjCRjACjRCjRgCjRCjrrrVVVVVVVVAvoivcbLisvcbLcbLmisiebbbebebosebisiov 通过分析表明，信号源内阻通

36、过分析表明，信号源内阻RS趋于零时共射放大电路的上限趋于零时共射放大电路的上限截止频率截止频率fH 7.767MHz。 95.4iV954. 0189.6pF(5) 估算估算 及其上截止频率及其上截止频率 iovVVA/MHz767. 7 /1/11 . 11MHz172.36MHz793. 82Ho2HiHHoHifffffcbLisCRCRoi 总结：上限截止频率的求法总结：上限截止频率的求法MHz172.3621MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo 5 .719/)(ebbbssrrRRpF6 .189MebiCCC4 .95/ebbbsrrRMebiCCC1k

37、100 2.08k16.4pF4pF173.2pFMHz767. 7 /1/11 . 11MHz172.36MHz793. 82Ho2HiHHoHifffff计算机仿真计算机仿真nRS对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响计算机仿真计算机仿真nrbb对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响计算机仿真计算机仿真nRL对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响3. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率n选择选择rbb小、小、Cbc小、小、fT高的晶体管。高的晶体管。n减小信号源内阻减小信号源内阻RS，使信号源呈电压源的形式。，使信号源呈电压源的形式。n减小负载电阻及管的直流工作点电流，以使减小负载

38、电阻及管的直流工作点电流，以使Cbc的密勒电的密勒电容随之减小，但这也会导致电路的中频增益的减小。容随之减小，但这也会导致电路的中频增益的减小。 综合上述分析，单管共射电路的高频特性主要取决于综合上述分析，单管共射电路的高频特性主要取决于输入回路输入回路。为提高电压增益的上限截止频率，应为提高电压增益的上限截止频率，应减小输入回路的时间常数减小输入回路的时间常数，采，采用如下措施：用如下措施： cbTmebCfgC23. 增益和上限截止频率增益和上限截止频率放大电路的中频电压增益与上截止频率的乘积。放大电路的中频电压增益与上截止频率的乘积。 (6) 增益带宽积增益带宽积 ( (GBW) ) 当

39、管参数（当管参数（rbb、Cbc、fT）和信号源内阻）和信号源内阻RS确定后，增益带确定后，增益带宽乘积基本为一常数，随宽乘积基本为一常数，随gm、RL改变而变化的程度很小。改变而变化的程度很小。)1 ()(2 HcbLmebbbSLmvsMCRgCrRRgfABWG总结：上限截止频率的求法总结：上限截止频率的求法MHz172.3621MHz167. 121HoHioiffcbLisiCRCRo LCceLRRrR/(1) 画出小信号高频等效电路。画出小信号高频等效电路。(2) 利用利用密勒定理密勒定理将跨接在输将跨接在输入和输出回路间的阻抗入和输出回路间的阻抗Z 分别分别等效到输入、输出回路

40、中。等效到输入、输出回路中。(3) 利用利用RCRC时间常数法分别求时间常数法分别求输入、输出回路的截止频率。输入、输出回路的截止频率。(4) 求整个电路的截止频率求整个电路的截止频率2H22H21HH1111 . 11mffff4.3.2 单管共基放大电路的高频特性单管共基放大电路的高频特性n共基共基放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导)/1/(mebegrr4.3.2 单管共基放大电路的高频特性单管共基放大电路的高频特性n共基共基放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导)/1/(mebegrr1.集电结电容等效到输出回路，集电结电容等效到输出回路，输入回

41、路仅有发射结电容的作输入回路仅有发射结电容的作用；与共射电路不同。用；与共射电路不同。2.发射结的电容远高于集电结的发射结的电容远高于集电结的电容，集电结的电容可以忽略。电容，集电结的电容可以忽略。3.当频率不是太高时，发射结的当频率不是太高时，发射结的容抗远大于容抗远大于re，可以忽略发射结，可以忽略发射结电容。电容。4.因此，电路的高频特性好。因此，电路的高频特性好。4.3.2 单管共基放大电路的高频特性单管共基放大电路的高频特性n共基放大电路高频特性的定性分析共基放大电路高频特性的定性分析输入回路：输入回路：n不存在不存在Cbc的密勒电容的密勒电容n由于由于re较小，使得等效电阻较小，使

42、得等效电阻Rs的的阻值较小阻值较小n输入回路时间常数输入回路时间常数 i远小于共射远小于共射组态电路组态电路输出回路：输出回路：n等效电容为等效电容为Cbc因此，电路的高频特性好。因此，电路的高频特性好。EQTebmebmebe11/IVrgrgrresssesesrRRVrRrV/应用举例应用举例例：单管共基放大电路的交流通路如图所示，例：单管共基放大电路的交流通路如图所示，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶体管。晶体管T(硅管硅管)参数为：参数为：rbb=100 ， 0 =80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，直流工作点，直流工作点(ICQ=1 mA,

43、 VCEQ=3V) 。试分析。试分析电路的源电压增益函数和上截止频率电路的源电压增益函数和上截止频率fH。esssesesrRRVrRrV/LCLRRR/ 26er应用举例应用举例解解: 电路的源电压增益电路的源电压增益)/1)(/1 ( )1)(1 (1 HoHi0fjffjfACRjCRjrRRrgVVVVVVVVAvscbLebsesLemebosebsssovsMHz 172.36MHz 253.373HoHiffs 104 . 4s 104264. 0909icbLebsCRCR 输入回路中电阻、电容值均输入回路中电阻、电容值均较小，使得较小，使得 fHi 甚至高于甚至高于 fT (

44、fT=300 MHz)，电路的高频特性主要受放，电路的高频特性主要受放大电路大电路输出回路制约输出回路制约，上限截止，上限截止频率频率 fH fHo = 36.172 MHz。 应用举例应用举例共基放大电路的电流增益共基放大电路的电流增益)1)(1 (0cbLebeeciCRjCrjIIA当负载当负载RL较小，远小于管的输出阻抗时较小，远小于管的输出阻抗时)/1 ()1 (H00fjfCrjAebei其中其中ebeCrf 21H共基电流放大系数共基电流放大系数 的上限截止频率的上限截止频率 共基极电路电流增益共基极电路电流增益的上限截止频率近似等于的上限截止频率近似等于f ，远高于电压增益的上

45、，远高于电压增益的上限截止频率。共基极电路限截止频率。共基极电路很适于用作电流跟随器。很适于用作电流跟随器。 电流跟随器电流跟随器是实现信是实现信号电流传输的器件，其电号电流传输的器件，其电流增益接近于流增益接近于1，上限截上限截止频率止频率很高，输入阻抗低，很高，输入阻抗低，输出阻抗高。输出阻抗高。T)(21fCCrfcbebe式4.2.3应用举例应用举例nrbb 对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响应用举例应用举例nRS对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响应用举例应用举例nRS/RL对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响4.3.2 单管共集放大电路的高频特性单管共集放大电路的高频

46、特性n共集共集放大电路的高频等效电路的推导放大电路的高频等效电路的推导交流通路交流通路共集放大电路共集放大电路4.3.2 单管共集放大电路的高频特性单管共集放大电路的高频特性n共集放大电路的高频等效电路的推导共集放大电路的高频等效电路的推导LEceL/RRrR 微变等效电路微变等效电路交流通路交流通路4.3.2 单管共集放大电路的高频特性单管共集放大电路的高频特性微变等效电路微变等效电路密勒等效电容密勒等效电容n共集放大电路高频特性的定性分析共集放大电路高频特性的定性分析1A 输入回路中密勒等效电容输入回路中密勒等效电容很小，电路的上限截止频率较很小，电路的上限截止频率较高。若高。若Rs和和r

47、bb足够小，负载电足够小，负载电阻阻RL足够大，则足够大，则 fH .LEceL/RRrR ebMebMCACCAC)/11 ()1 (应用举例应用举例例：单管共集放大电路如图所示，例：单管共集放大电路如图所示，RE=3k ，RC=2k ，RL=60k ，RB=3k ，VCC=5V，ICQ 1mA，硅管，硅管rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，试计算，试计算RS为为1k 和和100 时的时的源电压增益源电压增益及上截止频率及上截止频率fH。)17.409/48.185/1 ()93.377/1 (992. 0jfjfjfVVAsovsRS为为10

48、0 时时)97.396/91.34/1 ()93.377/1 (968. 0jfjfjfVVAsovsRS为为1k 时时 f 的单位的单位: MHz应用举例应用举例电路宜采用恒压源激励。电路宜采用恒压源激励。nRS对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响应用举例应用举例nRL对上限截止频率的影响对上限截止频率的影响4.3.4 放大电路的低频特性放大电路的低频特性 耦合电容的目的是通交流隔直流，避免前后放大级的直流工耦合电容的目的是通交流隔直流，避免前后放大级的直流工作点相互影响，同时耦合交流信号；而旁路电容的目的是使偏置作点相互影响，同时耦合交流信号；而旁路电容的目的是使偏置电阻不致降低电路的

49、中、高频增益。电阻不致降低电路的中、高频增益。 共集放大电路共集放大电路已知已知VCC=5V, , RB=340k , , RE=50 , RC=2k , ,RL=2.5k , ,RS=1k ，CB=1F, CC=1F( (为分析为分析CB、CC作作用，取用，取CE=0),),硅管参数为硅管参数为: : 0 0=80, , VA=100V，rbb=100，试分析电路的，试分析电路的低频电压增益及其下截止频率低频电压增益及其下截止频率 fL。解解: 估算直流工作点和混合估算直流工作点和混合参数参数 1mA)1 (00EBBEQCCCQRRVVIV3CCQCCCEQRIVV4.3.4 放大电路的低

50、频特性放大电路的低频特性k103CQACEQceIVVrk08. 20CQTebIVr1mA)1 (00EBBEQCCCQRRVVIV3CCQCCCEQRIVV3 .12)1 (00EbesLmebvsRrRRgrA4.3.4 放大电路的低频特性放大电路的低频特性)/1)(/1 ()(LoLi0jffjffAVVjfAvssovs可推导得可推导得其中其中Hz 22 )1 (21E0ebbbsBLiRrrRCfHz 35 21LCCLoRRCfHz 451 . 12Lo2LiLfff 可见，欲展宽放大电路的通频可见，欲展宽放大电路的通频带，降低下限截止频率，应增加耦带，降低下限截止频率，应增加耦

51、合电容的容量，增大电路的输入电合电容的容量，增大电路的输入电阻和负载电阻。阻和负载电阻。 4.3.5 组合放大电路的频率特性组合放大电路的频率特性n共射共基组合放大电路共射共基组合放大电路 通过共基电路通过共基电路T2减小减小T1管的管的RL，降低，降低T1管的密勒电容。管的密勒电容。11212 )1 (cbcbemMCCrgC 提高了共射级提高了共射级T1的上限截止的上限截止频率，而共基级频率，而共基级T2的上限截止频的上限截止频率又很高，故组合电路的上限截率又很高，故组合电路的上限截止频率得到提高。止频率得到提高。22/1megr4.3.5 组合放大电路的频率特性组合放大电路的频率特性n共

52、射共基组合放大电路共射共基组合放大电路共射共基组合放大电路幅频特性的仿真共射共基组合放大电路幅频特性的仿真 4.3.5 组合放大电路的频率特性组合放大电路的频率特性n共集共射组合放大电路共集共射组合放大电路 由共射放大电路频率特性的由共射放大电路频率特性的分析可知，欲提高共射电路的上分析可知，欲提高共射电路的上限截止频率，信号源内阻限截止频率，信号源内阻Rs应尽应尽可能小。可能小。 共集电路输出电阻较低，上共集电路输出电阻较低，上限截止频率较高，故组合电路的限截止频率较高，故组合电路的上限截止频率较单级共射电路的上限截止频率较单级共射电路的得以提高，而中频增益基本不变。得以提高，而中频增益基本

53、不变。4.4 场效应管放大电路的频率特性场效应管放大电路的频率特性MOSMOS管的微变信号模型管的微变信号模型 模电讨论群：5611 25774.4.1 基本共源放大电路的频率特性基本共源放大电路的频率特性增强型电阻负载共源放大电路增强型电阻负载共源放大电路n分压式偏置共源放大电路分压式偏置共源放大电路共源放大电路的交流等效电路共源放大电路的交流等效电路G2G1G/ RRR DdsLRrR/4.4.1 基本共源放大电路的频率特性基本共源放大电路的频率特性gdDmgdDmCRgCCRgC)11 ()1 (MMMbdoMgbgsiCCCCCCC)/1)(/1 ( HoHi0fjffjfAVVAvs

54、sovsiHi21CRfsoHo21CRfD2Ho2HiH/1/111 . 1fffDdsD/ RrR GssRRR/4.4.1 基本共源放大电路的频率特性基本共源放大电路的频率特性GsssGsGsRRRVRRRV/由戴维南定理：由戴维南定理：gdDmgdDmCRgCCRgC)11 ()1 (MMMbdoMgbgsiCCCCCCCDdsD/ RrR 4.4.1 基本共源放大电路的频率特性基本共源放大电路的频率特性)/1)(/1 (HoHi0fjffjfAVVAvssovsiHi21CRfsoHo21CRfD2Ho2HiH/1/111 . 1fff4.4.1 基本共源放大电路的频率特性基本共源放

55、大电路的频率特性 下图为某共源放大电路的仿真结果，上截止频率约为下图为某共源放大电路的仿真结果，上截止频率约为13.8MHz。 4.4.2 有源负载有源负载E/E型共源放大电路的频率特性型共源放大电路的频率特性viNMOS E/E放大电路及其高频微变等效电路放大电路及其高频微变等效电路222bsgsCCC2222/1/1dsmbmrggr 4.4.2 有源负载有源负载E/E型共源放大电路的频率特性型共源放大电路的频率特性4.4.3 有源负载共漏放大电路的频率特性有源负载共漏放大电路的频率特性有源负载共漏放大电路及其高频微变等效电路有源负载共漏放大电路及其高频微变等效电路 下图为下图为E/D型有

56、源负载共漏放大电路的形式，耗尽型管型有源负载共漏放大电路的形式，耗尽型管T2作为作为共漏放大管共漏放大管T1的有源负载。在高频微变等效电路中，虚框内为负的有源负载。在高频微变等效电路中，虚框内为负载管载管T2的阻抗，的阻抗，T2在高频段表现为阻容并联，电容在高频段表现为阻容并联，电容C2=Cgd2+Cbd2。 4.4.3 有源负载共漏放大电路的频率特性有源负载共漏放大电路的频率特性n中频增益中频增益1 /)/1(1/)/1(11121111211121110mbmmdsdsmbmmdsdsmbmdsdsmbmiovsggggggggrrggrrggVVA4.4.3 有源负载共漏放大电路的频率特

57、性有源负载共漏放大电路的频率特性 在高频等效电路中，在高频等效电路中，Cgs1跨接于电路的输入、输出之间，由于跨接于电路的输入、输出之间，由于Avs0趋近于趋近于1，Cgs1的密勒效应很小。因而，共漏放大电路电压增益的密勒效应很小。因而，共漏放大电路电压增益的上限截止频率较高，高于相同工作情况的共源极电路。的上限截止频率较高，高于相同工作情况的共源极电路。4.4.3 有源负载共漏放大电路的频率特性有源负载共漏放大电路的频率特性 下图为某共漏放大电路的仿真结果，其中的曲线下图为某共漏放大电路的仿真结果，其中的曲线(b)为为E/D型型共源极电路共源极电路(与共漏电路的管参数相同、电流工作点相同与共漏电路的管参数相同、电流工作点相同)的幅频特的幅频特性、借以和共漏电路做比较。性、借以和共漏电路做比较。 4.4.3 有