第5章--放大电路的频率特性.

1、第五章第五章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性5.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念 5.2 三极管的频率参数三极管的频率参数 5.3 共共e极放大电路的频率特性极放大电路的频率特性 5.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性 5.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念 对低频段对低频段, 由于耦合电容的容抗变大由于耦合电容的容抗变大, 高频时高频时1/cR, 可视为短路可视为短路, 低频段时低频段时1/C1, 所以上式可简化为所以上式可简化为fT0f上式表示了上式表示了fT和和f的关系。的关系。 5.2.2 特征频率特征频率fT5.2.3 共基极电流放大系数共基极电流放

2、大系数的截止频率的截止频率f 1ffjo1定义当定义当 下降为中频下降为中频0的的0.707倍时的频率倍时的频率f为为的截止频率。的截止频率。 .(5-7)f、f、 fT之间有何关系之间有何关系? 将式将式(5 - 3)代入式代入式(5 - 7)得得ffjfjffjf)1 (11/11/100000Taafffff00)1 (5.2.4 三极管混合参数三极管混合参数型等效电路型等效电路 1.完整的混合完整的混合型模型型模型 rcebc(b) 混合 型等效电路rbbCbrbcCeUb e.gmUb e .eIb.Ic.(a) 三极管的电容效应berberberbbrbcbCCc图图5 5 三极管

3、的混合三极管的混合型等效电路型等效电路berbbIcIbrbebcgmUb e(a) 不考虑C和 C的简化混合型等效电路beIcIbc(b) 简 化的 h参数等效电路rbeIb图图5 6 混合混合型参数和型参数和h参数之间的关系参数之间的关系26262626)1 (26)1 (CQCQebmbebbmebmebbebbCQEQebEQbbbeebbbIIrgIrIgUgrrrIIrIrrrrCgfmT22. 简化的混合简化的混合型模型型模型 bce(a)rbbrbebUbe.CCgmUb e .c(b)IUbe.CbeUc e.eIc(c)Ub e.b(1 K)CCK 1KUce.e图图5 7

4、 C的等效过程的等效过程CjUUUCjUUIebceebceeb1)1 (1令令 则,KUUebceCKjUCjKUIebeb)1 (11)1 (此式表明此式表明, 从从b、e两端看进去两端看进去, 跨接在跨接在b、c之间的之间的电容电容C的作用的作用, 和一个并联在和一个并联在b、e两端两端, 其电容值为其电容值为 的电容等效。这就是密勒定理。如图的电容等效。这就是密勒定理。如图5- 7(c)所示。所示。 CKC)1 (CKKjUCjKUCjUUIceecebce)1(11)11 (1 5.3 共共e极放大电路的频率特性极放大电路的频率特性 RsRbrb eRcUsRsC1RL UCCRcR

5、bC2(a)(b)bcUo.Ui.Us.Ui.C1rbbCUo.CK 1KgmUb e .Ub eeb图图5 8 共共e极放大电路及其混合极放大电路及其混合型等效电路型等效电路 具体分析时具体分析时, 通常分成三个频段考虑通常分成三个频段考虑: (1) 中频段中频段: 全部电容均不考虑全部电容均不考虑, 耦合电容视为短耦合电容视为短路路, 极间电容视为开路。极间电容视为开路。 (2) 低频段低频段: 耦合电容的容抗不能忽略耦合电容的容抗不能忽略, 而极间电而极间电容视为开路。容视为开路。 (3) 高频段高频段: 耦合电容视为短路耦合电容视为短路, 而极间电容的容而极间电容的容抗不能忽略。抗不能

6、忽略。 这样求得三个频段的频率响应这样求得三个频段的频率响应, 然后再进行综合。然后再进行综合。 这样做的优点是这样做的优点是, 可使分析过程简单明了可使分析过程简单明了, 且有助于且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。 5.3.1 中频放大倍数中频放大倍数Ausm RsRbbcUirbbUogmU b e Usrb eUb eRceb图图5 - 9 中频段等效电路中频段等效电路ebbbebebbbbisisiiiiebsiiiiebbbebebcebmOrrrprrRrUrRrUpUUrRrUpUUrrrURUgU);/(scmisi

7、scmebbbebisiOURpgrRrURgrrrrRrUcmisisOusmRpgrRrUUA(5-18)5.3.2 低频放大倍数低频放大倍数Ausl及波特图及波特图 RsRbbcUirbbUo.gmU b e .Usrb ebUb eRcC1.e.图图5 10 低频段等效电路低频段等效电路sisiiiiebbbebebcebmOUCjrRrUUpUrrrURUgU11(5-19)式中式中p、ri同中频段的定义。将同中频段的定义。将 、 代入式代入式(3 - 19), 得得ebUiUscmisioURpgCjrRrU11siscmisioUCrRjRpgrRrU1)(11111)(111C

8、rRjRpgrRrUUAiscmisisOus将公式将公式(5 - 18)代入代入, 并令并令 ffjAjAACrRfCrRusmusmusisis1111111111111)(2121)(则则当当f=fl时时, ， fl为下限频率。由为下限频率。由(5 - 20)式可看出式可看出, 下限频率下限频率fl主要由电容主要由电容C1所在回路的时间所在回路的时间常数常数l决定。决定。 ,121usmusAA（5-20）（5-21）将式将式(5- 21)分别用模和相角来表示分别用模和相角来表示: ffffAAusmus1211arctan1801（5-22）（5-23）根据公式根据公式(5- 22)画

9、对数幅频特性画对数幅频特性, 将其取对数将其取对数, 得得211120120120ffgAgAIgGusmusu（5-24）先看式先看式(5 - 24)中的第二项中的第二项, 当当ffl时时0120121ffg故它将以横坐标作为渐近线；当故它将以横坐标作为渐近线；当ffl时时, 趋于趋于0, 则则-180; 当当ffl时时, 趋于趋于90, -90;当当f=fl时时, , =-135。 这这样可以分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线样可以分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线, 如图如图3- 11(b)所示。所示。 f10fl时时, =-180f0.1fl时时, =-900.1flf10

10、fl时时, 斜率为斜率为-45/10倍频程的直线。倍频程的直线。 可以证明可以证明, 这种折线近似的最大误差为这种折线近似的最大误差为5.71, 分别分别产生在产生在0.1fl和和10fl处。处。 ff1arctanff1arctan 45arctan1ff5.3.3 高频电压放大倍数高频电压放大倍数Aush及波特图及波特图 RsberbbUo.rb eUb eRcRbC b.gmUb e.Us.图图5 12 高频等效电路高频等效电路ebceUUK由等效电路可求得由等效电路可求得 cebmceRUgU,则则cebmOcmcmebcebmebRUgUCRgCRgURUgUUKce)1 (为求出为

11、求出 与与 的关系的关系, 利用戴维宁定理将图利用戴维宁定理将图5 - 12进行简化进行简化, 如图如图5 - 13所示所示, 其中其中ebUsU)/(/bsbbebsisiebbbebisissRRrrRUprRrrrrrRrUU由图由图5 -13可得可得RcUo.Ub eRcC b.gmUb e .U s.e图图5 13 简化等效电路简化等效电路 sisissebUprRrRCjURCjUCjRCjU1111111111RCjAUUAUprRrRCjRgUusmsoushsisicmo令令RCh上限频率为上限频率为 2121RCfhh则则husmhusmushffjAjAA1111(5-2

12、8)式式(5- 28)也可以用模和相角来表示也可以用模和相角来表示 hhusmushffffAAarctan180)(12高频段的对数幅频特性为高频段的对数幅频特性为 21201201201husmushuffgAgAgG20 lg| Ausm|lg fO 225 270(a) 幅频特性3 dBGk / dB 20 dB / 10 倍频程 1805.710.1 f h5.71 f h10 f hlg f(b) 相频特性 f h图图5 14 高频段对数频率特性高频段对数频率特性 5.3.4 完整的频率特性曲线完整的频率特性曲线(波特图波特图) husmusffjffjAA111CrRfAbbsh

13、usm)(21图图5 15 共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线 fbeGu / dB20 lg| Ausm|O20 dB / 10 倍频程 20 dB / 10 倍频程3 dBff 90 135 180 225 270(a) 幅频特性(b) 相频特性flfh5.3.5 其它电容对频率特性的影响其它电容对频率特性的影响 21f(1) 耦合电容耦合电容C2。 21)(212CRrfLoroRLC2图图5 16 C2的下限频率的等效电路的下限频率的等效电路 1/21/1/13bbeeebsbbbeeRrRCfRRRRrRrUsrRbRcReCeRs图图5 1

14、7 Ce对频率特性的对频率特性的影响影响(2) 射极旁路电容射极旁路电容Ce。 (3) 输出端分布电容输出端分布电容Co。 21LOhLOhRCfRC5.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性5.4.1 多级放大电路的通频带多级放大电路的通频带fbw nuuuuAAAA 21中频区时中频区时 2121usmusmusmusmAAAA 在上、在上、 下限频率处下限频率处, 即即fl=fl1=fl2, fh=fh1=fh2处处, 各各级的电压放大倍数均下降到中频区放大倍数的级的电压放大倍数均下降到中频区放大倍数的0.707倍倍, 即即21212121707. 0707. 0707. 07

15、07. 011usmusmusususmusmushushAAAAAAAA212121215 . 05 . 0111usmusmususususmusmushushushAAAAAAAAAA而此时的总的电压放大倍数为而此时的总的电压放大倍数为 截止频率是放大倍数下降至中频区放大截止频率是放大倍数下降至中频区放大倍数的倍数的0.707时的频率。时的频率。 所以所以, 总的截止频率总的截止频率fhfh1=fh2;flfl1=fl2。总的频带为。总的频带为11111ffffffhbwhbw5.4.2 上、下限频率的计算上、下限频率的计算 2221111 . 1121nhhhhffff 下限频率满足下

16、述近似关系下限频率满足下述近似关系: 2121211211 . 1nffff 多级放大器中多级放大器中, 其中某一级的上限频率其中某一级的上限频率fhk比其它各级比其它各级小很多小很多, 而下限频率而下限频率flk比其它各级大很多时比其它各级大很多时, 则总的上、则总的上、下限频率近似为下限频率近似为kkffffhh11, 【例例1】共共e极放大电路如图极放大电路如图5 - 18所示所示, 设三极管的设三极管的=100, rbe=6k, rbb=100, fT=100MHz, C=4pF。 (1) 估算中频电压放大倍数估算中频电压放大倍数Ausm; (2) 估算下限频率估算下限频率fl; (3

17、) 估算上限频率估算上限频率fh。 解解 (1) 估算估算Ausm。 由公式由公式(5 - 18)240 50 F12 VUs.RsC130 F30 kRb91 kRb10 FC2Rc12 kRe5.1 kCeUo.12图图5-18 例例1电路图电路图7 .459 . 29 .1698. 07 . 424. 07 . 49 . 29 . 3/12/9 .169 . 510098. 061 . 067 . 491/30/6/21usmLcLebmebbbebbbbeiLmisiusmAkRRRVmArgrrrpkRRrrRpgrRrA故故其中其中 (2) 估算下限频率估算下限频率fl。电路中有两

18、个隔直电容。电路中有两个隔直电容C1和和C2以及一以及一个旁路电容个旁路电容Ce, 先分别计算出它们各自相应的下限频率先分别计算出它们各自相应的下限频率fl1、 fl2和和fle。HzCrRRfHzCrRfHzCrRfebeseLcise5210101)91/30/24. 0 (6/1 . 5 105021)1/(210 . 1101010) 9 . 312(21)(2107. 11010) 7 . 424. 0 (21)(213616321631121 (3) 估算上限频率估算上限频率fh。高频等效电路如图。高频等效电路如图3 - 19所示。根据给定参数可算出所示。根据给定参数可算出 RsRbUs.rbbUoCK 1KgmUb e .bRbrb eCUb eRcRL1 bc2图图5 19 例例1高频等效电路高频等效电路 21111fffe、由于由于，所以，所以Hzffe5211kRRRrrRpFCRgCCpFfgCbbsbbebLmTm32. 0)91/30/24. 0(1 . 0/9 . 5)/(/9 .226104)9 . 29 .161 (109 .26)1 (9 .26109 .26101002109 .