模拟电子技术基础(第四版)课件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

1、第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下：场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下：一般情况下，一般情况下， rgs和和 rds比外接电阻大得多，可认为是开路。比外接电阻大得多，可认为是开路。 Cgd可进行等效变化，使电路单向化。可进行等效变化，使电路单向化。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 Cgd等效变化等效变化g-s之间的等效电容为之间的等效电容为d-s之间的等效电容为之间的等效电容为)(1LmgddsdsRgKCKKCC )()1 (LmgdgsgsRgK

2、CKCC 图图5.3.1场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型(b)简化模型简化模型第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+Rs+SUOUiU+图图 5.4.1单管共射放大电路单管共射放大电路中频段：中频段：各种电抗影各种电抗影响忽略，响忽略，Au 与与 f 无关；无关；低频段：低频段：耦合电容耦合电容(或或旁路电容旁路电容)压降增大，压降增大，Au降降低。与电路中的电阻构成低。与电路中的电阻构成RC 高通电路；高通电路；高频段：高频段：三极

3、管的极间电容并联在电路中，三极管的极间电容并联在电路中，Au降低。降低。而且，构成而且，构成 RC 低通电路。低通电路。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数耦合电容耦合电容 可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。1. 中频段等效电路中频段等效电路由图可得由图可得bbebbebebisbeebisieb/ rrrrRRUrrRRRU式中式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU 图图 5.4.2中频段等效电路中频段等效电路e bc +sU +b eb rbb rRbRcRseb UoU

4、iUebm Ug第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应2. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数已知已知 ，则，则eb0m rg bec0isismrRRRRAu 结论：结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简中频电压放大倍数的表达式，与利用简化化h参数等效电路的分析结果一致。参数等效电路的分析结果一致。cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数考虑考虑耦合电容耦合电容(或旁路电容或旁路电容)的作用，其等效电路：的作用，其等效电路：C1 与输入电与输入电阻构成一个阻构成一个 RC 高高通电

5、路。通电路。sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 式中式中 Ri = Rb / rbe图图 5.4.3低频段等效电路低频段等效电路e bc +sUb eb rbb rRbRcRseb UoUiUebm UgC1第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 输出电压：输出电压：s1iscmbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU 低频电压放大倍数：低频电压放大倍数：1issmsosl)(j111CRRAUUAuu 图图 5.4.3低频段等效电路低频段等效电路e bc +sUb eb rbb rRbRcRseb UoU

6、iUebm UgC1第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应低频时间常数为：低频时间常数为：1isL)(CRR 下限下限(-3 dB)频率为：频率为：1isLL)(2121CRRf 则则LLsmLsmslj1jj11ffffAffAAuuu 对数幅频特性对数幅频特性2LL)(1lg20lg20lg20ffffAAusmusl 对数相频特性对数相频特性L0L00arctan90)arctan90(180ffff 因电抗元件引起的相移为附加相移。因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为低频段最大附加相移为+90第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应三、高频电压放大

7、倍数三、高频电压放大倍数考虑考虑极间电容极间电容的影响，其等效电路：的影响，其等效电路：图图 5.4.4 高频等效电路高频等效电路(a) bce + +b eb rebm Ugbb rRbsURcRseb UoUiU C 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应用戴维南定理简化高频等效电路：用戴维南定理简化高频等效电路：图图 5.4.4 高频等效电路高频等效电路(b)输入回路的等效变换输入回路的等效变换 Re+b sU C 图图 5.4.4 高频等效电路高频等效电路(c)输入回路输入回路 be +b eb rbb rRbsU RsiU C sU+ )/(/bsbbebsbeebisi

8、sRRrrRUrrRRRU 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应ssebj11j1j1UCRUCRCU scmbeebisicebmoj11UCRRgrrRRRRUgU 图图 5.4.4 高频等效电路高频等效电路(a) bce + +b eb rebm Ugbb rRbsURcRseb UoUiU C 图图 5.4.4 高频等效电路高频等效电路(b)输入回路的等效变换输入回路的等效变换 Re+b sU C 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 CRAUUAuu j11smsosh高频时间常数：高频时间常数： CR H上限上限(-3 dB)频率为：频率为： CRf 2

9、121HHHsmsh11ffjAAuu 故故shuA的对数幅频特性和相频特性的对数幅频特性和相频特性2Hsmsh)(1lg20lg20lg20ffAAuu H0arctan180ff 高频段最大附加相移为高频段最大附加相移为-90第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应四、波特图四、波特图)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu 绘制波特图步骤：绘制波特图步骤： 1. 根据电路参数计算根据电路参数计算 、fL 和和 fH ； smuA2. 由三段直线构成对数幅频特性；由三段直线构成对数幅频特性； smuA中频段：中频段：对数幅值对数幅

10、值 = 20lg 低频段：低频段： f = fL开始减小，作斜率为开始减小，作斜率为 20 dB/十倍频直线；十倍频直线； 高频段：高频段：f = fH 开始增加，作斜率为开始增加，作斜率为 20 dB/十倍频直线。十倍频直线。3. 由五段直线构成对数相频特性。由五段直线构成对数相频特性。 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应对数幅频特性对数幅频特性fdB/lg20uAOfL-20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频smlg20uA 270 225 135 180对数相频特性对数相频特性 9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO 第五章第五章 放大电路的频率响应放

11、大电路的频率响应5.4.2单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应图图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为短路，中频电压放大倍数为gsC LmgsLdgsmiom)/(RgURRUgUUAu 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应gsgH21CRf CRRf)(21LdL 在高频段，在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：短路，考虑的影响，上限频率为：gsC 在低频段，开路，考虑在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：的影响，下限频率为：gsC )j1)(j1 (j.HLLmffff

12、ffAAuu 电压放大倍数：电压放大倍数：第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积为了改善放大电路低频特性，需加大耦合电容及其回路为了改善放大电路低频特性，需加大耦合电容及其回路电阻，以增大回路时间常数，从而降低电阻，以增大回路时间常数，从而降低下限频率下限频率。放大。放大电路应考虑采用电路应考虑采用直接耦合方式直接耦合方式。2.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率上限频率。 CRf 2121HHcmbeebisisosmRgrrRRRUUAu CRgCCKC

13、C)1 ()1 (cm )/(/bsbbebRRrrR 问题：问题： fH的提高的提高与与Ausm的增大的增大 是是相互矛盾。相互矛盾。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.增益带宽积增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。中频电压放大倍数与通频带的乘积。 CRfRgrrRRRAu 21Hcmbeebisism；因因为为 )/(/bsbbebRRrrR CRgCC)1(cm Ri = Rb / rbe假设假设 Rb Rs，Rb rbe；(1 + gmRc)C C CRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故 CrR)(21bbs 第五章第五章 放大电路的频率响

14、应放大电路的频率响应 CrRfAu)(21bbsHsm 说明：说明：HsmfAu 式不很严格，但从中可以看出一个大概式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和和 C的值即被确定，的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用电路，首要的问题是选用 rbb 和和 C均小的高频三极管。均小的

15、高频三极管。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应复习：复习：1.晶体管、场效应管的混合晶体管、场效应管的混合 模模型型2.单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应表达式：表达式：)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu 波特图的绘制：波特图的绘制：三段直线构成幅频特性三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性五段直线构成相频特性第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数

16、：多级放大电路的电压放大倍数：uNuuuAAAA 21对数幅频特性为：对数幅频特性为： NkukuNuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20 在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有效电路中有多个低通电路多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有有多个高通电路多个高通电路。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应多级放大电路的总相位移为：多级放大电路的总相位移为： NkkN121 两级放

17、大电路的波特图两级放大电路的波特图fHfL幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 级级二二 级级-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应相频特性相频特性-270-360fL1fH1fO -540-180-450-90一一 级级二二 级级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。通频带窄。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算多级放大电路的上限频率和下限频率的估算2H2

18、2H21HH1111 .11Nffff 2L22L21LL1 . 1Nffff 在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。 即：即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应例例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求性如图所示。求下限频