第七章频率响应

1、第七章 频率响应第七章第七章 频率响应频率响应7.1 频率响应的概念7.2 晶体管的高频小信号模型和频率参数7.3 运用快速估算法分析频率响应的预备知识7.4 单级共射放大器的高频响应分析7.5 共集电路的高频响应7.6 共基电路的高频响应7.7 场效应管放大器的高频响应7.8 放大器的低频响应7.9 多级放大器的频率响应7.10 建立时间tr与上限频率fH的关系第七章 频率响应7.1 频率响应的基本概念频率响应的基本概念 一、 频率失真频率失真1、频率失真、频率失真频率响应：描述放大器对于不同频率电信号放大率的均匀度。待放大信号振幅频率失真相位频率失真第七章 频率响应2、线性失真和非线性失真

2、、线性失真和非线性失真线性失真和非线性失真均使输出信号产生畸变。2) 结果不同结果不同 线性失真只会使各频率分量信号的比例关系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分量的信号，但决不产生输入信号中所没有的新的频率分量信号。而非线性失真产生新的频率分量。1) 起因不同起因不同 线性电抗元件 线性失真， 非线性元件非线性失真第七章 频率响应L 半功率点半功率点 H中频区低频区高频区0.707| AuI|AuI|理想幅频特性实际幅频特性|Au(j )|fLffHBW3dB0阻容耦合放大器幅频响应 二、 实际的频率特性及通频带定义实际的频率特性及通频带定义低频区：耦合电容和旁路电容，使增益下降高频区：极间

3、电容、负载电容、分布电容等使增益下降|Au(jw)|AuI|0.707|AuI|0fHf集成运放的幅频特性 HuIuIfABWABWG第七章 频率响应7.2 晶体管的高频小信号模型和频率参数晶体管的高频小信号模型和频率参数一、晶体管的高频等效电路一、晶体管的高频等效电路 发射结正偏，扩散电容为主，记为Cbe；集电结反偏，势垒电容为主，记为Cbc。Ib.rbbrbebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb第七章 频率响应二、晶体管的高频参数二、晶体管的高频参数1、 共射短路电流放大系数(j)及其上限频率f由于电容C be的影响，值将是频率的函数。 bebmecbcIUgIIj短路、de

4、f)(eeboeooQbebbcQbecmrrruiiiuig1)1 ( ebebebbebebbebCrjrICjrIU 1)1(ffjjCrjjoebebo11 1)(第七章 频率响应ffffjjoarctan)(1)()(2 |(j)|的频率特性如图： 的上限频率）)( 21jCrfebeb第七章 频率响应2、特征频率fT特征频率 fT： |(j)| 下降到 1 所对应的频率。2()11 (/)12 oTTToeb ejffffffrC为获得高频下较大的电流增益，fT3 fmax 3、共基短路电流放大系数(j)及f0000()()1()1/(1) , , 1Tjjjjfff 第七章 频率

5、响应例7.2.1 由器件手册知3DG6的特征频率fT=300MHz，已知工作点处电流ICQ=2mA，求发射结电容 的值，另一晶体管的fT=1GHz，ICQ=2mA，求发射结电容 的值，2226132112.2 pF2 112.2 pF2 TTeEQCQb eeTb eeTUUmVrIImACr fCr f解：ebCebC第七章 频率响应7.4单级共射放大器的高频响应分析单级共射放大器的高频响应分析一、共射放大器的高频小信号等效电路一、共射放大器的高频小信号等效电路共射放大器及其高频小信号等效电路（设RB1RB2Rs) 跨接在输入输出间第七章 频率响应二、密勒定理及高频等效电路的单向化模型二、密

6、勒定理及高频等效电路的单向化模型 密勒定理密勒定理：网络的等效变换关系，将跨接在网络输入与输出端的阻抗分别等效为并接在输入端与输出端的阻抗。11221212221121, 111ZuuuAUUUUZZZZZUUUUUIAIAUZ第七章 频率响应共射电路的等效参数计算1c2021c111, 1(1)1111()1, () (1)(1) bub euMuuuMb euuumLMb cb cb euMb cubmLib eMZZZj CAj CAj CAZZAAj Cj CAUAUAg RCCCUUACCACg RCCCC c(1)(), b emLbb eb esb eSb bssssb bb e

7、sbeg R CrrRrRrUUURrrRr第七章 频率响应共射放大器单向化模型进一步等效第七章 频率响应三、高频增益表达式及上限频率三、高频增益表达式及上限频率1(), 1ouIsb coLusuIsmLssbesbeHUArRAjAg RURrRrj 上限角频率 11 2111HisHHCRf2(), ()180arctan()1() arctan()uIsouHHHAfAjjfffff 第七章 频率响应单级共射放大器的幅频特性和相频特性如图： 在半功率点处对应的附加相移为-45，而当频率 f 10 fH 以后，附加相移趋向于最大值( -90)。 第七章 频率响应四、频率特性的波特图近似表

8、示法四、频率特性的波特图近似表示法用对数表示的放大器增益20lg()()20lg ()1() ( )11usuIsHuIsuIsuHHAjdBAdBjAAAjH ssj第七章 频率响应五 负载电容和分布电容对高频响应的影响负载电容和分布电容对高频响应的影响 等效2H22 11()(), 1oceCLLuIsosHoLHRrRRRAUjUjR Cj第七章 频率响应1212()(1)(1)11 ouIsussHHHHsioLUAAjUjjR CR C2212111HHH总上限频率为：计入Ci、CL影响的高频源增益为：第七章 频率响应六、结果讨论六、结果讨论设计宽带放大器的依据：2、关于信号源内阻R

9、s 信号源的内阻尽可能的小。3、关于集电极负载电阻RC的选择原则 RC应兼顾 AUI 和 fH 的要求。1、选择晶体管的依据 选择Cbc小而fT高的晶体管作宽带放大管。4、关于负载电容CL 设法减小负载电容CL和分布电容。第七章 频率响应7.5 共集电路的高频响应共集电路的高频响应 共集电路的高频响应比共射好，即 f H(CC) f H(CE)一、一、 Cbc的影响的影响 Cbc：无密勒倍增效应。且Cbc很小(零点几几pF)，若Rs及rbb较小， Cbc对高频响应的影响就很小。 第七章 频率响应二、二、C be的影响的影响C be对高频的影响很小。 Cbe ：跨接输入输出端的电容，输入端等效电

10、容CM为)1 (uebMACCebMCC结论：共集电路的 fH1 可接近管子的特征频率 fT 。三、三、CL的影响的影响 CQsssbesoImVRrRrRR26111若Rs较小，电流ICQ较大，则Ro可以很小。时常数RoCL很小，fH2 很高。共集电路有很强的承受容性负载的能力。第七章 频率响应7.6 共基电路的高频响应共基电路的高频响应一、一、C be的影响的影响 若忽略rbb的影响，则接于输入端，输入电容Ci= Cbe ，且与Cb c无关，远小于共射电路的输入电容。且输入电阻Rire=26mV/ICQ很小，故输入回路的时常数很小， fH1很高。理论分析的结果fH1fT。 第七章 频率响应

11、二、二、C bc及及CL的影响的影响)(21)(212LcboMcboHCCRCCRf 如果忽略rbb的影响，则 Cbc直接接到输出端，无密勒倍增效应。输出端总电容为Cbc +CL。输出回路时常数为Ro(Cbc + CL)，输出回路决定的fH2为 共基与共射一样，承受容性负载的能力较差，对于纯电阻电路，共基电路的高频特性非常好。第七章 频率响应三、三、CECB级联的高频响应级联的高频响应CECB：放大倍数为单级共射放大倍数，共基起电流接续器的作用，但改善了高频性能。CB的输入电阻很小，减少了共射电路的等效输入电容，有利于提高共射放大器的fH，因此广泛用于集成宽带电路。第七章 频率响应7.7 场

12、效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应 一、场效应管的高频小信号等效电路场效应管的高频小信号等效电路第七章 频率响应二、场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应场效应管共源及其等效电路 第七章 频率响应Cgd：跨接在输入输出端的电容。将Cgd分别等效到输入端(用CM表示)和输出端(用CM表示) 。其中:(1), MgdmLMgdCCg RCC12()(1)(1)(1)(1)omLuIsussiLLHHUg RAAjUj R Cj R Cjj第七章 频率响应2212111212HHHHf总的上限频率： 总结： (2) 、fH高和AuIs大是一对矛盾，所以在选择RD时要兼顾fH和A

13、uIs的要求。 (3)、由于Ci(=Cgs+CM)的存在，希望有恒压源激励，即要求源电阻Rs小。 总的上限频率： (1)、要提高fH,必须选择Cgs ,Cgd ,Cds小的管子。第七章 频率响应7.8 放大器的低频响应放大器的低频响应在低频区，电容C1、C2、CE呈现的阻抗增大，其分压作用不可忽视，导致低频放大倍数的下降。第七章 频率响应一、一、C1对低频特性的影响对低频特性的影响sousUUjA)(1211arctan180/_)(11LoLuIsLuIsAjA中频区源增益）(besebLmuIsrRrRgA低频增益模值）（()(1)21LuIsuIsAjA下限角频率）()(11CrRbes

14、L低频增益相角）(arctan180)(1Loj）（低频响应的附加相移1arctan)(Lj第七章 频率响应低频增益的幅频特性和相频特性如图：C1、CE：使放大器的低频响应下降，其下限角频率L 1反比于时常数(Rs+rbe)C。当=L1时，附加相移为+45，其最大附加相移为+90。第七章 频率响应二、二、C2对低频响应的影响对低频响应的影响在考虑C2的影响时，忽略C1、CE对低频响应的作用得低频等效电路如图：2()1ouIsusLsb euIsmLsbeUAAjUjrAg RRr C2引入的下限角频率)(122LCLRRC第七章 频率响应三、三、CE对低频响应的影响对低频响应的影响CE引入的下

15、限角频率为：L3L31 |11 beSoEeEoEerRRRrCRCr，为减小wL3，一般选择CEC1(约1030倍)。四、总的下限角频率为四、总的下限角频率为L3L2L1L第七章 频率响应五、讨论五、讨论 (1) C1、E、C2越大，下限频率越低，低频失真越小，附加相移也将会减小。 (2) CE等效到基极回路时要除以(1+)，故若CE对L1的影响与C1相同，需要求取CE =(1+)C1，所以其取值往往比C1要大得多。 (3) 工作点越低，输入阻抗越大，对改善低频响应有好处。 (4) RC，RL越大，对低频响应也有好处。 (5) C1、CE、C2使放大器具有高通特性，在下限频率点处，附加相移为

16、正值，输出电压超前输入电压。第七章 频率响应|AuIs| 45 45|Au(j)|0LH(a)(b)|AuIs|2 45 90)(j0 45 90阻容耦合放大器完整的频率响应 第七章 频率响应7.9 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应多级级联放大器的增益)()()()()(121 nkukunuuujAjAjAjAjA12112120lg()20lg()20lg()20lg()20lg()()()()()uuuunnukknkkkAjAjAjAjAjjjjj 对数幅频特性为各级对数幅频特性之和，总相移等于各级相移之和。第七章 频率响应设单级放大器的增益：121122221212()111

17、()1 () 1 () 1 () ()arctan()arctan()arctan()uIuIuIuHHHnuIuHHHnHHHnAAAAjjjjAAjj kuIkukjAjA1)(多级放大器的增益：|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。第七章 频率响应令2)(uIHuAjA222121/n1222121 () 1 () 1 () 2121111HHHHHHnHHHHHn总的下限角频率为：22121LnLLL 结论：结论： 1、多级放大器的通频带变窄。2、各级的通频带比总的通频带要宽。3、总的上限频率基本取决于最低的一级。第七章 频率响应7.10 建立时间建立时间tr与上限频率与上限频率fH