模拟电子技术第三章

1、3.7.1 概述3.7.2 RC电路的频率响应3.7.3 三极管的高频小信号模型3.7.4 共射放大电路的频率特性3.7.5 多级放大电路的频率特性3. 7 放大电路的频率特性 (Frequency Responses)一、一、频率响应频率响应( (Frequency responses) )： 放大器对不同频率信号的稳态响应放大器对不同频率信号的稳态响应 二、二、频率特性频率特性( (Frequency responses characteristics)-)-VAfVAfAVAf3.7.1 概述放大器输入信号放大器输入信号频率范围频率范围：Frequency Range音频音频话音：话音：

2、300 - 3400300 - 3400HzHz 音乐：音乐：20 - 2020 - 20KHzKHz视频视频图象：图象：0 - 60 - 6MHzMHz幅幅( (magnitude) )频特性频特性相相( (phase) )频特性频特性三、典型三、典型频率特性曲线频率特性曲线( (Amplifier gain versus frequency) )1 1、VSMA：中频放大倍数2、fL : 下限截止频率（下边频） Lower cutoff frequency (Lower corner)3、fH : 上限截止频率（上边频） Higher cutoff frequency (Upper cor

3、ner)4、 f =fH - fL : 通频带（Band Width）半功率点Low frequency rangeHigh frequency rangeMidband波特图（波特图（Bode plots）dB(decibel):分贝分贝 Au(db)=20logAuAu: 10 102 103 10-1 10-2 Au(db): 20 40 60 -20 -40 -321折线化(Asymptotic approximation)对数分度(logarithmic scales)（扩大视野）特点：优点：1、乘加 2、人耳对声能的辨别能力与其对数成正比产生原因产生原因: :1.1.放大电路中存在

4、电抗性元件，放大电路中存在电抗性元件，例如例如 耦合电容、旁路电容、分布电容、极间电容等耦合电容、旁路电容、分布电容、极间电容等; ; 2.2.三极管的三极管的 ( ( ) )是频率的函数。是频率的函数。 低频小信号模型不再适用低频小信号模型不再适用幅频失真相频失真线性失真Linear distortion（组合失真）四、频率失真（四、频率失真（distortion) )设计电路时，要合适设计电路时，要合适选择选择耦合电容和旁路电容耦合电容和旁路电容3.7.2 RC电路的频率响应一、 RC低通电路 (Low-pass Network)二、 RC高通电路 (High-pass Network)

5、2H)(11ffAv arctg(Hff)频频率率特特性性曲曲线线2Hv)ff(1log20)db(A一、 RC低通电路RC+-io.VVhioffj11RCj11VVvA=传递函数(transfer function)为：模：相角：21RC21fh式中：上限截止频率（上边频）频频率率特特性性曲曲线线传递函数为：模：相角：二、 RC高通电路f jf11RCj1RCjVVLiovA=21RC21fL式中：下限截止频率（下边频）)arctg(90Loff2Lv)ff(1log20)db(A 2Lv)ff(11A3.7.3 三极管的高频小信号模型一、混合一、混合型高频小信号模型型高频小信号模型 (

6、(Hybrid- Equivalent Circuit) )二、二、 电流放大系数电流放大系数的频率响应的频率响应三极管的物理结构如图所示。双极型三极管 物理模型（1）物理模型rbe- re归算到基极回路的电阻 -发射结电容，也用C这一符号Cbe-集电结电阻rbc -集电结电容，也用C这一符号 Cbc rbb -基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。 - 发射结电阻 re一、混合一、混合型高频小信号模型型高频小信号模型 高频混合型小信号模型电路图（2）混合型微变等效电路简化：忽略rbc 、 rce低低频频时时（3）参数计算)mA(ImV26)1 (rrrrEbe bbbbe据e bbebbE

7、e brrr)mA(ImV26)1 (r得e be bbbe bmrVIIVg据)mS(I5 .38mV26)mA(IrgCEe bm得是三极管的特征频率另TTmff2ge bCobCc bC手册上的是另（3）单向化 2Cjw1Z ,Cjw1Z,jwC1Z;VVVVK 1c b bc12据密勒定理K11ZZ,K1ZZ 2 1LCLLm bcR/RR RgVVKc bLmc b C)Rg1 (C)K1 (Cc bc b CC)K11 (C 可进一步简化：C =Cbe+ C =Cbe+ (1+gmRL)Cbc0bcceVII图 的等效电路 V.ce 0二、二、 电流放大系数电流放大系数 的频率响应

8、的频率响应)(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrg共发射极接法的截止频率(beta cutoff frequency)ebm0rg中频 由此可做出的幅频特性和相频特性曲线: 三极管的幅频特性和相频特性曲线图当=1时对应的频率称为特征频率fT (cutoff frequency) (unity-gain bandwidth) 当20lg下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率ffjCCrjrg1)(10c be be be bm当 f = fT 时, 有1)ff(1)f (2T0T因fT f ,所以, fT 0 f推导如下：fT0 f 二、 高频段小信号等

9、效电路三、 低频段小信号等效电路3.7.4 共射放大电路的频率特性一、 全频段小信号模型一、 全频段小信号模型以共射放大电路为例，全频段小信号模型如图: CE接法基本放大电路 全频段小信号等效电路频率特性分析方法： 低、中、高低、中、高三频段分段研究，结果叠加。前述电路分析默认为中频段！大C短，小C断! 无频率影响！)(bebeSLSbeLsMrRrRRRRRrRAiiiv CE接法基本放大电路 全频段小信号等效电路大电容(C1, C2, Ce) 小电容(C 等)高频段中频段低频段频段Xc=1/jwC小大0 (短路) (开路)0XcXc显然这是一个RC低通环节低通环节，其时间常数 H=(Rs

10、/Rb)+rbb /rbeC于是上限截止频率fH=1/2H 。二、 高频段小信号等效电路仅考虑C影响，C1、C2和Ce短路 高频段小信号等效电路RC+-io.VVH推导过程：SSVrrRrVrrRRe bbbSe be bbbS)(HbeSLsMHsM21/111111RCfrRRAfjfAjwRCrRRrrRrjwCRjwCVRVgVVVVVVVVAvvbesLebbbsebebLebmsssebebosovh效等忽略RbH=(Rs /Rb)+rbb /rbeC (考虑Rb)fH=1/2HbeSLsMHsMs/11rRRAfjfAAvvv波特图三、 低频段小信号等效电路考虑C1、C2和Ce影

11、响，忽略C。 L1=RS +RiC1 L1=RS +(Rb /rbe)C1 L2=(Ro +RL)C2 L2=(Rc +RL)C2 L3=Re / (RS+rbe)/1+Ce 式中RS = RS/ Rb 低频段小信号等效电路该电路有三个RC高通高通电路环节！fL=1/2LL2推导过程：效等jffARRjwCrRRrRIRRjwCRRRRIrRIjwCRRRRIVVALvLCbesLbesbLCLCLCbbesbLCLCbsovL/11)(11 1)()(11)()()(1)(2sM222)(212L2beSLsMLCvRRRCfrRRAfL2=1/2L2L2=(RC +RL)C2 =(Ro +

12、RL)C2fL1 fL3同理可求,则波特图:确定fL1、fL2和fL3，分别做出三条曲线，然后相加。 本图设：fL1fL2，并忽略fL3(小于fL2 45倍），得到：beSLsML3L2L1sMs/11/11/11rRRAjffjffjffAAvvvbeSLsML2L1sMs/11/11rRRAjffjffAAvvv单级放大电路波特图综合：总电压放大倍数总电压放大倍数的复数形式为beSLsMHL2L1sMs/11/11/11rRRAfjfjffjffAAvvv耦合电容耦合电容和和旁路电容旁路电容的选择的选择1.耦合电容耦合电容2.旁路电容旁路电容)ff()RR(RC)RR(RCRf21)103

13、(CCLO2iS1L21几十几)ff(1)r(R / ReRRf21) 31 (CbeSEELE几百几十几点结论：3.三极管的结电容结电容和和分布电容分布电容是引起放大电路高频响应高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定(fHmin)；2.放大电路的耦合电容耦合电容和和旁路电容旁路电容是引起低低频频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定(fLmax)；1.C：C1、C2、Ce、CR: 与各电容构成回路的等效电阻值。RC21)f (fHL4.由于 )/(,)1 (CLcme be bRRgKCKC若电压放大倍数K增加， C也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。若管子参数给定,则增益带宽积增益带宽积=常数常数 gain-bandwidth product=constant5. CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。多级放大电路的频率特性二、二、 波特图波特图一、频率特性关系式一、频率特性关系式n1kvk3v2v1vvAAAAA