放大电路的频率响应的基本概念和应用

1、放大电路的频率响应的基本概念和应用本章内容1. 频率响应的相关概念2. 单时间常数RC电路的频率响应4. 单级BJT放大电路的频率响应5. 多级放大电路的频率响应3. 晶体管的高频等效模型理解频率响应的相关概念；理解增益带宽积的概念；了解半导体器件的频率特性；会算：会计算只含一个时间常数时电路的fL和fH；会画：能画出近似波特图；定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 。本章要求频率响应的相关概念1.1 研究频率响应的必要性1.2 放大电路的频率参数及波特图General Frequency Considerations1.1 研究频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容

2、，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等），当信号频率较高或较低时，不但放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移，使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。问题的提出放大器的增益是输入信号频率的函数1.1 研究频率响应的必要性（1）幅度失真 放大电路对不同频率信号的幅值放大不同。二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波1.1 研究频率响应的必要性二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波（2）相位失真 放大电路对不同频率信号产生的相移不同，表现为时间延时不同。幅度失真和相位失真总称为线性失真或频率失真。1.1 研究频率响应的必要性 放大电路中存在电抗性元件 例如耦合电容

3、、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;（3）产生线性失真的原因电容的电抗（C1=20F）f Xc11Hz796210Hz796.2 100Hz79.621kHz7.96210kHz0.796100kHz0.081MHz0.008f 100Hz Xc1 与rbe = 863 不能短路f 100Hz Xc1 rbe = 863 可以短路f Xc1 Ib AV RbviRcRL固定偏流共射极放大电路C11.1 研究频率响应的必要性三极管的()是频率的函数 在研究线性特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。（3）产生线性失真的原因低频段：在低频段，晶体管的极间电容可视为开路

4、，耦合电容C1、C2不能忽略；中频段：所有的电容均可忽略；高频段：耦合电容C1、C2可以可视为短路，晶体管的极间电容和线路分布电容、杂散电容等不能忽略。1.1 研究频率响应的必要性电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因素；研究频响实际上是研究电抗元件对放大器放大倍数的影响；当低频时，主要是耦合电容起作用；当高频时，主要是PN结电容起作用；频率响应是衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标1.2 放大电路的频率参数及波特图放大器的增益与频率的关系可表示为：（1）频率响应(频率特性)增益的幅值与频率 f 的函数关系，称为幅频响应增益的相位与频率f 的函数关系称为相频响应1.2 放大电路

5、的频率参数及波特图典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性OffLfHBWAum0.707Aum- 90-180-270f0通带增益下限频率上限频率通频带（带宽）半功率线1.2 放大电路的频率参数及波特图（2）频率响应的波特图（Bode Plot）幅频特性曲线：横轴（ ）对数坐标；纵轴（ ）相频特性曲线：横轴（ ）对数坐标；纵轴 相角（ ）横坐标改线性增长为指数增长，以对数坐标表示；幅频纵坐标以分贝形式表示；曲线做直线化处理。1.2 放大电路的频率参数及波特图f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程-135-9020dB/十倍频程2. 单时间常数RC电路的频率响应2.

6、1 RC高通电路的频率响应2.2 RC低通电路的频率响应Frequency Response of RC Circuit2.1 RC高通电路的频率响应+_+_CR RC 高通电路令：时间常数2.1 RC高通电路的频率响应则有：（1）对数幅频特性2.1 RC高通电路的频率响应当 f fL(高频)，当 f fC不通通f fC通不通f 10fC相位滞后900003. 晶体管的高频等效模型High-Frequency Equivalent Model for BJT3.1 混合等效模型3.2 电流放大倍数的频率响应3.3 晶体管的频率参数3.1 混合等效模型rbb 基区的体电阻rbe发射结电阻b是假想

7、的基区内的一个点。Cbe发射结电容rbc集电结电阻Cbc集电结电容 受控电流源，代替了混合等效模型3.1 混合等效模型特点：（1）体现了三极管的电容效应； （2）用 代替了ib 。因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。3.1 混合等效模型rbc很大可以忽略rce很大也可以忽略简化的混合等效电路：可从器件手册中查到；并且(估算，fT 要从器件手册中查到)3.1 混合等效模型3.1.2 混合 参数与 h 参数的关系低频时，忽略晶体管内部电容，混合模型与h参数模型等效。3.1 混合等效模型一般小功率三极管3.2 电流放大倍数的频率响应（1） 适于频率从0至无穷大的表达式ec+_+_+_为什么短路？

8、当时，3.2 电流放大倍数的频率响应低频时（2） 电流放大倍数的频率特性曲线3. 电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法3.2 电流放大倍数的频率响应3.3 晶体管的频率参数（1）共射截止频率 f 值下降到 0.707 0 (即 )时的频率。 值下降到中频时的 70% 左右。或对数幅频特性下降了 3 dB。fTfOf20lg 0f010 f0.1f-45-903.3 晶体管的频率参数（2）特征频率 f T 值降为 1 时的频率。f fT 时，三极管失去放大作用； f = fT 时，由式得：fTfOf20lg 0f010 f0.1f-45-903

9、.3 晶体管的频率参数（3）共基截止频率 f 值下降为低频 0 时的 0.707 时的频率。 f 与 f 之间关系：低频小功率管 f 值约为几十至几百千赫，高频小功率管的 f 约为几十至几百兆赫。晶体管频率特性小结1. 2. f fT f 1.高频混合等效模型的频率响应fTfOf20lg 0f010 f0.1f-45-90.晶体管的频率参数4. 单级BJT放大电路的频率响应Frequency Response of BJT Amplifier4单管共射极放大电路的频响中频段：C1 短路，极间电容开路。低频段：考虑C1的影响，极间电容开路。高频段：考虑极间电容的影响，C1短路。C1RcRb+VC

10、CC2RL+Rs+将 C2 和 RL 看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。1. 中频电压放大倍数（1）中频段 bce +Rb+RcRs结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化 h 参数等效电路的分析结果一致。4单管共射极放大电路的频响1. 中频电压放大倍数（2）低频段 bce +Rb+RcRsC1 C1 与输入电阻构成一个 RC 高通电路下限截止频率：低频电压增益：4单管共射极放大电路的频响1. 中频电压放大倍数幅频响应 ： 相频响应 ： f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135-450/十倍频程f0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频程4单管共射极放大电路

11、的频响1. 中频电压放大倍数（3）高频段4单管共射极放大电路的频响混合 型等效电路中的电容 将输入回路与输出回路直接联系起来，使解电路的过程变得十分麻烦。密勒定理简化电路！4单管共射极放大电路的频响密勒定理回顾目的：将阻抗Z等效到输入回路和输出回路中。令：则：即：同理：4单管共射极放大电路的频响例4-1 如图电路，用密勒定理将图(a)电路等效为图(b)，求图(b)中的C1、C2为何值。4单管共射极放大电路的频响用两个电容来等效 Cbc 。分别接在 b、e 和 c、e 两端。电容值分别为：其中： +bce图 3.3.2(b)等效电路 单向化的混合 型等效电路 bce+4单管共射极放大电路的频响4

12、单管共射极放大电路的频响单管共射放大电路高频等效电路 bce +Rb+RcRs ce +Rc ce +Rc C 与 R 构成 RC 低通电路 上限截止频率：高频电压增益：4单管共射极放大电路的频响幅频响应 ： 相频响应 ： f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270f0.1fHfH10fH100fH -20dB/十倍频程4单管共射极放大电路的频响（4）完整的阻容耦合共射放大电路的频率响应4单管共射极放大电路的频响f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程-135-9020dB/十倍频程（5）增益带宽积（GBW）(2)增益带宽积：GBW= Aum fBW A

13、um fHBJT一旦确定，带宽增益积基本为常数(1)通频带：放大器中频电压增益与通频带的乘积称GBW（Gain-Bandwidth Product）矛盾4单管共射极放大电路的频响5. 多级放大电路的频率响应Frequency Response of Multistage Amplifier5. 多级放大电路的频率响应总电压放大倍数是各级电压放大倍数的乘积：总对数增益是各级对数增益的代数和：总相位移是各级相位移的代数和：5. 多级放大电路的频率响应绘制多级放大电路总的幅频特性和相频特性时，只要将各放大电路的对数增益和相位移在同一横坐标下分别叠加就行。多级放大器增益增加了，但通频带却比任一级都窄。因增益带宽积基本为常数，故放大倍数的变化量与通频带宽的变化量成反比。多级放大电路的上限频率和下限频率总上限频率：总下限频率：当其中第k级的上限频率fHk比其它各级小得多时，可近似认为总的fHfHk；当其中第k级的下限频率fLk比其它各级大得多时，可近似认为总的fLfLk。5. 多级放大电路的频率响应5. 多级放大电路的频率响应例 4-2讨论二1. 该放大电路为几级放大电路?2. 耦合方式?3. 在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移？4. fH？ 已知某放大电路的幅