模电5频率响应

第五章放大电路的频率响应1第五章放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型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5.5多级放大电路的频率响应25.1.1研究放大电路频率响应的必要性放大电路中，由于电抗（电容、电感）元件和晶体管极间电容的存在，使放大倍数的大小随频率变化，同时输入输出的相位移也随着频率变化。放大电路的放大倍数和输入输出的相位移是输入信号频率的函数——放大电路的频率响应（频率特性）分析放大电路必须讨论在不同频率下的响应。即它的上、下限截止频率及通频带。在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。5.1频率响应概述35.1.2频率响应的基本概念一、高通电路令CR+-+-则LLLLuffjffjjffjA+=+=+=11111ww幅频特性相频特性频率比较高的信号能够通过，频率低的信号不能通过4-----f下降10倍，下降10倍高通fL：下限截止频率，简称下限频率0°90°f10f45°0.707fLf=fL时，放大倍数的幅值下降到70.7%，相移为450。5二、低通电路CR+-+-则因此幅频特性相频特性令60°-45°-90°f0.70710ffHfH：上限截止频率，简称上限频率f=fH时，放大倍数的幅值下降到70.7%，相移为-450。7几个结论①电路低频段的放大倍数需乘因子②当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB

），相角超前45º；

当f=fH时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB

）相角滞后45º。③截止频率决定于电容所在回路的时间常数电路高频段的放大倍数需乘因子④频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。8放大电路中的频率参数

在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路

在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率结电容9（1）用函数式

3.放大电路频率响应的表示电路低频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子全频段当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB

），相角超前45º；当f=fH时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB

），相角滞后45º。10（1）用曲线

频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。幅频特性：相频特性：fLfH115.1.3波特图波特图用对数坐标画放大电路的频率特性。对数幅频特性：横轴刻度：

lgf纵轴刻度：单位是分贝（dB）对数相频特性：横轴刻度：

lgf纵轴刻度：可以表示很宽的数据范围。用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。幅频特性：以截止频率fL、fH做拐点，两段直线近似曲线。相频特性：以截止频率（0.1fL、10fL）（0.1

fH，10fH）做拐点，直线近似曲线。12一、高通电路的对数幅频特性45°0°90°f-30ffL10fL0.1fL近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。折线以截止频率fL做拐点，两段直线近似曲线。13二、低通电路的对数幅频特性fH0-3f10fH0.1fH0°-45°-90°f近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。折线以截止频率fH做拐点，两段直线近似曲线。14-135°-180°-90°f-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103三、单级共射放大电路的对数幅频特性155.2晶体管的高频等效模型5.2.1晶体管的混合模型结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb’：基区体电阻rb’e’：发射结电阻Cπ：发射结电容re：发射区体电阻rb’c’：集电结电阻Cμ：集电结电容rc：集电区体电阻因多子浓度高而阻值小因面积大而阻值小混合π模型：形状像Π，参数量纲各不相同16

gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。阻值小连接了输入回路和输出回路，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化一、混合模型的建立因在放大区iC几乎仅决定于iB而阻值大因在放大区承受反向电压而阻值大17二、混合π模型的单向化（使信号单向传递）等效变换后电流不变18三、简化的混合模型19四、混合模型的主要参数＝？205.2.2晶体管电流放大倍数的频率响应为什么短路？21共射截止频率22电流放大倍数的频率特性曲线0°-45°-90°fff10f0.1ffT23共基截止频率24晶体管的频率参数共射截止频率共基截止频率特征频率集电结电容手册查得25晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路的参数手册中查出r’bb

，

f，Cob（C）估算静态电流IEQ（

ICQ）归纳：265.3场效应管的高频等效模型+-+-CdgCgsrdsgsdCdsR’Ls+-+-C’gsgd高频等效模型简化等效模型忽略rgs，rds，c’ds，得简化等效模型。270.1~11~101~10>1091040.1~20绝缘栅型0.1~11~101~10>1071050.1~10结型Cds(pF)Cgd(Pf)Cgs(pF)rgs()rds()gm(mS)

参数（单位）管子类型场效应管的主要参数28讨论一1.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg

f29讨论二

电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ＝2mA；晶体管的rbb’=200Ω，Cob=5pF，fβ=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。30315.4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RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-中频段：C短路，开路。低频段：考虑C的影响，开路。高频段：考虑的影响，C开路。32rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-+-+-+-rbb'becb’RbRcRLRs+-单管共射放大电路的中频等效电路33一、中频电压放大倍数输入电阻+-+-+-rbb'becb’RbRcRLRs+-电压放大倍数带负载时：空载时：34二、低频电压放大倍数单管共射放大电路的低频等效电路+-+-+-rbb'becb’RbRcRLCRs+-高通低频段频率响应分析35中频段20dB/十倍频36单管共射放大电路的高频等效电路+-+-+-rbb'C’becb’RbRcRLRs+-三、高频电压放大倍数高频段频率响应分析+-C’ecRcRLR+-b’+-3738四、波特图在信号频率从0~时，要综合考虑耦合电容C和结电容C’39四、波特图-135°-180°-90°f-225°-270°fHfLf10fH0.1fH0.1fL10fL3dB40上限频率和下限频率均可表示为1/2，分别是极间电容C’和耦合电容Ｃ所在回路的时间常数，其值为从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。可见，求解上、下限截止频率的关键是正确求出回路的等效电阻。适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-41归纳：单管共射放大电路的频率响应的分析2、将等效电路中电容短路、开路，计算中频电压放大倍数；1、画出信号频率从零到无穷大的交流等效电路；3、将等效电路中极间电容开路，计算下限截止频率；4、将等效电路中耦合电容短路，计算上限截止频率；5、写出全频段电压放大倍数表达式；6、画出波特图。42［例]在图示电路中,已知VCC=15V,Rs=1k,Rb=20k,Rc=RL=5k,C=5F；晶体管的UBEQ=0.7V,rbb’=100,=100,f

=0.5MHz,Cob=5F试估算电路的截止频率f

H和f

L

，并画出的波特图。解：（1）求解Q点可见，放大电路的Q点合适。RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-43（2）求解混合模型中的参数，画适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路。rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-44（3）求解中频电压放大倍数rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-45（4）求解f

H和f

L因为Rs<<Rb，所以rbb'+-+-+-C’becb’RbRcRLCRs+-46（5）画出的波特图-135°-180°-90°f-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103475.4.2单管共源放大电路的频率响应（略）5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积采用直接耦合方式，使得f

L=0。fbw＝fH－fL≈fH矛盾当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。48单管共射放大电路的增益带宽积晶体管选定则增益带宽积确定。增益带宽带宽增益495.5多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率响应的定性分析对数幅频特性和相频特性表达式为50设组成两级放大电路的两个单管放大电路具有相同的频率响应：下限频率fL1=fL2，上限频率fH1=fH2，；整个电路的中频电压增益：当f=fL1时，说明增益下降6dB，并且由于和均产生+45°的附加相移，所以产生+90°附加相移。根据同样的分析可得，当f=fH1时，增益也下降6dB，且所产生的附加相移为-90°。51ffHfL0fL1fH13dB6dB-40dB/十倍频-20dB/十倍频两级一级-180°-270°-90°f-360°-450°-540°一级两级由图可见fL>fL1（fL2

），

fH<fH1（fH2

），因此两级放大电路的通频带比组成它的单级放大电路窄。对于一个n级放大电路，设组成它的各级放大电路的下限频率为fL1

、fL2

、…、fLn

，上限频率为fH1

、fH2、…、fHn，通频带为fbw1、fbw2

、…、fbwn

；设该多级放大电路的下限频率为fL，上限频率为fH，通频带为fbw，则525.5.2截止频率的估算一、下限频率fL当f＝fL时即5354二、上限频率fH当f＝fH时即5556若两级放大电路是由两个具有相同频率特性的单管放大电路组成,则其上、下限频率分别为：对各级具有相同频率特性的三级放大电路，其上、下限频率分别为57[例]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。试求解下限、上限频率fL和fH

，以及电压放大倍数f(Hz)020806040104010210