第三章放大电路频率特性

第三章放大电路频率特性3.1频率特性的一般概念3.1.1频率特性的概念对低频段,由于耦合电容的容抗变大,1/ωc<<R,可视为短路,低频段时1/ωC<<R不成立。我们定义:当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707倍时,即时的频率称为下限频率fl。图3–1考虑频率特性时的等效电路

对高频段,由于三极管极间电容或分布电容的容抗较小,低频段视为开路,高频段处1/ωC较小,此时考虑极间电容影响的等效电路如图3-1(b)所示。当频率上升时,容抗减小,使加至放大电路的输入信号减小,输出电压减小,从而使放大倍数下降。同时也会在输出电压与输入电压间产生附加相移。同样我们定义:当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707倍,即Auh=(1／)Aum时的频率称为上限频率fh。图3–2共射基本放大电路的频率特性

共发射极放大电路的电压放大倍数将是一个复数,即其中幅度Au和相角φ都是频率的函数,分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。可用图3-2(a)和(b)表示。我们称上、下限频率之差为通频带fbw,即fbw=fh-fl

通频带的宽度,表征放大电路对不同频率的输入信号的响应能力,它是放大电路的重要技术指标之一。3.1.2线性失真图3–3频率失真3.2三极管的频率参数(3-4)(3-3)图3–4β的幅频特性3.2.1共发射极电流放大系数β的截止频率fβ

将值下降到β0的0.707倍时的频率fβ定义为β的截止频率。按公式(3-4)也可计算出,当f=fβ时,3.2.2特征频率fT

定义值降为1时的频率fT为三极管的特征频率。将f=fT和代入(3-4)式,则得由于通常fT／fβ>>1,所以上式可简化为fT≈β0fβ上式表示了fT和fβ的关系。3.2.3共基极电流放大系数α的截止频率fα

定义当下降为中频α0的0.707倍时的频率fα为α的截止频率。(3-7)fα、fβ、

fT之间有何关系?将式(3-3)代入式(3-7)得3.2.4三极管混合参数π型等效电路1.完整的混合π型模型图3–5三极管的混合π型等效电路图3–6混合π型参数和h参数之间的关系2.简化的混合π型模型图3–7Cμ的等效过程令此式表明,从b′、e两端看进去,跨接在b′、c之间的电容Cμ的作用,和一个并联在b′、e两端,其电容值为的电容等效。这就是密勒定理。如图3-7(c)所示。3.3共e极放大电路的频率特性图3–8共e极放大电路及其混合π型等效电路

具体分析时,通常分成三个频段考虑:(1)中频段:全部电容均不考虑,耦合电容视为短路,极间电容视为开路。

(2)低频段:耦合电容的容抗不能忽略,而极间电容视为开路。

(3)高频段:耦合电容视为短路,而极间电容的容抗不能忽略。这样求得三个频段的频率响应,然后再进行综合。这样做的优点是,可使分析过程简单明了,且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。3.3.1中频放大倍数Ausm图3-9中频段等效电路(3-18)3.3.2低频放大倍数Ausl及波特图图3–10低频段等效电路(3-19)式中p、ri同中频段的定义。将、代入式(3-19),得将公式(3-18)代入,并令则当f=fl时,，fl为下限频率。由(3-20)式可看出,下限频率fl主要由电容C1所在回路的时间常数τl决定。（3-20）（3-21）将式(3-21)分别用模和相角来表示:（3-22）（3-23）根据公式(3-22)画对数幅频特性,将其取对数,得（3-24）先看式(3-24)中的第二项,当f>>fl时故它将以横坐标作为渐近线；当f<<fl时图3–11低频段对数频率特性

低频段的相频特性,根据式(3-23)可知,当f>>fl时,

趋于0,则φ≈-180°;当f<<fl时,趋于90°,φ≈-90°;当f=fl时,,φ=-135°。这样可以分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线,如图3-11(b)所示。f≥10fl时,φ=-180°f≤0.1fl时,φ=-90° 0.1fl＜f＜10fl时,斜率为-45°/10倍频程的直线。可以证明,这种折线近似的最大误差为±5.71°,分别产生在0.1fl和10fl处。3.3.3高频电压放大倍数Aush及波特图图3–12高频等效电路由等效电路可求得,则为求出与的关系,利用戴维宁定理将图3-12进行简化,如图3-13所示,其中由图3-13可得图3–13简化等效电路令上限频率为则(3-28)式(3-28)也可以用模和相角来表示高频段的对数幅频特性为图3–14高频段对数频率特性3.3.4完整的频率特性曲线(波特图)图3–15共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线3.3.5其它电容对频率特性的影响(1)图3–16C2的下限频率的等效电路耦合电容C2。(2)图3–17Ce对频率特性的影响射极旁路电容Ce。(3)输出端分布电容Co。3.4多级放大电路的频率特性3.4.1多级放大电路的通频带fbw中频区时

在上、下限频率处,即fl=fl1=fl2,fh=fh1=fh2处,各级的电压放大倍数均下降到中频区放大倍数的0.707倍,即而此时的总的电压放大倍数为截止频率是放大倍数下降至中频区放大倍数的0.707时的频率。所以,总的截止频率fh＜fh1=fh2;fl＞fl1=fl2。总的频带为3.4.2上、下限频率的计算下限频率满足下述近似关系:多级放大器中,其中某一级的上限频率fhk比其它各级小很多,而下限频率flk比其它各级大很多时,则总的上、下限频率近似为

【例1】共e极放大电路如图3-18所示,设三极管的β=100,rbe=6kΩ,rbb′=100Ω,fT=100MHz,Cμ=4pF。

(1)估算中频电压放大倍数Ausm;(2)估算下限频率fl;(3)