第四章频率响应

一、晶体管的高频等效电路二、晶体管的高频参数1.共射短路电流放大系数β(jω)及其上限频率fβ2.特征频率fT3.共基短路电流放大系数α(jω)及fα4.2放大器的高频小信号模型和高频参数4.2.1晶体管的频率参数和高频等效电路第1页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/61模拟电子技术模拟电子技术二、高频增益表达式及上限频率4.2.2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第2页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/62模拟电子技术模拟电子技术一、C1、ＣE对低频特性的影响二、C2对低频响应的影响4.3.2阻容耦合放大器低频响应分析4.3放大器的频率响应4.3.1阻容耦合放大器的高频等效电路第3页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/63模拟电子技术模拟电子技术第四章频率响应（1）掌握放大电路频率响应的有关概念，掌握放大器的低频、中频和高频等效电路（2）掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。（3）了解单管放大电路频率响应的分析方法。（4）了解波特图的概念及画法。第4页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/64模拟电子技术模拟电子技术4.1频率响应和频率失真（1）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有一定的频率范围。如语音信号：300~3400Hz；视频信号：25Hz~6MHz。（2）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间电容：Cb’e，Cb’c，以及电路的耦合电容，分布电容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放大倍数和延迟时间不同,由此产生的波形畸变称为 前几章的讨论中，我们把放大器的增益看作是与频率无关的参量，但实际上：第5页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/65模拟电子技术模拟电子技术4.1.1频率失真及不失真条件

一、频率失真（线性失真）由于电抗元件的存在，使得放大器对不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同，那么放大后的信号各频率分量的大小比例和时间相对关系将不同于输入信号。即放大器并不是对所有频率的（激励）信号反映（响应）都是一样的。这取决于放大器的频率响应特性。称为频率失真，属于线性失真。第6页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/66模拟电子技术模拟电子技术幅频失真和相频失真.avi第7页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/67模拟电子技术模拟电子技术二、线性失真和非线性失真1.起因不同2.结果不同线性失真由电路中的线性电抗元件（电感、电容），引起。非线性失真由电路中的非线性元件引起(如晶体管或场效应管的特性曲线的非线性等)。线性失真不产生新的频率分量信号。非线性失真产生新的频率分量信号。第8页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/68模拟电子技术模拟电子技术失真线性失真非线性失真不同点起因由电路中的线性电抗元件引起（如L、C）由电路的中的非线性电抗元件引起结果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，但不会产生新的频率分量信号能产生新的频率分量的信号相同点使输出信号产生畸变线性失真与非线性失真的比较第9页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/69模拟电子技术模拟电子技术K

图4.2理想频率响应ω0ω0

三、不失真条件——理想频率响应(a)理想振幅频率响应(b)理想相位频率响应第10页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/610模拟电子技术模拟电子技术4.1.2实际的频率特性及通频带定义图4.1.2阻容耦合放大器的幅频响应上限频率半功率点L中频区低频区高频区理想幅频特性实际幅频特性f0半功率点H下限频率通频带BW增益频带积中频增益第11页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/611模拟电子技术模拟电子技术上限频率fH：为高频区放大倍数下降为中频区的0.707时所对应的频率。下限频率fL：为低频区放大倍数下降为中频区的0.707时所对应的频率。通频带BW：BW=fH-fL≈fH

——表征放大器的线性失真许可范围内的信号频带宽度。第12页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/612模拟电子技术模拟电子技术增益频带积中频区增益AuI与通频带BW是放大器的两个重要指标，希望两者越大越好，但两者往往又是一对矛盾的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性能。第13页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/613模拟电子技术模拟电子技术4.2晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1晶体管高频小信号模型一、晶体管的高频等效电路图4.2.1晶体管的高频小信号混合π等效电路第14页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/614模拟电子技术模拟电子技术二、晶体管的高频参数1.共射短路电流放大系数β(jω)及其上限频率fβ第15页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/615模拟电子技术模拟电子技术

图4.3|β(jω)|与频率f的关系曲线2.特征频率fTfβfTf01β0|β(jω)|0.707β0第16页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/616模拟电子技术模拟电子技术3.共基短路电流放大系数α(jω)及fα第17页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/617模拟电子技术模拟电子技术例：由手册查得：某晶体管在工作点ICQ=5mA，UCEQ=6V时的参数为hfe=150，hie=1K，hre=0，hoe=67.5us，fT=350MHz，Cb’c=4PF，求高频混合型电路。(P43)解：第18页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/618模拟电子技术模拟电子技术所以：又因为：所以：第19页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/619模拟电子技术模拟电子技术4.3晶体管放大电路的频率响应4.3.1共射放大器的高频小信号等效电路Rs＋－C1＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCC图4.3.1共射放大器及其高频小信号等效电路(a)电路第20页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/620模拟电子技术模拟电子技术(b)等效电路(设RB1//RB2>>R'i)rbe′b′rbb′RsUsrceRCRL＋－UobeRL′Cbc′Cbe′cUbe′gm图4.3.1共射放大器及其高频小信号等效电路I1I2第21页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/621模拟电子技术模拟电子技术rbb′RsUs＋－rbe′Cbe′CMb′CM′′RL＋－UobeUbe′gmcI1密勒等效电容图4.3.2(a)单向化模型第22页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/622模拟电子技术模拟电子技术rbb′RsUs.＋－rbe′Cbe′CMb′CM′′RL＋－Uo.beUbe′gm.c图4.3.2(a)单向化模型I2第23页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/623模拟电子技术模拟电子技术图4.3.2(b)进一步的简化等效电路Ube′gm′RL＋－UoUs＋－′RsCiUbe′′第24页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/624模拟电子技术模拟电子技术二、高频增益表达式及上限频率设AuIs=100做下图第25页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/625模拟电子技术模拟电子技术|Aus(jω)|0.707|AuIs||AuIs|ωωωHωH00－45°－90°Δ(j)ω|Aus(jω)|ωωωH00－45°－90°Δ0.01ωH0.1ωH10ωH4020－20dB/10倍频程(a)(b)(c)(d)Δ(ωH)＝45°图4.3.3考虑管子极间电容影响的共射放大器频率响应

(a)幅频特性；(b)相频特性；

(c)幅频特性渐近波特图；(d)相频特性渐近波特图线性刻度对数刻度对数刻度第26页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/626模拟电子技术模拟电子技术三、共射放大器的低频响应1.阻容耦合放大器的低频等效电路(a)电路图4.3.4共射放大器及其低频等效电路第27页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/627模拟电子技术模拟电子技术低频等效电路图4.3.4共射放大器及其低频等效电路第28页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/628模拟电子技术模拟电子技术简化低频等效电路图4.3.4阻容耦合共射放大器及其低频等效电路′第29页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/629模拟电子技术模拟电子技术2.阻容耦合放大器低频响应分析一、C1、ＣE对低频特性的影响′第30页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/630模拟电子技术模拟电子技术第31页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/631模拟电子技术模拟电子技术

二、C2对低频响应的影响图4.25C2对低频响应影响的等效电路第32页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/632模拟电子技术模拟电子技术(C2引入的下限角频率)第33页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/633模拟电子技术模拟电子技术(中频源增益)第34页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/634模拟电子技术模拟电子技术图4.3.7阻容耦合放大器完整的频率响应第35页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/635模拟电子技术模拟电子技术思考题1.线性失真与非线性失真有何差异？2.晶体管的频率参数fβ、fT、fα的含义如何？三者的关系如何？第36页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/636模拟电子技术模拟电子技术作业5-15-7第37页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/637模拟电子技术模拟电子技术

图4.28共射放大器电路第38页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/638模拟电子技术模拟电子技术

图4.28共射放大器电路的幅频特性第39页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/639模拟电子技术模拟电子技术

元、器件输入示意图第40页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/640模拟电子技术模拟电子技术Multisim中的“分析方法”第41页，共43页，2023年，2月20日，星期三2023/5/641模拟电子技术模拟电子技术MP3播放器的音频频率范围为20Hz-20kHz。FM广播的音频频率范围为200Hz