模拟电子技术基础 放大电路的频率响应

1、第5章放大器电路的频率响应，5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.3场效应晶体管的高频等效模型5.4单管放大器电路的频率响应5.5多级放大器电路的频率响应和阶跃响应5.7 Multisim应用示例(自学)，基础知识：高通电路和低通电路的频率响应，波特图，晶体管高频等效电路模型，单管放大器电路重点：波特图，晶体管高频等效电路模型，单管放大器电路的频率响应。难点：单管放大电路和多级放大电路的波特图分析。5.1频率响应概述要点：了解频率响应的分析方法，掌握RC电路频率响应的波特率图，实际放大电路的放大系数是频率的函数，通带fbw=fH-fL。不同的放大电路具有不同的带宽，因为三极管的结电容

2、在高频信号的作用下产生分流效应，降低了三极管的输出电压。对于阻容耦合电路，输入端和输出端之间的耦合电容在低频信号的作用下会产生分压效应，从而降低三极管的输入电压，进而降低放大电路的输出电压。也就是说，耦合电容使放大器电路具有较低的频率，三极管的结电容使放大器电路具有较高的频率。当频率太低时，耦合电容导致放大倍数降低，当频率太高时，三极管的结电容导致放大倍数降低。大多数实际输入信号包含许多频率成分，并占据一定的频率范围。音频信号的频率范围为20 Hz 20 khz。语音信号的频率范围为300赫兹 3400赫兹。射频信号的频率范围为30千赫 3000千兆赫(长波：30 300千赫；中波：300千赫

3、 3兆赫；短波：3 30兆赫。超短波：30 300兆赫；微波(分米波):300兆赫 3千兆赫；微波(厘米波):3 30千兆赫；微波(毫米波):30 300千兆赫；微波(亚毫米波)；300 3000千兆赫).放大系数和相移都是频率的函数，称为放大电路的频率响应或频率特性。1.钢筋混凝土高通电路的频率响应，1。电压传递函数和电压传递系数，RC高通电路和RC低通电路，它们的频率响应可以分别用来模拟放大电路的低频响应和高频响应。在频率响应分析中，经常使用复频率s=j、电压传递系数定义和电压传递函数定义。图5.1.1单时间常数的高通电路(P221)和RC高通电路称为电路的频率响应，电压传递系数的模称为电

4、路的幅频特性，电压传递系数的相角称为电路的相频特性。当信号频率较低时，如f=0，| au(f)|=0；当信号频率f=fL时，|Au(f)|=0.707，因此fL是高通电路的较低截止频率。当信号频率FFl=0时；当信号频率较低时，如f=0，则=900；当信号频率f=fL，=450时。当输入信号频率为ffL时，输出信号和输入信号之间没有相位差；当F接近f1时，输出信号的相位领先于输入信号的相位；当FfH | Au(f)|fH/f时，20lg|Au(f)|以-20dB/10的斜率减小。3.相频特性分析当信号频率较小时，如ffH，=-900；当信号频率f=fH时，=-450。也就是说，当输入信号频率为

5、ffH时，输出信号的相位最多可以比输入信号的相位滞后900。波特图，图5.1.3低通电路的波特图(P225)，通过对高通电路和低通电路的分析，我们可以得到普遍的结论：(1)电路的下截止频率fL和上截止频率fH是由电容器所在电路的时间常数RC决定的；(2)当电路的频率等于截止频率时，输出信号和输入信号之间的相移为450或-450，增益降低-3dB；(3)电路的频率特性可用断开的波特图来描述。晶体管的高频等效模型，重点是了解晶体管的高频物理模型，掌握简化的高频等效电路。在高频信号的作用下，必须考虑电极间结电容的影响。因此，晶体管放大电路的高频等效模型不同于低频等效模型，但当频率较低时，高频等效模型

6、应与低频等效模型一致。因此，三极管的高频等效模型是在三极管的H参数低频等效模型的基础上，引入极间电容效应，并结合半导体物理学的结论，得到更接近实际的高频等效电路。1.晶体管混合型高频小信号模型：1.晶体管的物理结构；5.2.1晶体管结构和混合模型示意图(P226)。发射极结的结电容通常在几十到几百pF的范围内。集电极结电容C一般为2 10pF，集电极结反向偏置电阻rbc一般为几百k m。2.晶体管混合型高频小信号模型，5.2.1晶体管结构图和混合模型(P226)，受控电流源是由半导体理论得到的，无论是高频还是低频，受控电流源都可以由这个公式计算，gm叫做跨导或跨导，其值约为几。跨导与低频电流放

7、大系数的关系可以从低频等效电路中得到。0是DC电流放大系数，即低频电流放大系数。集电极和发射极之间的rce电阻是低频等效模型中参数h22的倒数，一般在几百千欧姆以上。在低频电路中，通常认为负载电阻很小，这被认为是开路，在高频电路中也是如此。3.简化的混合型高频小信号模型：1)阻力参数的简化。在高频信号的作用下，集电极反向偏置电阻远大于容抗，可视为开路。如果集电极电阻rce比负载大得多，也可以认为是开路。第一个简化图如下：图5.2.2混合模型的简化(P227)，2)结电容的单向简化，由电路分析理论组成，可将集电极结电容等效转换为两个电容，即图5.2.2混合模型的简化(P227)，最后的简化电路是

8、图5.2.2 (P227)中混合模型的简化。第二，晶体管电流放大系数的频率响应。当基极电流不变时，随着频率的增加，输入环路的容抗将减小，电压将降低，因此Ic将降低，导致电流放大系数降低。它可以从输入/输出电路中得出，let，get，是电流放大系数的上限截止频率。特征频率fT存在于三极管的性能参数中，即降至1时的频率。fT与上限截止频率的关系是频率特性曲线可以根据电流放大系数的数学公式绘制，其波特率图是图5.2.4 (P229)中电流放大系数的波特率图。三极管手册中给出的参数是fT，如常用的晶体管9013，0是64300，fT=150兆赫，如高频晶体管9018赫，0=97 146，fT=1100

9、兆赫，如果0=120，那么F=1100/120=9.1兆赫，如果0=200，那么F=如果你想放大100兆赫信号(调频电台的频率是88 108兆赫)，高频等效模型栅源电容Cgs和栅漏电容Cgd通常在1至10 pf之间，漏源电容Cds较小，通常在0.1至1 pf之间。如果栅极-漏极电容等于栅极-源极和漏极-源极，则等效于栅极-源极的电容与放大系数成比例，等效于漏极-源极的电容仍等于原始尺寸。因此，sim卡以单管共射放大电路为例，分析了单管放大电路的频率响应函数和波特图。图5.4.1单管共射放大器电路及其等效电路(P231)，1。中频等效电路和中频电压放大系数。让放大电路的输入信号为三极管中频信号。

10、所谓中频，是指三极管的结电容在该频段内可视为开路，耦合电容可视为短路，因此中频等效电路为，图5.4.2单管共射放大电路的中频等效电路(P232)。2.低频等效电路和低频电压放大系数。低频等效电路是图5.4.3中单管共源共栅电路的低频等效电路(P232)。和低源频率电压放大系数为，幅频特性分析表明，在高频带(如ffL)中，当f=fL时，可以看出，在较低的截止频率下，增益相对于中频带降低了3dB。在低频带中，当使用ffL时，可以看出高频带中的相位大约是中频带中的相位。在低频带，当f=fL时，在低频带，当ffH时，可以看出，在高频带，电压增益以(-20dB/十倍)的速度降低。请注意，截止频率上限fH

11、与许多因素有关，不仅是结电容，还有信号源的内阻rs、基极偏置电阻Rb和rbe。输入回路电阻的任何增加都会降低高频电路相频分析的上限频率，在低频带，如ffH，可以看出在高频带，电压增益以(-20dB/十倍频率)的速度降低，最大相移为-900。第四，单管大电路的电压放大系数和波特图，1。单管放大电路的源电压放大系数，综合三个频带，即整个频带F在(0 )范围内，源电压，图5.4.5单管共射放大电路的波特图(P235)，5。增益带宽产品。在实际应用中，放大器电路的通带是一个非常重要的参数。一般来说，fHfL fbw=fH-fLfH。理论上，单管放大器电路有一个非常粗略的估计公式，即所谓的增益带宽积近似

12、为常数，这有一个普遍的结论：对于放大，如一些特殊运算放大器的增益带宽积所示，AD603(低噪声可变增益放大器):-11db至31db 90mhz带宽；9分贝至51分贝9兆赫带宽。AD604(超低噪声双可变增益放大器):40MHz(-3dB) AD620(内置三个op07s的低成本、低功耗仪表放大器)g=120 kHZ带宽。AD812(低功耗双电流反馈放大器):g=1，145mhz带宽(-3db) ad824(单功耗低功耗场效应管输入四个运算放大器)2MHz(带宽)AD825(低成本高速现场应用晶体管运算放大器):41MHz -3dBwidth AD828(低功耗双电视放大器)130 MHz-3

13、 db宽带运算放大器642(宽带低增益运算放大器):g=1，400 MHz宽带运算放大器690(宽带电压反馈)1.两级放大电路的定性分析，提供了一种两级放大电路，其具有相同的中频电压增益和相同的上、下截止频率，两级电压放大系数，中频电压放大系数(fL1fL1)，相频特性分析，由低频fL1和fL2引起的附加相移为，幅频特性分析，当ffH1，约-40dB/。当f=fH1时，解释两级放大器电路的上限截止频率fH1，从而获得fH=0.643fH1。根据相频特性分析，上限频率fH1和fH2引起的附加相移为0，当ffH1时，最大相移可达-1800，这有一个普遍的结论：多级放大电路的下限截止频率大于各级的下

14、限截止频率，上限截止频率大于下限截止频率波特图，图5.5.1波特图的两级放大电路(P241)，2。多级放大电路截止频率的估计，1。较低的截止频率。如果两级放大电路具有相同的较低截止频率，即fL1=fL2，则两级放大电路的较低截止频率为：如果三级放大电路具有相同的较低截止频率，即fl1=fl2。三级放大器电路的下限截止频率为：2和上限截止频率。如果两级放大器电路具有相同的上限截止频率，即fH1=fH2，则三级放大器电路的上限截止频率为：3。应用实例尝试求解较低的截止频率fL、较高的截止频率fH和电压放大系数。图5.5.2，示例5.5.1，示例2，练习5.3(P255)。众所周知，某个共源共栅电路的波特图如图p5.3所示。试着写下表