第5章放大電路頻率特性

1、第五章第五章 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性5.1 頻率特性的一般概念頻率特性的一般概念 5.2 三極管的頻率參數(shù)三極管的頻率參數(shù) 5.3 共共e極放大電路的頻率特性極放大電路的頻率特性 5.4 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性 5.1 頻率特性的一般概念頻率特性的一般概念 對低頻段對低頻段, 由于耦合電容的容抗變大由于耦合電容的容抗變大, 高頻時高頻時1/cR, 可視為短路可視為短路, 低頻段時低頻段時1/C1, 所以上式可簡化為所以上式可簡化為fT0f上式表示了上式表示了fT和和f的關(guān)系。的關(guān)系。 5.2.2 特征頻率特征頻率fT5.2.3 共基極電流放大系數(shù)共基極電流放

2、大系數(shù)的截止頻率的截止頻率f 1ffjo1定義當(dāng)定義當(dāng) 下降為中頻下降為中頻0的的0.707倍時的頻率倍時的頻率f為為的截止頻率。的截止頻率。 .(5-7)f、f、 fT之間有何關(guān)系之間有何關(guān)系? 將式將式(5 - 3)代入式代入式(5 - 7)得得ffjfjffjf)1 (11/11/100000Taafffff00)1 (5.2.4 三極管混合參數(shù)三極管混合參數(shù)型等效電路型等效電路 1.完整的混合完整的混合型模型型模型 rcebc(b) 混合 型等效電路rbbCbrbcCeUb e.gmUb e .eIb.Ic.(a) 三極管的電容效應(yīng)berberberbbrbcbCCc圖圖5 5 三極管

3、的混合三極管的混合型等效電路型等效電路berbbIcIbrbebcgmUb e(a) 不考慮C和 C的簡化混合型等效電路beIcIbc(b) 簡 化的 h參數(shù)等效電路rbeIb圖圖5 6 混合混合型參數(shù)和型參數(shù)和h參數(shù)之間的關(guān)系參數(shù)之間的關(guān)系26262626)1 (26)1 (CQCQebmbebbmebmebbebbCQEQebEQbbbeebbbIIrgIrIgUgrrrIIrIrrrrCgfmT22. 簡化的混合簡化的混合型模型型模型 bce(a)rbbrbebUbe.CCgmUb e.c(b)IUbe.CbeUc e.eIc(c)Ub e.b(1 K)CCK 1KUce.e圖圖5 7

4、C的等效過程的等效過程CjUUUCjUUIebceebceeb1)1 (1令令 則,KUUebceCKjUCjKUIebeb)1 (11)1 (此式表明此式表明, 從從b、e兩端看進(jìn)去兩端看進(jìn)去, 跨接在跨接在b、c之間的之間的電容電容C的作用的作用, 和一個并聯(lián)在和一個并聯(lián)在b、e兩端兩端, 其電容值為其電容值為 的電容等效。這就是密勒定理。如圖的電容等效。這就是密勒定理。如圖5- 7(c)所示。所示。 CKC)1 (CKKjUCjKUCjUUIceecebce)1(11)11 (1 5.3 共共e極放大電路的頻率特性極放大電路的頻率特性 RsRbrb eRcUsRsC1RL UCCRcRb

5、C2(a)(b)bcUo.Ui.Us.Ui.C1rbbCUo.CK 1KgmUb e .Ub eeb圖圖5 8 共共e極放大電路及其混合極放大電路及其混合型等效電路型等效電路 具體分析時具體分析時, 通常分成三個頻段考慮通常分成三個頻段考慮: (1) 中頻段中頻段: 全部電容均不考慮全部電容均不考慮, 耦合電容視為短耦合電容視為短路路, 極間電容視為開路。極間電容視為開路。 (2) 低頻段低頻段: 耦合電容的容抗不能忽略耦合電容的容抗不能忽略, 而極間電而極間電容視為開路。容視為開路。 (3) 高頻段高頻段: 耦合電容視為短路耦合電容視為短路, 而極間電容的容而極間電容的容抗不能忽略?？共荒芎?/p>

6、略。 這樣求得三個頻段的頻率響應(yīng)這樣求得三個頻段的頻率響應(yīng), 然后再進(jìn)行綜合。然后再進(jìn)行綜合。 這樣做的優(yōu)點(diǎn)是這樣做的優(yōu)點(diǎn)是, 可使分析過程簡單明了可使分析過程簡單明了, 且有助于且有助于從物理概念上來理解各個參數(shù)對頻率特性的影響。從物理概念上來理解各個參數(shù)對頻率特性的影響。 5.3.1 中頻放大倍數(shù)中頻放大倍數(shù)Ausm RsRbbcUirbbUogmU b e Usrb eUb eRceb圖圖5 - 9 中頻段等效電路中頻段等效電路ebbbebebbbbisisiiiiebsiiiiebbbebebcebmOrrrprrRrUrRrUpUUrRrUpUUrrrURUgU);/(scmisis

7、cmebbbebisiOURpgrRrURgrrrrRrUcmisisOusmRpgrRrUUA(5-18)5.3.2 低頻放大倍數(shù)低頻放大倍數(shù)Ausl及波特圖及波特圖 RsRbbcUirbbUo.gmU b e .Usrb ebUb eRcC1.e.圖圖5 10 低頻段等效電路低頻段等效電路sisiiiiebbbebebcebmOUCjrRrUUpUrrrURUgU11(5-19)式中式中p、ri同中頻段的定義。將同中頻段的定義。將 、 代入式代入式(3 - 19), 得得ebUiUscmisioURpgCjrRrU11siscmisioUCrRjRpgrRrU1)(11111)(111Cr

8、RjRpgrRrUUAiscmisisOus將公式將公式(5 - 18)代入代入, 并令并令 ffjAjAACrRfCrRusmusmusisis1111111111111)(2121)(則則當(dāng)當(dāng)f=fl時時, ， fl為下限頻率。由為下限頻率。由(5 - 20)式可看出式可看出, 下限頻率下限頻率fl主要由電容主要由電容C1所在回路的時間所在回路的時間常數(shù)常數(shù)l決定。決定。 ,121usmusAA（5-20）（5-21）將式將式(5- 21)分別用模和相角來表示分別用模和相角來表示: ffffAAusmus1211arctan1801（5-22）（5-23）根據(jù)公式根據(jù)公式(5- 22)畫對

9、數(shù)幅頻特性畫對數(shù)幅頻特性, 將其取對數(shù)將其取對數(shù), 得得211120120120ffgAgAIgGusmusu（5-24）先看式先看式(5 - 24)中的第二項中的第二項, 當(dāng)當(dāng)ffl時時0120121ffg故它將以橫坐標(biāo)作為漸近線；當(dāng)故它將以橫坐標(biāo)作為漸近線；當(dāng)ffl時時, 趨于趨于0, 則則-180; 當(dāng)當(dāng)ffl時時, 趨于趨于90, -90;當(dāng)當(dāng)f=fl時時, , =-135。 這這樣可以分三段折線來近似表示低頻段的相頻特性曲線樣可以分三段折線來近似表示低頻段的相頻特性曲線, 如圖如圖3- 11(b)所示。所示。 f10fl時時, =-180f0.1fl時時, =-900.1flf10f

10、l時時, 斜率為斜率為-45/10倍頻程的直線。倍頻程的直線。 可以證明可以證明, 這種折線近似的最大誤差為這種折線近似的最大誤差為5.71, 分別分別產(chǎn)生在產(chǎn)生在0.1fl和和10fl處。處。 ff1arctanff1arctan 45arctan1ff5.3.3 高頻電壓放大倍數(shù)高頻電壓放大倍數(shù)Aush及波特圖及波特圖 RsberbbUo.rb eUb eRcRbC b.gmUb e.Us.圖圖5 12 高頻等效電路高頻等效電路ebceUUK由等效電路可求得由等效電路可求得 cebmceRUgU,則則cebmOcmcmebcebmebRUgUCRgCRgURUgUUKce)1 (為求出為求

11、出 與與 的關(guān)系的關(guān)系, 利用戴維寧定理將圖利用戴維寧定理將圖5 - 12進(jìn)行簡化進(jìn)行簡化, 如圖如圖5 - 13所示所示, 其中其中ebUsU)/(/bsbbebsisiebbbebisissRRrrRUprRrrrrrRrUU由圖由圖5 -13可得可得RcUo.Ub eRcC b.gmUb e .U s.e圖圖5 13 簡化等效電路簡化等效電路 sisissebUprRrRCjURCjUCjRCjU1111111111RCjAUUAUprRrRCjRgUusmsoushsisicmo令令RCh上限頻率為上限頻率為 2121RCfhh則則husmhusmushffjAjAA1111(5-28

12、)式式(5- 28)也可以用模和相角來表示也可以用模和相角來表示 hhusmushffffAAarctan180)(12高頻段的對數(shù)幅頻特性為高頻段的對數(shù)幅頻特性為 21201201201husmushuffgAgAgG20 lg| Ausm|lg fO 225 270(a) 幅頻特性3 dBGk / dB 20 dB / 10 倍頻程 1805.710.1 f h5.71 f h10 f hlg f(b) 相頻特性 f h圖圖5 14 高頻段對數(shù)頻率特性高頻段對數(shù)頻率特性 5.3.4 完整的頻率特性曲線完整的頻率特性曲線(波特圖波特圖) husmusffjffjAA111CrRfAbbshu

13、sm)(21圖圖5 15 共射極基本放大電路的幅頻和相頻特性曲線共射極基本放大電路的幅頻和相頻特性曲線 fbeGu / dB20 lg| Ausm|O20 dB / 10 倍頻程 20 dB / 10 倍頻程3 dBff 90 135 180 225 270(a) 幅頻特性(b) 相頻特性flfh5.3.5 其它電容對頻率特性的影響其它電容對頻率特性的影響 21f(1) 耦合電容耦合電容C2。 21)(212CRrfLoroRLC2圖圖5 16 C2的下限頻率的等效電路的下限頻率的等效電路 1/21/1/13bbeeebsbbbeeRrRCfRRRRrRrUsrRbRcReCeRs圖圖5 17

14、 Ce對頻率特性的對頻率特性的影響影響(2) 射極旁路電容射極旁路電容Ce。 (3) 輸出端分布電容輸出端分布電容Co。 21LOhLOhRCfRC5.4 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性5.4.1 多級放大電路的通頻帶多級放大電路的通頻帶fbw nuuuuAAAA 21中頻區(qū)時中頻區(qū)時 2121usmusmusmusmAAAA 在上、在上、 下限頻率處下限頻率處, 即即fl=fl1=fl2, fh=fh1=fh2處處, 各各級的電壓放大倍數(shù)均下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的級的電壓放大倍數(shù)均下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍倍, 即即21212121707. 0707. 0707. 070

15、7. 011usmusmusususmusmushushAAAAAAAA212121215 . 05 . 0111usmusmususususmusmushushushAAAAAAAAAA而此時的總的電壓放大倍數(shù)為而此時的總的電壓放大倍數(shù)為 截止頻率是放大倍數(shù)下降至中頻區(qū)放大截止頻率是放大倍數(shù)下降至中頻區(qū)放大倍數(shù)的倍數(shù)的0.707時的頻率。時的頻率。 所以所以, 總的截止頻率總的截止頻率fhfh1=fh2;flfl1=fl2。總的頻帶為?？偟念l帶為11111ffffffhbwhbw5.4.2 上、下限頻率的計算上、下限頻率的計算 2221111 . 1121nhhhhffff 下限頻率滿足下述

16、近似關(guān)系下限頻率滿足下述近似關(guān)系: 2121211211 . 1nffff 多級放大器中多級放大器中, 其中某一級的上限頻率其中某一級的上限頻率fhk比其它各級比其它各級小很多小很多, 而下限頻率而下限頻率flk比其它各級大很多時比其它各級大很多時, 則總的上、則總的上、下限頻率近似為下限頻率近似為kkffffhh11, 【例例1】共共e極放大電路如圖極放大電路如圖5 - 18所示所示, 設(shè)三極管的設(shè)三極管的=100, rbe=6k, rbb=100, fT=100MHz, C=4pF。 (1) 估算中頻電壓放大倍數(shù)估算中頻電壓放大倍數(shù)Ausm; (2) 估算下限頻率估算下限頻率fl; (3)

17、 估算上限頻率估算上限頻率fh。 解解 (1) 估算估算Ausm。 由公式由公式(5 - 18)240 50 F12 VUs.RsC130 F30 kRb91 kRb10 FC2Rc12 kRe5.1 kCeUo.12圖圖5-18 例例1電路圖電路圖7 .459 . 29 .1698. 07 . 424. 07 . 49 . 29 . 3/12/9 .169 . 510098. 061 . 067 . 491/30/6/21usmLcLebmebbbebbbbeiLmisiusmAkRRRVmArgrrrpkRRrrRpgrRrA故故其中其中 (2) 估算下限頻率估算下限頻率fl。電路中有兩個

18、隔直電容。電路中有兩個隔直電容C1和和C2以及一以及一個旁路電容個旁路電容Ce, 先分別計算出它們各自相應(yīng)的下限頻率先分別計算出它們各自相應(yīng)的下限頻率fl1、 fl2和和fle。HzCrRRfHzCrRfHzCrRfebeseLcise5210101)91/30/24. 0 (6/1 . 5 105021)1/(210 . 1101010) 9 . 312(21)(2107. 11010) 7 . 424. 0 (21)(213616321631121 (3) 估算上限頻率估算上限頻率fh。高頻等效電路如圖。高頻等效電路如圖3 - 19所示。根據(jù)給定參數(shù)可算出所示。根據(jù)給定參數(shù)可算出 RsRbUs.rbbUoCK 1KgmUb e .bRbrb eCUb eRcRL1 bc2圖圖5 19 例例1高頻等效電路高頻等效電路 21111fffe、由于由于，所以，所以Hzffe5211kRRRrrRpFCRgCCpFfgCbbsbbebLmTm32. 0)91/30/24. 0(1 . 0/9 . 5)/(/9 .226104)9 . 29 .161 (109 .26)1 (9 .26109 .26101002109 .