模電課件第七章頻率響應(yīng)

1、第七章第七章 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)7.1 頻率響應(yīng)的概念7.2 晶體管的高頻小信號(hào)模型和頻率參數(shù)7.3 運(yùn)用快速估算法分析頻率響應(yīng)的預(yù)備知識(shí)7.4 單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)分析7.5 共集電路的高頻響應(yīng)7.6 共基電路的高頻響應(yīng)7.7 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)7.8 放大器的低頻響應(yīng)7.9 多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)7.10 建立時(shí)間tr與上限頻率fH的關(guān)系7.1 頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念 一、 頻率失真頻率失真1、頻率失真、頻率失真頻率響應(yīng)：描述放大器對(duì)于不同頻率電信號(hào)放大率的均勻度。待放大信號(hào)振幅頻率失真相位頻率失真2、線性失真和非線性失真、線性失真和非線性失真線性失真和非線性失真均使輸

2、出信號(hào)產(chǎn)生畸變。2) 結(jié)果不同結(jié)果不同 線性失真只會(huì)使各頻率分量信號(hào)的比例關(guān)系和時(shí)間關(guān)系發(fā)生變化，或?yàn)V掉某些頻率分量的信號(hào)，但決不產(chǎn)生輸入信號(hào)中所沒(méi)有的新的頻率分量信號(hào)。而非線性失真產(chǎn)生新的頻率分量。1) 起因不同起因不同 線性電抗元件 線性失真， 非線性元件非線性失真L 半功率點(diǎn)半功率點(diǎn) H中頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)0.707| AuI|AuI|理想幅頻特性實(shí)際幅頻特性|Au(j )|fLffHBW3dB0阻容耦合放大器幅頻響應(yīng) 二、 實(shí)際的頻率特性及通頻帶定義實(shí)際的頻率特性及通頻帶定義低頻區(qū)：耦合電容和旁路電容，使增益下降高頻區(qū)：極間電容、負(fù)載電容、分布電容等使增益下降|Au(jw)|AuI|0.

3、707|AuI|0fHf集成運(yùn)放的幅頻特性 HuIuIfABWABWG7.2 晶體管的高頻小信號(hào)模型和頻率參數(shù)晶體管的高頻小信號(hào)模型和頻率參數(shù)一、晶體管的高頻等效電路一、晶體管的高頻等效電路 發(fā)射結(jié)正偏，擴(kuò)散電容為主，記為Cbe；集電結(jié)反偏，勢(shì)壘電容為主，記為Cbc。Ib.rbbrbebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb二、晶體管的高頻參數(shù)二、晶體管的高頻參數(shù)1、 共射短路電流放大系數(shù)(j)及其上限頻率f由于電容C be的影響，值將是頻率的函數(shù)。 bebmecbcIUgIIj短路、def)(eeboeooQbebbcQbecmrrruiiiuig1)1 ( ebebebbebeb

4、bebCrjrICjrIU 1)1(ffjjCrjjoebebo11 1)(ffffjjoarctan)(1)()(2 |(j)|的頻率特性如圖： 的上限頻率）)( 21jCrfebeb2、特征頻率fT特征頻率 fT： |(j)| 下降到 1 所對(duì)應(yīng)的頻率。2()11 (/)12 oTTToeb ejffffffrC為獲得高頻下較大的電流增益，fT3 fmax 3、共基短路電流放大系數(shù)(j)及f0000()()1()1/(1) , , 1Tjjjjfff 例7.2.1 由器件手冊(cè)知3DG6的特征頻率fT=300MHz，已知工作點(diǎn)處電流ICQ=2mA，求發(fā)射結(jié)電容 的值，另一晶體管的fT=1GH

5、z，ICQ=2mA，求發(fā)射結(jié)電容 的值，2226132112.2 pF2 112.2 pF2 TTeEQCQb eeTb eeTUUmVrIImACr fCr f解：ebCebC7.4單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)分析單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)分析一、共射放大器的高頻小信號(hào)等效電路一、共射放大器的高頻小信號(hào)等效電路共射放大器及其高頻小信號(hào)等效電路（設(shè)RB1RB2Rs) 跨接在輸入輸出間二、密勒定理及高頻等效電路的單向化模型二、密勒定理及高頻等效電路的單向化模型 密勒定理密勒定理：網(wǎng)絡(luò)的等效變換關(guān)系，將跨接在網(wǎng)絡(luò)輸入與輸出端的阻抗分別等效為并接在輸入端與輸出端的阻抗。11221212221121, 11

6、1ZuuuAUUUUZZZZZUUUUUIAIAUZ共射電路的等效參數(shù)計(jì)算1c2021c111, 1(1)1111()1, () (1)(1) bub euMuuuMb euuumLMb cb cb euMb cubmLib eMZZZj CAj CAj CAZZAAj Cj CAUAUAg RCCCUUACCACg RCCCC c(1)(), b emLbb eb esb eSb bssssb bb esbeg R CrrRrRrUUURrrRr共射放大器單向化模型進(jìn)一步等效三、高頻增益表達(dá)式及上限頻率三、高頻增益表達(dá)式及上限頻率1(), 1ouIsb coLusuIsmLssbesbeHU

7、ArRAjAg RURrRrj 上限角頻率 11 2111HisHHCRf2(), ()180arctan()1 () arctan()uIsouHHHAfAjjfffff 單級(jí)共射放大器的幅頻特性和相頻特性如圖： 在半功率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的附加相移為-45，而當(dāng)頻率 f 10 fH 以后，附加相移趨向于最大值( -90)。 四、頻率特性的波特圖近似表示法四、頻率特性的波特圖近似表示法用對(duì)數(shù)表示的放大器增益20lg()()20lg ()1() ( )11usuIsHuIsuIsuHHAjdBAdBjAAAjH ssj五 負(fù)載電容和分布電容對(duì)高頻響應(yīng)的影響負(fù)載電容和分布電容對(duì)高頻響應(yīng)的影響 等效2H22

8、 11()(), 1oceCLLuIsosHoLHRrRRRAUjUjR Cj1212()(1)(1)11 ouIsussHHHHsioLUAAjUjjR CR C2212111HHH總上限頻率為：計(jì)入Ci、CL影響的高頻源增益為：六、結(jié)果討論六、結(jié)果討論設(shè)計(jì)寬帶放大器的依據(jù)：2、關(guān)于信號(hào)源內(nèi)阻Rs 信號(hào)源的內(nèi)阻盡可能的小。3、關(guān)于集電極負(fù)載電阻RC的選擇原則 RC應(yīng)兼顧 AUI 和 fH 的要求。1、選擇晶體管的依據(jù) 選擇Cbc小而fT高的晶體管作寬帶放大管。4、關(guān)于負(fù)載電容CL 設(shè)法減小負(fù)載電容CL和分布電容。7.5 共集電路的高頻響應(yīng)共集電路的高頻響應(yīng) 共集電路的高頻響應(yīng)比共射好，即 f

9、 H(CC) f H(CE)一、一、 Cbc的影響的影響 Cbc：無(wú)密勒倍增效應(yīng)。且Cbc很小(零點(diǎn)幾幾pF)，若Rs及rbb較小， Cbc對(duì)高頻響應(yīng)的影響就很小。 二、二、C be的影響的影響C be對(duì)高頻的影響很小。 Cbe ：跨接輸入輸出端的電容，輸入端等效電容CM為)1 (uebMACCebMCC結(jié)論：共集電路的 fH1 可接近管子的特征頻率 fT 。三、三、CL的影響的影響 CQsssbesoImVRrRrRR26111若Rs較小，電流ICQ較大，則Ro可以很小。時(shí)常數(shù)RoCL很小，fH2 很高。共集電路有很強(qiáng)的承受容性負(fù)載的能力。7.6 共基電路的高頻響應(yīng)共基電路的高頻響應(yīng)一、一、

10、C be的影響的影響 若忽略rbb的影響，則接于輸入端，輸入電容Ci= Cbe ，且與Cb c無(wú)關(guān)，遠(yuǎn)小于共射電路的輸入電容。且輸入電阻Rire=26mV/ICQ很小，故輸入回路的時(shí)常數(shù)很小， fH1很高。理論分析的結(jié)果fH1fT。 二、二、C bc及及CL的影響的影響)(21)(212LcboMcboHCCRCCRf 如果忽略rbb的影響，則 Cbc直接接到輸出端，無(wú)密勒倍增效應(yīng)。輸出端總電容為Cbc +CL。輸出回路時(shí)常數(shù)為Ro(Cbc + CL)，輸出回路決定的fH2為 共基與共射一樣，承受容性負(fù)載的能力較差，對(duì)于純電阻電路，共基電路的高頻特性非常好。三、三、CECB級(jí)聯(lián)的高頻響應(yīng)級(jí)聯(lián)的

11、高頻響應(yīng)CECB：放大倍數(shù)為單級(jí)共射放大倍數(shù)，共基起電流接續(xù)器的作用，但改善了高頻性能。CB的輸入電阻很小，減少了共射電路的等效輸入電容，有利于提高共射放大器的fH，因此廣泛用于集成寬帶電路。7.7 場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng) 一、場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)等效電路二、場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管共源及其等效電路 Cgd：跨接在輸入輸出端的電容。將Cgd分別等效到輸入端(用CM表示)和輸出端(用CM表示) 。其中:(1), MgdmLMgdCCg RCC12()(1)(1)(1)(1)omLuIsussiLLHHUg RA

12、AjUj R Cj R Cjj 2212111212HHHHf總的上限頻率： 總結(jié)： (2) 、fH高和AuIs大是一對(duì)矛盾，所以在選擇RD時(shí)要兼顧fH和AuIs的要求。 (3)、由于Ci(=Cgs+CM)的存在，希望有恒壓源激勵(lì)，即要求源電阻Rs小。 總的上限頻率： (1)、要提高fH,必須選擇Cgs ,Cgd ,Cds小的管子。7.8 放大器的低頻響應(yīng)放大器的低頻響應(yīng)在低頻區(qū)，電容C1、C2、CE呈現(xiàn)的阻抗增大，其分壓作用不可忽視，導(dǎo)致低頻放大倍數(shù)的下降。一、一、C1對(duì)低頻特性的影響對(duì)低頻特性的影響sousUUjA)(1211arctan180/_)(11LoLuIsLuIsAjA中頻區(qū)源

13、增益）(besebLmuIsrRrRgA低頻增益模值）（()(1)21LuIsuIsAjA下限角頻率）()(11CrRbesL低頻增益相角）(arctan180)(1Loj）（低頻響應(yīng)的附加相移1arctan)(Lj低頻增益的幅頻特性和相頻特性如圖：C1、CE：使放大器的低頻響應(yīng)下降，其下限角頻率L 1反比于時(shí)常數(shù)(Rs+rbe)C。當(dāng)=L1時(shí)，附加相移為+45，其最大附加相移為+90。二、二、C2對(duì)低頻響應(yīng)的影響對(duì)低頻響應(yīng)的影響在考慮C2的影響時(shí)，忽略C1、CE對(duì)低頻響應(yīng)的作用得低頻等效電路如圖：2()1ouIsusLsb euIsmLsbeUAAjUjrAg RRr C2引入的下限角頻率)

14、(122LCLRRC三、三、CE對(duì)低頻響應(yīng)的影響對(duì)低頻響應(yīng)的影響CE引入的下限角頻率為：L3L31 |11 beSoEeEoEerRRRrCRCr，為減小wL3，一般選擇CEC1(約1030倍)。四、總的下限角頻率為四、總的下限角頻率為L(zhǎng)3L2L1L五、討論五、討論 (1) C1、E、C2越大，下限頻率越低，低頻失真越小，附加相移也將會(huì)減小。 (2) CE等效到基極回路時(shí)要除以(1+)，故若CE對(duì)L1的影響與C1相同，需要求取CE =(1+)C1，所以其取值往往比C1要大得多。 (3) 工作點(diǎn)越低，輸入阻抗越大，對(duì)改善低頻響應(yīng)有好處。 (4) RC，RL越大，對(duì)低頻響應(yīng)也有好處。 (5) C1

15、、CE、C2使放大器具有高通特性，在下限頻率點(diǎn)處，附加相移為正值，輸出電壓超前輸入電壓。|AuIs| 4545|Au(j )|0LH(a)(b)|AuIs|24590)(j04590阻容耦合放大器完整的頻率響應(yīng) 7.9 多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)多級(jí)級(jí)聯(lián)放大器的增益)()()()()(121 nkukunuuujAjAjAjAjA12112120lg()20lg()20lg()20lg()20lg()()()()()uuuunnukknkkkAjAjAjAjAjjjjj 對(duì)數(shù)幅頻特性為各級(jí)對(duì)數(shù)幅頻特性之和，總相移等于各級(jí)相移之和。設(shè)單級(jí)放大器的增益：121122221212()1

16、11()1 () 1 () 1 () ()arctan()arctan()arctan()uIuIuIuHHHnuIuHHHnHHHnAAAAjjjjAAjj kuIkukjAjA1)(多級(jí)放大器的增益：|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級(jí)放大器中頻增益。令2)(uIHuAjA222121/n1222121 () 1 () 1 () 2121111HHHHHHnHHHHHn總的下限角頻率為：22121LnLLL 結(jié)論：結(jié)論： 1、多級(jí)放大器的通頻帶變窄。2、各級(jí)的通頻帶比總的通頻帶要寬。3、總的上限頻率基本取決于最低的一級(jí)。7.10 建立時(shí)間建立時(shí)間tr與上限頻率與上限頻率fH的