第14講頻率響應(yīng)概述與晶體管的高頻等效電路.

1、HANDAN COLLEGE2022-5-241第十四講 頻率響應(yīng)概述與晶體管的高頻等效電路HANDAN COLLEGE2022-5-242第十四講 頻率響應(yīng)概述與晶體管的高頻等效電路一、頻率響應(yīng)的基本概念二、放大電路的頻率參數(shù)三、晶體管的高頻等效電路四、場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效電路HANDAN COLLEGE2022-5-243一、頻率響應(yīng)的基本概念1. 研究的問(wèn)題：研究的問(wèn)題： 放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放

2、大倍數(shù)為頻率的體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。率的范圍要求。HANDAN COLLEGE2022-5-2442. 基本概念基本概念（1）高通電路高通電路:信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。超前，時(shí)；，當(dāng)超前900 0 iooioUUUfUUUi.Uo.I.RCRCRCRUUAuj1jj1ioHANDAN COLLEGE2022-5-245（1）高通電路：頻率響應(yīng)高

3、通電路：頻率響應(yīng)RCRCUUAuj1jiofL低頻段放大倍數(shù)表達(dá)式的特點(diǎn)？下限截止頻率的特征？低頻段放大倍數(shù)表達(dá)式的特點(diǎn)？下限截止頻率的特征？LLLj1j21ffffARCfu，則令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL時(shí)放大時(shí)放大倍數(shù)約為倍數(shù)約為1HANDAN COLLEGE2022-5-246（2）低通電路）低通電路: 信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。Ui.Uo.I.。滯后，時(shí)；，當(dāng)滯后900 iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1ioHANDAN COLLEGE2022-5-247（2）低通電路：頻率響應(yīng)）低通

4、電路：頻率響應(yīng)HHj1121ffARCfu，則令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAu低頻段放大倍數(shù)表達(dá)式的特點(diǎn)？上限截止頻率的特征？低頻段放大倍數(shù)表達(dá)式的特點(diǎn)？上限截止頻率的特征？ffH時(shí)放大時(shí)放大倍數(shù)約為倍數(shù)約為1HANDAN COLLEGE2022-5-248（3）幾個(gè)結(jié)論）幾個(gè)結(jié)論LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子 當(dāng)當(dāng) f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 當(dāng)當(dāng) f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。 截止頻

5、率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)21L(H)f電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子Lj11ff 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。HANDAN COLLEGE2022-5-249二、放大電路的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號(hào)頻率逐漸升高，

6、晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動(dòng)態(tài)信號(hào)損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfffHANDAN COLLEGE2022-5-2410三、晶體管的高頻等效電路三、晶體管的高頻等效電路 1. 混合混合模型：形狀像模型：形狀像，參數(shù)量綱各不相同，參數(shù)量綱各不相同結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。rbb：基區(qū)體電阻：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻：發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻：發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻：集電結(jié)電阻C：

7、集電結(jié)電容：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻：集電區(qū)體電阻因多子濃因多子濃度高而阻度高而阻值小值小因面積大因面積大而阻值小而阻值小HANDAN COLLEGE2022-5-2411混合混合模型：模型：忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系 gm為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率為跨導(dǎo)，它不隨信號(hào)頻率的變化而變。的變化而變。為什么引入?yún)?shù)為什么引入?yún)?shù)gm？因在放大區(qū)因在放大區(qū)iC幾乎僅幾乎僅決定于決定于iB而阻值大而阻值大因在放大區(qū)承受反因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大向電壓而阻值大HANDAN COLLEGE2022-5-2412混合混合模型：忽略大電阻的分流模型：忽略大電阻

8、的分流 C連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路，引入和輸出回路，引入了反饋，信號(hào)傳遞了反饋，信號(hào)傳遞有兩個(gè)方向，使電有兩個(gè)方向，使電路的分析復(fù)雜化。路的分析復(fù)雜化。HANDAN COLLEGE2022-5-2413混合混合模型的單向化（即使信號(hào)單向傳遞）模型的單向化（即使信號(hào)單向傳遞）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變HANDAN COLLEGE2022-5-2414晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路晶體管簡(jiǎn)化的高頻等效電路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊(cè)查得、T

9、EQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI？如何得到模型中的參數(shù)？為什么不考慮 C？HANDAN COLLEGE2022-5-24152. 電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因?yàn)?( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什么短路？為什么短路？HANDAN COLLEGE2022-5-2416電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，時(shí)，；時(shí)，；，時(shí)，；時(shí)，fffffffffoHANDAN COLLEGE202

10、2-5-2417電流放大倍數(shù)的波特圖電流放大倍數(shù)的波特圖: 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系71. 5， lg20 采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開(kāi)闊視野；縱軸為，可開(kāi)闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫(huà)法折線化近似畫(huà)法HANDAN COLLEGE2022-5-24183. 晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù) 1 0TTffff 時(shí)的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截

11、止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結(jié)電容集電結(jié)電容通過(guò)以上分析得出的結(jié)論：通過(guò)以上分析得出的結(jié)論： 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式；低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系；截止頻率與時(shí)間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫(huà)法；波特圖及其折線畫(huà)法； C的求法。的求法。手冊(cè)手冊(cè)查得查得HANDAN COLLEGE2022-5-2419四、場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效電路可與晶體管高頻等效電流類(lèi)比，簡(jiǎn)化、單向化變換?？膳c晶體管高頻等效電流類(lèi)比，簡(jiǎn)化、單向化變換。很大，可忽略其電流很大，可忽略其電流單向化變換單向化變換極間電容極間電容CgsCgdCds數(shù)值數(shù)值/pF1101100.11dgLmgsg

12、s)1 (CRgCC忽略忽略d-s間等效電容間等效電容HANDAN COLLEGE2022-5-2420討論一1. 若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？，它們的增益分別為多少？2. 為什么波特圖開(kāi)闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在為什么波特圖開(kāi)闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來(lái)的多少倍？率是原來(lái)的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg fHANDAN COLLEGE2022-5-2421討

13、論二討論二 電路如圖。已知各電阻阻電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流極電流ICQ2mA；晶體管的；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。頻等效模型中的各個(gè)參數(shù)。HANDAN COLLEGE2022-5-2422討論二討論二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCCHANDAN COLLEGE2022-5-2423五、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)五、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號(hào)頻率從適用于信號(hào)頻率從0的的交流等效電路交流等效電路

14、中頻段：中頻段：C 短路，短路， 開(kāi)路。開(kāi)路。CC低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響，的影響， 開(kāi)路。開(kāi)路。高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 開(kāi)路。開(kāi)路。CHANDAN COLLEGE2022-5-24241. 1. 中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù)eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu帶負(fù)載時(shí)：帶負(fù)載時(shí)：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時(shí)：空載時(shí)：HANDAN COLLEGE2022-5-24252. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)低頻電壓放大倍數(shù): :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，時(shí)，當(dāng)超前90

15、0 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsHANDAN COLLEGE2022-5-24262. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAu)(21 )(j1LcLLsmslRRfffAAuuC所在回路的時(shí)間常數(shù)？所在回路的時(shí)間常數(shù)？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsHANDAN COLLEGE2022-5-24

16、272. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析)arctan90(-180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl-135 dB3lg20 sL，下降時(shí)，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu時(shí)，。，時(shí)，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff時(shí)，中頻段中頻段20dB/十倍頻十倍頻HANDAN COLLEGE2022-5-24283. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析0U.CIs.U.s。滯后，時(shí)，當(dāng)，滯后)90

17、(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbeHANDAN COLLEGE2022-5-2429)(sbbbebRRrrR3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAuHANDAN COLLEGE2022-5-24303. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析 )( 21 j1sbbb

18、ebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降時(shí)，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大時(shí)，dB20lg20 10 shHuAfff。，時(shí)，-270 0 shuAf；時(shí)，smshHlg20lg20 uuAAffHANDAN COLLEGE2022-5-24314. 電壓放大倍數(shù)的波特圖電壓放大倍數(shù)的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：HANDAN COLLEGE2022

19、-5-24325. 帶寬增益積：定性分析帶寬增益積：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu帶寬增益積mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 當(dāng)提高增益時(shí)，當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反帶寬將變窄；反之，增益降低，之，增益降低，帶寬將變寬。帶寬將變寬。HANDAN COLLEGE2022-5-24335. 帶寬增益積：定量分析帶寬增益積：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 R

20、s fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！HANDAN COLLEGE2022-5-2435 ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 對(duì)于對(duì)于N級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為級(jí)放大電路，若各級(jí)的下、上限頻率分別為fL1 fLn、 fH1 fHn，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為，整個(gè)電路的下、上限頻率分別為fL、 fH，則則nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的頻的頻率，經(jīng)修正，可得率，經(jīng)修正，可得1.1為修正系數(shù)為修正系數(shù)HANDAN COLLEGE2022-5-2436討論一：?jiǎn)栴}討論一：?jiǎn)栴} 1. 信號(hào)頻率為信號(hào)頻率為0時(shí)電壓放大時(shí)電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式？倍數(shù)的表達(dá)式？ 2. 若所有的電