2.8模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10年模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程電子教案

2.8放大電路的頻率特性

2.8.1頻率響應(yīng)和頻率失真

頻率響應(yīng)——放大電路輸入幅度相同的正弦波信號時，輸出信號的幅度與相位隨信號頻率變化而變化的特性。頻率失真——放大電路對不同頻率的輸入信號，不同有的放大能力和相移，而使輸出信號產(chǎn)生的失真。頻率失真也稱為線性失真。輸出信號二次諧波基波二次諧波基波輸入信號輸出信號二次諧波基波幅度失真相位失真相位失真幅度失真頻率失真分為頻率失真說明圖假定輸入信號由基波和二次諧波組成2.8.2放大電路的頻率響應(yīng)和瞬態(tài)響應(yīng)

1．頻率響應(yīng)

頻域法——在頻率范疇內(nèi)研究頻率特性的方法，或稱穩(wěn)態(tài)法。幅頻、相頻特性曲線。描述頻率特性的參數(shù)fL、fH、fbwfLfHffbw·90_o180_o225_o270_o135_ofbwfφ描述頻率特性的方法2．瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)法——通過分析研究放大電路瞬態(tài)響應(yīng)，研究放大電路的頻率特性的方法。瞬態(tài)響應(yīng)——將一單位階躍信號加到放大電路的輸入端，觀察輸出信號隨時間變化的情況。0輸出電壓波形01輸入階躍信號

tr

fH

≈0.35

δ=2πfLtp×100%

a.

tr與fH的關(guān)系上升時間tr描述失真的參數(shù)b.δ與fL的關(guān)系平頂降落率δ02.8.3晶體管的高頻特性1．晶體管的高頻模型JCJE+–基區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻集電區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻集電結(jié)電阻C、E極間電阻+–發(fā)射結(jié)電容集電結(jié)電容C、E極間電容+–壓控電流源+–晶體管混合π型等效模型

電路模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙通常re、

rc很小，

rce、

很大，均可以忽略。ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙˙簡化的混合π型等效模型ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙低頻混合π型等效電路ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙晶體管混合π型低頻等效電路與微變等效電路π型低頻等效電路微變等效電路兩者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙故有為晶體管低頻電流放大系數(shù)其中π型低頻等效電路微變等效電路兩者等效ec_+_+˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙gm的物理意義表示晶體管的發(fā)射結(jié)電壓對管子集電極電流的控制能力，稱為跨導(dǎo)。··定義ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙等效電路˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙ec+_+_+_˙˙˙˙˙˙對密勒等效圖中··式中···ec+_+_+_˙˙˙˙˙2．晶體管的高頻特性和高頻參數(shù)由描述晶體管特性的H參數(shù)方程(1)晶體管電流放大倍數(shù)·得·············由上式可畫出求的等效電路·由圖可知˙˙˙˙˙因很小,˙˙····˙由畫出求的等效電路ec+_˙˙+_˙+˙_˙˙····˙˙由以上各式得˙即令或得˙由˙得的幅頻特性˙˙相頻特性a.畫的幅頻特性曲線˙˙將上式表示為˙在坐標系中表示一條直線。式中,˙——0˙˙˙對于式中的當時(a)

故式在˙——表示的一條直線。坐標系中，當時(b)故式表示一條斜率為-20dB/十倍頻的直線。˙——在坐標系中˙由此可知，式0˙的圖形是由橫軸與斜率為–20dB/十倍頻的直線合成的曲線。的圖形是由直線綜上所述˙˙˙及曲線合成的。0˙0˙0˙這種圖形稱為波特圖當時即實際值比

小3dB˙0˙實際的幅頻曲線fβ稱為晶體管的共射極截止頻率由可知˙當f=fβ時˙b.畫相頻特性曲線由相頻特性知當f<<f(實際只要f<0.1f)時當f>>f(實際只要f>10f)時當f=f時實際上當f=0.1f或f=10f時或畫出的相頻特性˙十倍頻(2)晶體管特征頻率fT當f=fT時，˙由于定義故即fT是衡量晶體管高頻特性的最常用指標由得f和fT都與晶體管的靜態(tài)工作點有關(guān)(3)晶體管電流放大倍數(shù)=(f)·可以證明式中0——晶體管共基極低頻電流放大系數(shù)f——晶體管共基極截止頻率·晶體管共基極截止頻率由與的關(guān)系通常將的晶體管稱為高頻管將的晶體管稱為低頻管將代入上式，得˙晶體管共基極截止頻率特征頻率fβ、fT和f

a之間的關(guān)系為(4)fβ、fT和f

a的關(guān)系2.8.4單管共射極放大電路的頻率響應(yīng)

單管共射極放大電路電路中存在的電容a.耦合電容、旁路電容。b.結(jié)電容、極間電容、分布電容及負載電容等。+_T+_++++_···放大電路頻率響應(yīng)的分析方法a.

將放大電路分為中頻、低頻和高頻三個工作區(qū)域。b.

分別畫出三個區(qū)域的微變等效電路。c.

分別寫出電路在三個區(qū)域頻率響應(yīng)的表達式。d.

求出相應(yīng)的參數(shù)Aum、fH和fL。e.

畫出幅頻和相頻特性曲線。不同電容對電路性能的影響a.耦合電容、旁路電容較大，主要影響電路的低頻性能。b.結(jié)電容、極間電容及分布電容等很小，主要影響電路的高頻性能。+_T+_++++_···畫各個區(qū)域等效電路的原則a.低頻區(qū)考慮耦合電容、旁路電容的作用。結(jié)電容、極間電容及分布電容視為開路。b.中頻區(qū)耦合電容、旁路電容視為短路。結(jié)電容、極間電容及分布電容視為開路。+_T+_++++_···c.高頻區(qū)耦合電容、旁路電容視為短路。考慮結(jié)電容、極間電容及分布電容的作用。+_T+_++++_···1．中頻區(qū)的頻率響應(yīng)中頻區(qū)微變等效電路······+_T+_++++_···忽略RB············對電路進行簡化電壓放大倍數(shù)·················可見,|Aums|及均與頻率f無關(guān)?！?．低頻區(qū)的頻率響應(yīng)和下限截止頻率

低頻區(qū)微變等效電路+_T+_++++_·········忽略RB············對電路進行簡化與等效忽略RE(因RE>>1/LCE)············將CE等效到輸入回路············將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源············將輸入回路電容合并圖中············在輸出回路····故·········在輸入回路·········得低頻區(qū)放大電路電壓放大倍數(shù)由·······上式中，令、分別為輸入、輸出回路的時間常數(shù)?！ぁぁぁぁぁぁぁぁち睢ぁぁぁぁぶ蓄l電壓放大倍數(shù)式中·····即C2的影響可以忽略時······式中

為由引起的附加相移當知當時由····故為僅考慮時放大電路的下限截止頻率···式中

為由C2引起的附加相移······當即的影響可以忽略時知當時同理,由····故fL2為僅考慮C2時放大電路的下限截止頻率故在一般情況下，對整個電路下限截止頻率起決定作用的是旁路電容的容量。由于旁路電容CE折算到基極回路的等效電容為又由于3．高頻區(qū)的頻率響應(yīng)和上限截止頻率

+_T+_++++_···高頻區(qū)等效電路對密勒等效..+e++_._+_c_....·+_T+_++++_··對輸入回路簡化、等效Ci=CM+Cb'e.+e++__+_c_......+++_._+_c_e......進行戴維寧等效...+e++__+_c_......e++__+_c....圖中等效電路對輸出回路簡化、等效e++__+_c....e++__+_c....圖中將電流源轉(zhuǎn)換為電壓源e++__+_c....e++__+_c+_....由圖可知······e++__+_c+_....高頻區(qū)電壓放大倍數(shù)

···········由于····e++__+_c+_.....·令、分別為輸入、輸出回路的時間常數(shù)··e++__+_c+_....或那么故····當Ci>>Co即Co的影響可以忽略時···其中為由Ci引起的附加相移e++__+_c+_....知當時即fH1為僅考慮Ci時放大電路的上限截止頻率··由··當Co>>Ci時即Ci的影響可以忽略時···其中為由Co引起的附加相移e++__+_c+_....知當時故fH2為僅考慮Co時放大電路的上限截止頻率····名詞解釋慣性環(huán)節(jié)——含慣性元件的回路

慣性元件——指其上能量不能突變的元件(如電容）

放大電路的電壓放大倍數(shù)可表示為即當?shù)?、高頻區(qū)的等效電路都只含一個慣性環(huán)節(jié)時··當?shù)皖l區(qū)只考慮一個電容或C2高頻區(qū)只考慮一個電容Ci

或Co討論a.當時當（實際只要）時·····b.當時當（實際只要）時·····c.當時·····由以上分析可畫出放大電路的幅頻和相頻特性曲線(低、高頻區(qū)等效電路都只含一個慣性環(huán)節(jié))幅頻特性3dB–20dB/十倍頻20dB/十倍頻··相頻特性十倍頻2.8.5放大電路的增益帶寬積

放大電路的帶寬可見，擴展放大電路帶寬的關(guān)鍵就在于提高fH。由于fH>>fL故可見，提高電路的Au，CM增大，fH1降低。由于1.通過fH1而·提高fH的途徑2.通過fH2由于那么，增大，Au提高，fH2降低?？梢姡岣叻糯箅娐返脑鲆媾c擴展放大電路帶寬之間存在矛盾。

為了全面的衡量電路的高頻性能，采用指標增益帶寬積GBP（gainbandwidthproduct）GBP的定義GBP=Aums

fbw≈Aums

fH設(shè)放大電路的低、高頻區(qū)的等效電路均有多個慣性環(huán)節(jié)。2.8.6多級放大電路的頻率響應(yīng)

如果各個慣性環(huán)節(jié)決定的下限截止頻率分別為則，電路的下限截止頻率fLfL1，，，fL2…

fLn

電路上限截止頻率fH