模拟电子技术基础(第四版)课件5.1 频率响应概述 5.2 晶体管的高频等效模型

第五章放大电路的频率响应2008-04-14第5章放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型第五章放大电路的频率响应2008-04-14本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合π模型等效电路图、频率响应的表达式及波特图绘制。1、晶体管、场效应管的混合π模型。本章教学时数：4学时第五章放大电路的频率响应2008-04-14本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何测定一个RC网络的频率响应？如何画出频率响应曲线？2.晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗？为什么？3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何确定放大电路的通频带？4.如果放大电路的频率响应不满足要求，应该怎么办？5.对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？为什么？6.为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？第五章放大电路的频率响应2008-04-145.1频率响应概述本节讨论的问题：1.什么是频率响应？如何研究RC放大电路的频率响应？2.放大电路频率响应的好坏由什么性能指标决定？分析方法：1.解析式分析法；2.图解法。第五章放大电路的频率响应2008-04-145.1频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。第五章放大电路的频率响应2008-04-14一、高通电路+_+_CRiUOU图5.1.1(a)RC高通电路RCCRRUUAuj111j1iO令：LL2121RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：　)(arctan90Lff相角：5.1.2频率响应的基本概念fL称为下限截止频率第五章放大电路的频率响应2008-04-142LL1lg20lg20lg20ffffAu则有：dB020lgLuAff时，　当2LL1ffffAu　放大电路的对数频率特性称为波特图。第五章放大电路的频率响应2008-04-14对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅频特性当f≥fL(高频)，当ffL(低频)，1uA1uA高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。uA0.1fLfL10fLfdB/lg20uA0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处20dB/十倍频第五章放大电路的频率响应2008-04-14对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º－45º/十倍频fL0.1fL10fL45º90º0f误差在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º45;90;0LLL时，时，时，ffffff)(arctan90Loff相角：第五章放大电路的频率响应2008-04-14二、低通电路图5.1.2(a)RC低通电路+_+_CRiUOURCCRCAuj11j1j1令：RCf2121HH则：HHj11j11ffAu2H11ffAuHarctanfffH称为上限截止频率第五章放大电路的频率响应2008-04-14图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH10fHfdB/lg20uA020403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。Harctanff2H1lg20lg20ffAu第五章放大电路的频率响应2008-04-14小结（2）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，即决定了fL和fH。（3）当信号频率等于fL或fH时放大电路的增益下降3dB，且产生＋45°或－45°相移。（4）近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。（1）电路中若考虑电容效应，电压增益的大小和相角会随频率的变化而变化。第五章放大电路的频率响应2008-04-145.2.1晶体管的混合模型一、完整的混合模型图5.2.1晶体管结构示意图及混合模型5.2晶体管的高频等效模型(a)晶体管的结构示意图(b)混合模型第五章放大电路的频率响应2008-04-14二、简化的混合模型通常情况下，rce远大于c-e间所接的负载电阻，而rb’c也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和rb’c开路。第五章放大电路的频率响应2008-04-14Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将Cμ等效在输入回路和输出回路，称为单向化。单向化靠等效变换实现。图5.2.2简化混合模型的简化(b)单向化后的混合模型图5.2.2简化混合模型的简化(C)忽略Cμ″的混合模型因为Cπ′＞＞Cμ″，且一般情况下,Cμ″的容抗远大于集电极总负载电阻RL′，Cμ″中的电流可忽略不计，得简化模型图（C）。第五章放大电路的频率响应2008-04-14用两个电容来等效Cμ。分别接在b、e和c、e两端。其中：电容值分别为：等效电容的求法CKKCCKC1)1(C1CC）（＝K图5.2.2简化混合模型的简化(C)忽略Cμ″的混合模型ebceUUK第五章放大电路的频率响应2008-04-14三、混合模型的主要参数将混合模型和简化的h参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。EQbbbeebbb26)1(IrrrrEQbbbeeb26)1(Irrrb0ebbmebmcIrIgUgITEQeb0mUIrgCμ可从手册中查得Cob(晶体管为共基接法且发射极开路时的c-b间的结电容)，Cob与Cμ近似相等。Cπ数据可通过手册中给定的特征频率fT和放大电路的静态工作点求解。(下节介绍)第五章放大电路的频率响应2008-04-145.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，而是频率的函数。CEbcUII电流放大系数的定义：第五章放大电路的频率响应2008-04-14求共射接法交流短路电流放大系数βffCrCrUUgIIICrj1j1j10eb0ebebebmceb)(2121ebCCCCrf　　　β的对数幅频特性与对数相频特性20)(1lg20lg20lg20ffffarctan共射截止频率：第五章放大电路的频率响应2008-04-14201lg20lg20lg20ff的波特图　图3.2.5对数幅频特性fTfdB/lg20Of20lg020dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f45º90ºffarctan第五章放大电路的频率响应2008-04-141.共射截止频率f值下降到0.7070(即)时的频率。021当f=f时，00707.021)dB(3lg202lg20lg20lg2000值下降到中频时的70.7%左右，或对数幅频特性下降了3dB。几个频率的分析第五章放大电路的频率响应2008-04-142.特征频率fT值降为1时的频率。1ffT时，，三极管失去放大作用；ffT时，由式；112T0ff得：ff0T第五章放大电路的频率响应2008-04-143.共基截止频率f值下降为低频0时的0.707时的频率。ffj10第五章放大电路的频率响应2008-04-14f与f、fT之间关系：因为，1ffj10可得ffffff)1(j11j11j100000比较，可知与ffj10ff)1(10000第五章放大电路的频率响应2008-04-14说明：ff)1(10000，因为：所以：1.f比f高很多，等于f的(1+0)倍，因此共基放大电路可作为宽频带放大电路；2.ffTf3.低频小功率管f值约为几十至几百千赫，高频小功率管的fT约为几十至几百兆赫。