模拟电子技术基础--第5章--放大电路的频率响应

第五章放大电路的频率响应5.4单管共射放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效电路5.1频率响应概述放大电路在电子系统中的位置传感器放大电路计算机系统小，任意的交流信号，才包含信息大，适合于计算机来处理电量非电量不是正弦交流，但是测试放大电路和做题时总是在此加正弦交流电压一、频率响应的基本概念1.研究的问题：放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。2.基本概念（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。。超前，时；，当超前9000iooioUUUfUUUi.Uo.I.jffjRCjRCRCRCRUUALu11f211111j1jj1LioRCfπ21L令f2LLLuffjffjjffA111（1）高通电路：频率响应fL低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大倍数约为1LLLuffjffjjffA111（2）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900iooioUUUfUURCRCCUUAuj11j1j1io（2）低通电路：频率响应HHj11π21ffARCfu，则令fHRCUUAuj11io)arctan()(11H2HffffAu低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时放大倍数约为1（3）几个结论LLj1jffff①电路低频段的放大倍数需乘因子②当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45º；当f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45º。③截止频率决定于电容所在回路的时间常数π21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子Lj11ff④频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。二、放大电路的频率参数在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率LHbwfff一、放大电路的失真•（一）波形的非线性失真–饱和失真：由于放大电路的工作点靠近三极管的饱和区而引起的非线性失真。–截止失真：由于放大电路的工作点靠近三极管的截止区而引起的非线性失真。–双向失真：静态工作点位置合适，但信号过大所引起的非线性失真。•（二）波形的线性失真（频率失真）–从传感器而来的交流输入信号中有很多的频率成分，如果放大电路不能对这些频率成分的信号放大同样的倍数，那么放大电路输出的波形与输入波形相比，就会不同，这就是波形的线性失真。二、为什么要研究放大电路的频率响应？•为了要得出放大电路的中频区的具体范围•要使传感器输出的交流信号的频率范围落在放大电路的中频区中，这样才不会出现线性失真03dB20lg|AV|/dB带宽220406020210221032104f/HzfLfH高频区中频区低频区3dB频率点—上限频率—Hf—下限频率—Lf称为带宽LHffBWHLHfBWff时，当在低频区和高频区，放大电路的增益为什么下降？3dB频率点如何确定上限频率和下限频率•放大电路的高频响应：上限频率•放大电路的低频响应：下限频率交流工作情况分析•在这之前进行的分析是对中频交流信号的分析，中频交流信号即频率不是太高也不是太低的交流信号，还没有给出明确的中频区的范围，我们现在要做的工作就是要给出明确的中频区的范围，即确定下限频率和上限频率画出交流通路•若要分析放大电路对高频交流信号的响应，就给出高频交流通路•若要分析放大电路对低频交流信号的响应，就给出低频交流通路•若要分析放大电路对中频交流信号的响应，就给出中频交流通路5.2晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路1.混合π模型：形状像Π，参数量纲各不相同结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb’：基区体电阻rb’e’：发射结电阻Cπ：发射结电容re：发射区体电阻rb’c’：集电结电阻Cμ：集电结电容rc：集电区体电阻因多子浓度高而阻值小因面积大而阻值小混合π模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。为什么引入参数gm？因在放大区iC几乎仅决定于iB而阻值大因在放大区承受反向电压而阻值大混合π模型：忽略大电阻的分流Cμ连接了输入回路和输出回路，引入了反馈，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化。混合π模型的单向化（即使信号单向传递）'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgkXUkXUUICCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路'μπ'πEQT0eb'μbb')1(CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb'0meb'bmeb'mb0UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑''μC＝？低中频时视为开路和ebcbCC又因为所以ebbbberrrebbebrIVbebmIVg所以从手册中查出TfC和TEebmVIrgTEebmVIrgETbebbeU)1()1(IrrrrETeb)1(IUrebbebbrrrTmfg2C又因为所以ebbebrIVbebbmebmIrIgVgbebmIVgTEebebbbebbmUIrrIIVIgETeb)1(IUr混合π模型的单向化（即使信号单向传递）'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgkXUkXUUICCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路'μπ'πEQT0eb'μbb')1(CCCIUrCr可从手册查得、TEQeb'0meb'bmeb'mb0UIrgrIgUgI？如何得到模型中的参数？为什么不考虑''μC＝？晶体管电流放大倍数的频率响应2.电流放大倍数的频率响应CEbcUIIμπ'π'Lm0CCCRgk所以，因为)(π21j1)](j1[μπeb'0μπeb'eb'eb'mCCrfffCCrUUg为什么短路？电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg)(1j1－-900-45707.020000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo电流放大倍数的波特图:采用对数坐标系71.5，lg20采用对数坐标系，横轴为lgf，可开阔视野；纵轴为单位为“分贝”（dB），使得“×”→“＋”。lgfdB32lg20注意折线化曲线的误差－20dB/十倍频折线化近似画法3.晶体管的频率参数10TTffff时的频率为使)CC(rfffμπeb'0π21j1。、、、)(obTCCfff共射截止频率共基截止频率特征频率集电结电容通过以上分析得出的结论：①低频段和高频段放大倍数的表达式；②截止频率与时间常数的关系；③波特图及其折线画法；④Cπ的求法。手册查得四、场效应管的高频等效电路可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。很大，可忽略其电流单向化变换极间电容CgsCgdCds数值/pF1～101～100.1～1dg'Lmgs'gs)1(CRgCC忽略d-s间等效电容讨论一1.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lgf讨论二电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ＝2mA；晶体管的rbb’=200Ω，Cob=5pF，fβ=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。讨论二eb'mCQrgI、'μLcmobμ)(CRRgCC、、、πeb'obμ)(CrCCf、、'πμ'μCCC5.4单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从0～∞的交流等效电路中频段：C短路，开路。'πC'πC低频段：考虑C的影响，开路。高频段：考虑的影响，C开路。'πC静态分析1.中频电压放大倍数eb'oieb'sisosmUUUUUUUUAu)]([Lcmbeeb'isismRRgrrRRRAu∥带负载时：)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu空载时：2.低频电压放大倍数:定性分析0U.ooU.oI.o。超前，时，，当超前9000oooooooUUUfUU)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu＋Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2.低频电压放大倍数：定量分析j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeeb'isismoRgrrRRRAu＋)(π21)(j1LcLLsmslRRfffAAuuC所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2.低频电压放大倍数：低频段频率响应分析)arctan90(-180)(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)(π21j1)j(LcLLLsmsl-135dB3lg20sL，下降时，uAff)lg(20lg20LsmsLffAAffuu时，。，时，9000suAfsmsLlg20lg20uuAAff时，中频段20dB/十倍频3.高频电压放大倍数：定性分析0U.CIs.U.s'。滞后，时，当，滞后)90(0's'''s'πππUUUfUUCCC)(sbbbeb'beeb'isiieb'sis'sRRrrRrrRRRUUUUUU∥∥，Au.Uo.RLsU'Rb'e)(sbbbeb'RRrrR∥∥3.高频电压放大倍数：定量分析)]([π21π21j1'πsbbb'eb''πHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu∥∥)(j1j1'Lm'π'πbeeb'isiCo'sCs'ssosh'π'πRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu3.高频电压放大倍数：高频段频率响应分析)]([π21j1'πsbbb'eb'HHsmsoshCRRrrfffAUUAuu∥∥-225dB3lg20shH，下降时，uAffH2Hmsharctan--180)(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg2010shHu