5.3 场效应管的高频等效模型 5.4单管放大电路的频率响应

第五章放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下：一般情况下，rgs和rds比外接电阻大得多，可认为是开路。Cgd可进行等效变化，使电路单向化。第五章放大电路的频率响应Cgd等效变化：g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容为)(1LmgddsdsRgKCKKCC　　　)()1(LmgdgsgsRgKCKCC　　图5.3.1场效应管的高频等效模型(b)简化模型第五章放大电路的频率响应5.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~SUOUiU+图5.4.1单管共射放大电路中频段：各种电抗影响忽略，Au与f无关；低频段：耦合电容(或旁路电容)压降增大，Au降低。与电路中的电阻构成RC高通电路；高频段：三极管的极间电容并联在电路中，Au降低。而且，构成RC低通电路。第五章放大电路的频率响应一、中频电压放大倍数耦合电容可认为交流短路；极间电容可视为交流开路。1.中频段等效电路由图可得：bbebbebebisbeebisieb//rrrrRRUrrRRRU式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU图5.4.2中频段等效电路ebc+sU~+++bebrbbrRbRcRsebUoUiUebmUg第五章放大电路的频率响应2.中频电压放大倍数已知，则eb0mrgbec0isismrRRRRAu结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h参数等效电路的分析结果一致。cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu第五章放大电路的频率响应二、低频电压放大倍数考虑耦合电容(或旁路电容)的作用，其等效电路：C1与输入电阻构成一个RC高通电路。sbeeb1isiebj1UrrCRRRU图5.4.3低频段等效电路ebc+~+++sUbebrbbrRbRcRsebUoUiUebmUgC1b′beb′bebebi+=//=rrrrRR式中第五章放大电路的频率响应sbeeb1isiebj1UrrCRRRU输出电压：s1iscmbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU低频电压放大倍数：1issmsosl)(j111CRRAUUAuu图5.4.3低频段等效电路ebc+~+++sUbebrbbrRbRcRsebUoUiUebmUgC1第五章放大电路的频率响应低频时间常数为：1isL)+(=CRR下限(－3dB)频率为：1isLL)+(21=21=CRRf则LLsmLsmslj1jj11ffffAffAAuuu对数幅频特性：2LLml)(+1lg20+lg20=lg20ffffAAusus对数相频特性：LoLooarctan90=)arctan90(+180=ffff－－－－因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为+90°1issmsosl)(j111CRRAUUAuu第五章放大电路的频率响应三、高频电压放大倍数考虑极间电容的影响，其等效电路：图5.4.4高频等效电路(a)bce+~+++bebrebmUgbbrRbsURcRsebUoUiUC第五章放大电路的频率响应用戴维南定理简化高频等效电路：图5.4.4高频等效电路(b)输入回路的等效变换Re+bsUC图5.4.4高频等效电路(c)输入回路be~++bebrbbrRbsURsiUCsU+)//(//bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRUb′beb′bebebi+=//=rrrrRR式中第五章放大电路的频率响应sseb′′′j+11=′′j1+′j1=UCRUCRCUscmbeebisicebmoj11UCRRgrrRRRRUgU图5.4.4高频等效电路(a)ce+~++ebmUgs′URcRebUoUC第五章放大电路的频率响应CRAUUAuuj11smsosh高频时间常数：CRH上限(-3dB)频率为：CRf2121HHHsmsh11ffjAAuu故　　　　　　shuA的对数幅频特性和相频特性：2Hsmsh)(1lg20lg20lg20ffAAuuHoarctan180=ff－－高频段最大附加相移为-90°第五章放大电路的频率响应四、波特图)j+1)(j+1(j=)j+1)(j+1(=HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL和fH；smuA2.由三段直线构成对数幅频特性；smuA中频段：对数幅值=20lg低频段：f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成对数相频特性。第五章放大电路的频率响应对数幅频特性：fdB/lg20uAOfL－20dB/十倍频fH20dB/十倍频smlg20uA270º225º135º180º对数相频特性：90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO第五章放大电路的频率响应5.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为gsCLmgsLdgsmiom)//(RgURRUgUUAu第五章放大电路的频率响应gsgH21CRfCRRf)(21LdL在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：gsC在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：gsC)j1)(j1(j.HLLmffffffAAuu电压放大倍数：第五章放大电路的频率响应5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善放大电路低频特性，需加大耦合电容及其回路电阻，以增大回路时间常数，从而降低下限频率。在信号频率很低的场合，应考虑采用直接耦合方式。2.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率。CRf′21=21=HHcmbeebisisosmRgrrRRRUUAuCRgCCKCC)1()1(cm)//(//bsbbebRRrrR问题：fH的提高与Ausm的增大是相互矛盾的。第五章放大电路的频率响应3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。CRfRgrrRRRAu21Hcmbeebisism；因为　　)//(//bsbbebRRrrRCRgCC)1(cmRi=Rb//rbe假设RbRs，Rbrbe；(1+gmRc)CμCπCRRgrrRRRfAu21cmbeebisiHsm　　　故CrR)(21bbs第五章放大电路的频率响应CrRfAu)(21bbsHsm说明：HsmfAu式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb和Cμ的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如欲得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb和Cμ均小的高频三极管。第五章放大电路的频率响应复习：1.晶体管的混合模型2.单管共射放大电路的频率响应表达式：)j+1)(j+1(j=)j+1)(j+1(=HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特图的绘制：三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性第五章放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：uNuuuAAAA21对数幅频特性为：NkukuNuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。第五章放大电路的频率响应多级放大电路的总相位移为：NkkN121两级放大电路的波特图fHfL幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16dB3dB3dBfBW1fBW2一级二级-20dB/十倍频-40dB/十倍频第五章放大电路的频率响应相频特性-270º-360ºfL1fH1fO-540º-180º-450º-90º一级二级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。第五章放大电路的频率响应5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算2H22H21HH1111.11Nffff2L22L21LL1.1Nffff在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。第五章放大电路的频率响应例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。解：（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。fH≈0.52fH1=(0.52×2×105)Hz=104kHz（3）电压放大倍数353)102j1)(10j1(j10fffAu)j1)(j1(jHLLmffffffAAuu