1、第5章 放大電路的頻率響應5.1 頻率響應的基本概念復習PN結電容勢壘電容CB 當外加電壓不同時，耗盡層的電荷量隨外加電壓而增多或減少，與電容的充放電過程相同。耗盡層寬窄變化所等效的電容為勢壘電容。 擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區擴散到P區的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在 P 區內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。PN結電容注意：勢壘電容和擴散電容均是非線性電容,并同時存在。外加電壓變化緩慢時可以忽略，但是變化較快時不容忽略。擴散電容CD 外加電壓不同情況下，P、N區少子濃度的分布將發生變化

2、，擴散區內電荷的積累與釋放過程與電容充放電過程相同，這種電容等效為擴散電容。-180-90-270fLfh0.707AUAUA(jf)f(jf)f頻率響應的基本概念CE接法基本放大電路低頻截頻高頻截頻=argA(jf)-180-90-270fLfh0.707AUAUA(jf)f(jf)f頻率響應的基本概念(續）中頻段：AU=常數低頻段高頻段AU 下降中頻段：相位差 =常數低頻段高頻段 改變 這種描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規律稱為幅頻特性。用A(jf) 或A（j)表示 這種描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規律稱為相頻特性。用（）幅度頻率失真：幅頻特性

3、偏離中頻值的現象相位頻率失真：相頻特性偏離中頻值的現象 頻率響應的定義 頻率響應就是放大電路對輸入正弦信號的穩態響應。反映了放大器對不同頻率信號的放大能力。記作A(j)或 A(jf)。 頻率響應特性幅度頻率特性： A(j) 或 A(jf) 相位頻率特性：()或 (f) 中頻增益中間頻率段的增益 頻帶寬度BW=fh-flfh、 fl增益下降到中頻增益的0.707倍（即3dB處）所對應的頻率。頻率響應的基本概念(續） 頻率失真 產生頻率失真的原因 （1）放大電路中存在電抗性元件 例如：耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等。 影響低頻增益主要是耦合電容和旁路電容 影響高頻增益晶體管的結電

4、容及引線等雜散電容 （2）三極管的()是頻率的函數 在研究頻率特性時，三極管的低頻小信號模型不再適用，而要采用高頻小信號模型。頻率響應的基本概念(續） 線性系統的分析：時域拉氏逆變換自變量：t自變量：s=+j 傳輸函數定義：非標準式標準式5.2 頻率響應的分析方法拉氏變換復頻域線性系統：其中：z1、z2、zm零點p1、p2、pn極點系統穩定的條件：所有零、極點均分布在左半平面 傳輸函數的計算Uo (s)=RR+1/(sC)=R sCR sC +1=ss+ 1/RC RC高通電路傳遞函數有一個零點z1=0和一個極點p1=-1/RCjz1=0p1=-1/RC零點極點圖分析頻率響應時，令s=jUi(

5、s)H(s)=Uo(s)Ui(s)=ss - p1Au(j)=Uo(j)Ui(j)=jj - p1頻率響應特性頻率響應的分析方法（續）頻率響應的波特圖采用對數坐標來描述幅頻特性和相頻特性的圖形表示方法。線性坐標系中：縱坐標是放大增益，采用對數單位；橫坐標頻率采用對數單位，但以頻率標識。（習慣） 波特圖的近似描繪漸近線描繪1.幅頻特性的漸近線描繪典型傳遞函數：首先 將傳遞函數寫成作圖的形式有兩個零點和三個極點A=A11/(2 3 4 )幅頻特性：頻率響應的分析方法（續）幅頻特性用dB表示：(1) 一階零點 幅頻特性的漸近線波特圖繪制1010010001=10 (1) 一階零點 幅頻特性的漸近線（

6、續）當 1時， |A(j) |=20lg(/ 1)當 = 1 時， |A(j) |=3dB20dB/dec0.1 111011010010001=10 20dB/dec-20dB/dec0.1 11101(2)一階極點 幅頻特性的漸近線當 1時，y= -20lg(/ 1)當 = 1 時，y= -3dB漸近線描繪方法當 1 時，作0水平線；當 1 時，作20dB/十倍頻的斜線。一階零點一階極點 (3) 一階零點 幅頻特性的漸近線20dB/dec-20dB/dec0.1110是一條通過= 1，斜率為20dB/十倍頻的斜線。(4) 一階極點 幅頻特性的漸近線是一條通過 = 1，斜率為-20dB/十倍

7、頻的斜線。小結：將零點與極點的影響累加起來，即可得到總的幅頻特性。 經過一個零點，斜率增加20dB/十倍頻； 經過一個極點，斜率減小20dB/十倍頻。0.1 11101 ( )分析：當1時， () = 9045/dec2. 相頻特性的漸近線描繪(1) 一階零點 相頻特性的漸近線1101001=1010000.1 11101 ( )-45/dec45/dec(1) 一階零點 相頻特性的漸近線（續）用三條漸近線描繪當0.11 時，作00水平線；當101 時，作900水平線；當0.11 101 時，作450/十倍頻斜線。(2) 一階極點 相頻特性的漸近線一階零點一階極點0.1110 (3) 一階零點

8、 的漸近線相頻特性(4) 一階極點 的漸近線相頻特性一階零點一階極點例1:解：1）A=10520lgA=20lg105 =100dB；以100dB為起點.2） 存在三個極點104、106和107，分別畫出三個極點的漸近線；3）合成波形，進行斜率累加。復習：將零點與極點的影響累加起來，即可得到總的幅頻特性 經過一個零點，斜率增加20dB/十倍頻； 經過一個極點，斜率減小20dB/十倍頻。小結： 畫波特圖的一般步驟：（1） 寫出標準式：找常數項；（2） 畫出各個零、極點的漸近線；（3） 合成波形。20lg|A(j)|(dB)10210310410510610710820406080100-20dB

9、/dec-40dB/dec-60dB/dec-450-900-1350-1800-2250()-2700三個極點：104、106和107例2：解：1） 標準式常數項：A=1，20lgA=0dB，以0dB為起點。2） 存在兩個零點0、10和三個極點20、100和104， 分別畫出零、極點的漸近線。3） 合成波形。20lg|A(j)|(dB) 1 101021031041051062040608010020dB/dec40dB/dec-20dB/dec20dB/dec0dB/dec放大器的低頻截頻由低頻段最大的低頻極點決定，l=102.放大器的高頻截頻由高頻段最小的高頻極點決定，h=1043dB3

10、dB帶寬 3dB= h- l hMN 晶體三極管高頻物理模型-混合模型雙極型三極管物理模型5.3 晶體三極管的高頻運用雙極型三極管 晶體三極管高頻物理模型-混合模型（續）rbb -基區的體電阻，b是假想的基區內 的一個等效集中點。對高頻影響很大，數值十幾幾十歐姆。rbe和Cbe發射結等效交流電阻和結電容。rbc和Cbc 集電結等效交流電阻和結電容。gmUbe受控電流源，Ube對輸出電流的控制作用。（gm=ic/Ube)rce受控電流源的內阻，很大，可忽略 。雙極型三極管物理模型 晶體三極管高頻物理模型-混合模型（續）忽略rce和rbc雙極型三極管物理模型 密勒原理設放大倍數 K=U2/U1（1

11、）求Z1（2）同理求得Z2若Z為電容, Z=1/(jC),則Zi=1/(jCi) ,i=1,2ZI1I2U1U2Z1U1I1Z2U2I2單向近似模型 0：0 即低頻時的，反映了三極管的放大作用。gm：稱為跨導，反映輸入電壓對輸出電流的控制， gm與頻率無關。簡化混合模型 根據電路連接組態的不同，管子的高頻截頻分為三種：1. 共射截頻f ：當 下降到 時對應的頻率, 0 為中頻共射電流放大倍數。3. 共基截頻f ：當 下降到 時對應的頻率, 0為中頻共基電流放大倍數。三種截頻的關系： f f T f f T= 0 f 2. 特征頻率f T： 當 | |=1 時對應的頻率。1 0f f Tf f、

12、 (dB)晶體三極管的高頻截頻高頻截頻 共射截頻 f 當f=f時，0=gmrbe為低頻放大系數。 特征頻率fT當 f = fT 時, =1當f f時（ff ）小結：1. 在ff時， f 保持常數， f 稱為 增益帶寬積。 說明工作頻率增加一倍， 就下降一倍。2. 特征頻率fT等于增益帶寬積。3. fT較容易測量，只要測量出ff時的 值，即可計算出 fT。說明：該結論同樣適應于理想運算放大器。5.4 單管共射放大電路的頻率響應分析放大器頻響的重要指標：增益函數、帶寬和高低頻截頻+E-ERLRsRcUsRsUsbRLcegmUbeCcCerberbbbrbbRsUsRLgmUbeCoCirbebe

13、UbeUoUi單管共射放大電路的高頻響應1. 中頻電壓增益+E-ERLRsRcUsUiUo其中：2.高頻增益和極點rbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUigmUbeCoCiRLRsUs利用戴維南定理，將等效電路進一步簡化。高頻增益函數gmUbeCoCiRLRsUsUi=UbeUO極點：gmUbeCoCiRLRsUsUi=UbeUOrbbRsUsRLgmUbeCoCirbebeUbeUoUi高頻增益函數其中極點：gmUbeCoCiRLRsUsUiUOAUs就是中頻電壓增益結論：1.單級CE電路具有兩個極點h1和h2（即每一個獨立電容都構成一個極點）。2.兩個極點h1和h2分別

14、由輸入、輸出回路提供，其值為該回路時間常數的倒數。3.高頻截頻fh和 BW方法一：作波特圖法，fh 近似等于最小的高頻極點的頻率。BW=fh-flfh高頻增益函數方法二：解析法，fh 用公式來計算。高頻截頻fh的計算方法：由高頻截頻定義有：忽略高次項，經整理近似得到20lg|Aus()|h1h220lg|AUs| 只有n個高頻極點，高頻截頻可近似為最小的高頻極點.也可用公式計算: 高頻增益函數A中頻增益有： 零點和極點的個數相同，低頻截頻可近似為最大的低頻極點。也可用近似公式計算。 低頻增益函數A中頻增益有：頻響分析 高低頻增益函數當零點的個數比極點的個數少即mn時，波特圖如下低頻增益函數單管

15、共射放大電路的低頻響應CE低頻等效電路C1CeC2RBRERCRLhiehfeIbU1U2U3U4IiIoIsRs分析方法：忽略結電容，保留耦合、旁路電容，據CE低頻等效電路，列寫四個電壓節點方程，在根據節點電壓與Ib和Io之間的關系，可以整理得例題：CE電路參數如下：小結：低頻響應是由電路中耦合電容和旁路電容引起的。1.放大電路的耦合電容和旁路電容引起是引起低頻響應的主要原因；2.三極管的結電容和分布電容是引起放大電路高頻響應的主要原因；3.衡量放大電路性能的一項重要指標增益帶寬積；幾點結論單管共基放大電路的高頻等效電路上限頻率由于rbe很小，所以上限頻率很高。 如果放大器由多級級聯而成，那么，總增益5.5 多級放大器的頻率響應一、多級放大器的上限頻率fH 設單級放大器的增益表達式為式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級放大器中頻增益。令二、多級放大器的下限頻率fL 設單級放大器的低頻增益為 解得多級放