3.7.1 单时间常数 RC电路的频率响应
3.7.2 单级放大电路的高频响应
RC低通电路的频率响应
RC高通电路的频率响应
3.7.3 单级放大电路的低频响应
3.7.4 多级放大电路的频率响应
多级放大电路的增益
多级放大电路的频率响应
低频等效电路
低频响应研究放大电路的动态指标(主要是增益)随信号频率变化时的响应。
3.7.0 放大电路的频率性能指标描述
3.7 放大电路的频率响应
1,频率响应用电压增益来表示在输入正弦信号情况下,放大电路输出随输入信号频率连续变化的稳态响应,称为该电路的频率响应 。
R s
放大电路
I oI i
+

V o
+

V s
+

V i R L
)()( VV AA?
其中
o
i
()()
()V
VjA
Vj


oi( ) ( ) ( )
3.7.0 放大电路的频率性能指标描述幅频响应相频响应
20lg|AV| (dB) 用分贝表示
O
t
I
O
t
O
3.频率失真幅度失真:幅频特性破坏了输入信号各分量间的相对幅度关系相位失真:相频特性破坏了输入信号各分量间的相对相位关系基波二次谐波输入信号输出信号基波二次谐波
3.7.0 放大电路的频率性能指标
2,频率响应的物理意义幅频响应:对不同频率信号的增益相频响应:对不同频率信号的移相其中
—上限频率—Hf
0
3 d B
20 l g | A
V
| / d B
带宽
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4 f / H z
f
L f H
高频区中频区低频区
3dB 频率点
(半功率点)
B 频率点
(半功率点)
—下限频率—Lf
称为带宽LH ffBW
3.7.0 放大电路的频率性能指标
4,频域指标描述:放大器带宽
0
20 lg | A
V
| /d B
2
20
40
6 0
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
lg f /H z0
o
)( / 度
2
20
o
40
o
6 0
o
20 2? 10
2
2? 10
3
2? 10
4
lg f /H z
5,频率指标表示:波特图
3.7.0 放大电路的频率性能指标
频率响应是线性电路的特性
放大器的频率响应表示放大器对不同频率信号的传输特性
通常用幅度(增益)-频率特性和相位-频率特性描述频率响应,其图示称为波特图
当输入信号含有多个频率分量时,非理想的频率响应会产生输出信号的线性失真
线性失真:幅度失真和相位失真
非线性失真和线性失真都会导致输出信号波形失真
线性失真不产生输入信号中没有的频率分量
非线性失真必然产生新的频率分量频率响应的主要描述小结
1,RC低通电路则传递函数
1111
1
i
oH
1
1
/1
/1
)(
)()(
CsRsCR
sC
sV
sVsA
V
fs j2j 且令
11
H 2
1
CRf
这里
)/j(1
1
Hi
oH
ffV
VA
V

传递函数的幅值 (模)
2
H
H )/(1
1
ffA V
(幅频响应)
传递函数的相角
)/(a r c t a n HH ff
(相频响应)
① 增益频率函数 (传递函数)
3.7.1 单时间常数 RC电路的频率响应最大误差 -3dB
幅频响应
2
H
H )/(1
1
ffA V
时,当 Hff
1)/(1 1 2
H
H ffA V
dB 01lg20lg20 HVA
时,当 Hff
ffffA V /)/(1 1 H2
H
H
)/l g (20lg20 HH ffA V?
0分贝水平线斜率为 -20dB/十倍频程 的直线注意相频响应的意义时,当 Hff
时,当 Hff
)/(a r c t a n HH ff
0H?
90H?
时,当 Hff 45H?
时,当 100,1 HH fff
十倍频程的直线斜率为 /45
VV AVVA
i
o
io 表示输出与输入的相位差高频时,输出滞后输入因为所以
3.7.1 单时间常数 RC电路的频率响应
② 频率响应曲线传递函数
22
22
2
i
o
L
/1
/1)(
)(
)(
CRs
s
sCR
R
sV
sV
sA V

幅频响应
2
L
L )/(1
1
ffA V
相频响应 )/(a r c t a n LL ff 输出超前输入
2,RC高通电路
1,BJT的高频小信号建模
◆ 模型的引出
◆ 模型简化
◆ 模型参数的获得
◆?的 频率响应
2,共射极放大电路的高频响应
◆?型高频等效电路
◆ 高频响应
3,共基极放大电路的高频响应
◆ 增益 -带宽积
◆ 高频等效电路
◆ 高频响应
◆ 几个上限频率的比较
3.7.2 单级放大电路的高频响应
3.7.2 单级放大电路的高频响应
① 模型的物理机理
rb‘e---发射结电阻 re折算到基极回路的电阻
---发射结电容C
b?e
---集电结电阻rb?c
---集电结电容 Cb?c
rbb' ---基区的体电阻,b'是假想的基区内的一个点。
互导
CECE
EB
C
EB
C
m VV v
i
v
ig



1,BJT的高频小信号建模
3.7.2 单级放大电路的高频响应混合?型高频小信号模型
cecb rr 和忽略?② 模型简化又因为所以与频率无关的参数可在低频获得。而低频时,混合?模型与 H参数模型等效
ebbbbe rrr
ebbeb rIV
bebm IVg
所以
E
T
bbebbbe )1()1( I
Vβrrβrr

E
T
eb )1( I
Vr
ebbebb rrr
T
m
eb 2 f
gC
从手册中查出 Tcb fC 和?
T
E
eb
m V
I
rg
3.7.2 单级放大电路的高频响应
③ 模型参数的获得 (与 H参数的关系)
由 H参数可知
CEB
Cfe V
i
ih


0b
c
ce VI
I


据此作混合 Π等效电路 模型
cb
eb
ebmc 1 / j
C
VVgI

)/1///1//( cbebebbeb CjCjrIV
低频时 ebm0 rg?
所以
)(j1/
j
cbebeb
cbm
b
c



CCr
Cg
I
I


当 cbm Cg? 时,
ebcbeb
0
)(j1 rCC?

3.7.2 单级放大电路的高频响应
④?的 频率特性分析
——共发射极截止频率
ebcbeb
0
)(j1 rCC?

的幅频响应:波特图令
ebcbeb )(2
1

rCCf

2
0
)/(1?

ff?

f
——特征频率
Tf
eb
m
cbeb
m
0T 2)(2

CgCC gff
fff T
——共基极截止频率
f
的 波特图
3.7.2 单级放大电路的高频响应
Π型高频等效电路
2,共射极放大电路的高频响应
3.7.2 单级放大电路的高频响应对节点 c 列 KCL得
R s
b
eb?
r
C M R c
c
+
-
+
-
V 0
+
-
g m
V be
V be
V be
V be
V be
s
V?
eb?
V?
bb?
r
e
b?
eb?
V?
eb?
C
0j)( cbebo
c
o
ebm CVVR
VVg
cb?C
忽略 的分流得
ebcmo VRgV
cboeb j)( cb CVVI C又因为即为 密勒电容
MC
cbcm
eb
M j)1(
1
cb?
CRgI
VZ
C?
则表示若用个电容之间存在一和相当于
,,
e b
MC
cbcmM )1( CRgC
①?型高频等效电路密勒电容分析
3.7.2 单级放大电路的高频响应
R s
b
eb?
r R
c
c
+
-
+
-
V 0
+
-
g m
V be
V be
V be
V be
V be
s
V?
eb?
V?
bb?
r
e
b?
eb?
V?
C
R s
b
eb?
r
C M R c
c
+
-
+
-
V 0
+
-
g m
V be
V be
V be
V be
V be
s
V?
eb?
V?
bb?
r
e
b?
eb?
V?
eb?
C
s
R?
s
I?
s
R?
R
R c
c
+
-
V 0
+
-
g m
V be
V be
V be
V be
V be
s
V
eb?
V?
e
b?
eb?
V?
C
R
+
-
Meb CCC
ebbbs //)( rrRR
s
ebbbs
eb
s VrrR
rV

3.7.2 单级放大电路的高频响应电路简化利用密勒电容等效后就断开了输入输出之间的联系,得以简化分析
R c
c
+
-
V 0
+
-
g m
V be
V be
V be
V be
V be
s
V
eb?
V?
e
b?
eb?
V?
C
R
+
-
Meb CCC ebbbs //)( rrRR
seb j1
1 V
RCV

ebcmo VRgV
s
ebbbs
eb
s VrrR
rV

简化电路是一个 RC低通,有
)/j(1 H
0
s
o
H ff
A
V
VA V
V

∴ 电压增益频响公式又式中
ebbbs
eb
cm0

rrR
rRgA
V? RCf?2 1H?
为低频增益 是上限频率
3.7.2 单级放大电路的高频响应
② 高频响应
T
E
eb
m V
I
rg
# 由,你对 AV0如何认识?
解,模型参数为例 3.7.1 设共射放大电路在室温下运行,其参数为:, 1ksR
,,,,,pF5.00 0 M H z41 0 01 m A1 0 0 cbT0Cbb CfIr?
。? k5cR 试计算它的低频电压增益和上限频率。
ebr
mg
T
E
V
I
mV26
mA1? S 038.0?
m
0
g
S 038.0
001 k 6.2
ebC
cb
T
m
2 Cf
g
pF 8.14?
MC cbcm )1( CRg pF 7.96?
0VA? cmRg?
ebbbs
eb

rrR
r 51.1 3 3
C
R )( bbs rR eb//?r k 77.0
eb?C MC? pF 5.111?
Hf
低频电压增益为又因为所以上限频率为
RC?2
1 M H z 85.10lg20 VA? 51.133lg20? dB 5.42?
例题
0VA? cmRg
ebbbs
eb

rrR
r Hf
RC?2
1
ebbbs
ebcm

rrR
rRg
)]1()[(2 cmcbebbbs
cm
RgCCrR
Rg

1
])1([ cbcmeb CRgC?2
]//)[( ebbbs rrR
注意!增益乘带宽不是频率的函数
# 如何提高带宽?
3.7.2 单级放大电路的高频响应
③ 增益 -带宽积
∴ BJT 和外电路参数一旦确定,带宽增益积基本为一个常数重要概念:放大器增益带宽积不变,低频增益与带宽存在矛盾
① 高频等效电路
3,共基极放大电路的高频响应
3.7.2 单级放大电路的高频响应
sI? ebm?Vg?
)j/1//( ebeb
eb

Cr
V

列 e 点的 KCL
0?
oI? ebm Vg?
而所以电流增益为
eb
0m
rg?
s
o
I
I
meb
00
/j1
)1/(
gC

meb
0
/j1 gC
其中

i
V V
VA
0
电压增益为
ss
co
RI
RI
0
00
1?


meb
0
/j1
1
gCR
R
s
c


其中
eb
mH
2 C
gf
)/j(1
1
H
0
ffR
R
s
c

Tf? 特征频率
sR bb?r cb?C
忽略
20 lg A
V / dB
f /Hz f H
20 lg
= f T
s
c
R
R
0
3.7.2 单级放大电路的高频响应
② 高频响应
T
eb
mHb
2 fC
gf

])1(][//)[(2
1
cbcmebebbbs
He

CRgCrrRf?
的 上限频率
ebcbeb )(2
1

rCCf
特征频率共基极上限频率
ff 0T?
共发射极上限频率
THbHe ffff
共基极电路频带最宽,无密勒电容
20 lg A V / dB
f /Hz f Hb
20 lg
= f T
s
c
R
R
0
3.7.2 单级放大电路的高频响应
③ 几个上限频率的比较
end
1,低频等效电路
3.7.3 单级放大电路的低频响应
3.7.3 单级放大电路的低频响应
2,低频等效电路化简
I
b
v
b ’ e r
b ’e
r
bb ’
′′
′′
-
g
m
v
b ’e
+
Rs
vs Re C
e
RC RL
Cb1 Cb2
vo
+
-Ze
ve
I
b
v
b ’ e r
b ’e
r
bb ’
′′
′′
-
g
m
v
b ’e
+
Rs
vs
(1+?)/ReCe/(1+?)
RC RL
vo
+
-
Cb1 Cb2
e
b1
1
e
b1
1
1
C
C
C
C
C
eb1
eb1
1 )1( CC
CCC

3.7.3 单级放大电路的低频响应
)]/j(1) ] [/j(1[ L2 L1
M
L ffff
AA V
V

s
0
L V
VA
V?

)(j/1
1
)(j/1
1
Lcb2bes1bes RRCrRCrR
R c



按图 3.7.13参数可算出 Hz 1 2 9
L1?f Hz 7.23L2?f
bes
M rR
RA c
V?
中频增益令式中则
L2L1 4 ff?
下限频率取决于
L1f
即 Hz 1 2 9
L1L ff
3,低频响应
)(2
1
bes1
L1 rRCf
输入回路转折频率
)(2
1
Lcb2
L2 RRCf
输出回路转折频率
20 lg A VL / d B
129
f / H z
f L1
20 lg A VM
23,7
f L2
3.7.3 单极放大电路的低频响应幅频响应波特图
20 lg
A
V
/ d B
f / H z
f
L
20 lg
A
VM
f
H
f / H z
共射极放大电路完整的频率响应(忽略了 f
L2

- 90?
- 180?
- 270?
R i1
R o1
1io1 VA V

-
+
1iV
-
+
R i 2
R o 2
R L
i2o2 VA V

-
+
O1V
-
+
OV
-
+
1,多级放大电路的增益
)j(
)j()j(
i
o

V
VA
V?

)j(
)j(
)j(
)j(
)j(
)j(
1)-o ( n
on
o1
o2
i
o1
V
V
V
V
V
V


)j()j()j( n21 VVV AAA
前级的开路电压是下级的信号源电压
前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗
下级的输入阻抗是前级的负载
3.7.4 多级放大电路的频率响应
3.7.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄以两级为例当两级增益和频带均相同时,则单级的上下限频率处的增益为
M12 VA
两级的增益为
22M 1 M 1( 2 ) 0,5VVAA?
即两级的带宽小于单级带宽
end
2,多级放大电路的频率响应思考与习题习 题 1,P.151-3.7.3,3.7.8
思考题,P.135-3.7.3,3.7.4
习 题 2,P.151-3.7.9(另:补充问题--若没有 Ce,下限频率又如何?)