3.7 放大电路的频率响应
复习频率响应的基本概念
1.为什么要研究频率响应
2,频率响应的分析任务
3,AV随 f 变化的原因原因 1:实测表明 Av是 f的函数,对不同频率信号的放大程度不同。
原因 2:信号有多个频率成分,若放大程度不同,会产生 频率失真 。
)()( VV AA?( 1)频率响应表达式,
( 2)带宽 BW、上限频率 f H、下限频率 f L
放大电路中有电容、电感等电抗元件,其阻抗随 f变化而变化
CjZ C?
1? LjZ L
1.为什么要研究频率响应
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原因 1,实测表明 Av是 f 的函数,
对不同频率信号的放大程度不同。
原因 2,信号有多个频率成分,
若放大程度不同,会产生频率失真。
频率失真线性失真幅度失真相位失真
2,频率响应的分析任务
)()( VV AA?( 1)频率响应表达式,
( 2)带宽 BW、上限频率 f H、下限频率 f L
O
t
I
O
t
O
O
t
I
O
t
O
幅度失真 相位失真线性失真
3,AV随 f 变化的原因放大电路中有电容、电感等电抗元件,
其阻抗随 f变化而变化
CjZ C?
1?
Rbvi Rc RLiV?
bI?
cI?
OV?
bI?
固定偏流共射极放大电路
C1
前面的分析中,隔直电容处理为,直流开路;交流短路计算电容的电抗,( C1=20?F)
f Xc1
1Hz 7962?
10Hz 796.2?
100Hz 79.62?
1kHz 7.962?
10kHz 0.796?
100kHz 0.08?
1MHz 0.008?
f <100Hz Xc1 与 rbe = 863? 不能短路
f?100Hz Xc1 <<rbe = 863? 可以短路
fXc1IbAV?
3.7.1 单时间常数 RC电路的频率响应
3.7.2 单极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 放大电路的频率响应
3.7.3 单极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。
3.7.1 单时间常数 RC电路的频率响应
1,RC低通电路的频率响应
(电路理论中的稳态分析)
RC电路的电压增益(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

)/j(1
1
Hi
oH
ffV
VA
V

电压增益的幅值(模)
2
H
H )/(1
1
ffA V
(幅频响应)
电压增益的相角 )/(a r c t g HH ff (相频响应)
① 增益频率函数最大误差 -3dB
② 频率响应曲线描述
3.7.1 RC电路的频率响应幅频响应
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 的直线相频响应时,当 Hff
时,当 Hff
)/(a r c t g 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
1,RC低通电路的频率响应
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 RC电路的频率响应
2,RC高通电路的频率响应
RC电路的电压增益:
22
22
2
i
o
H
/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 g
LH ff 输出超前输入
3.7.3 单极放大电路的低频响应
1,低频等效电路
3.7.3 单极放大电路的低频响应
2,低频响应
eb1
eb1
1 )1( CC
CCC

i
V V
VA
0
L?
)]/j(1) ] [/j(1[ L2 L1
M
L ffff
AA V
V

bes
M rR
RA c
V?

)(2
1
bes1
L1 rRCf
)(2
1
Lcb2
L2 RRCf
)(j/1
1
)(j/1
1
Lcb2bes1bes RRCrRCrR
R c



按图 3.7.13参数计算 Hz 1 2 9
L1?f Hz 7.23L2?f
中频增益当则
L2L1 4 ff?
下限频率取决于
L1f
即 Hz 1 2 9
L1L ff
3.7.2 单极放大电路的高频响应
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 单极放大电路的高频响应
1,BJT的高频小信号建模
① 模型的引出
rb'e---发射结电阻 re归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



3.7.2 单极放大电路的高频响应
1,BJT的高频小信号建模
② 模型简化混合?型高频小信号模型
cecb rr 和忽略?
3.7.2
单级高频响应又因为所以
③ 模型参数的获得 (与 H参数的关系)
1,BJT的高频小信号建模低频时,混合?模型与 H参数模型等效 ebbbbe rrr
ebbeb rIV
bebm IVg
所以又 rbe= rb + (1+? ) re
E
T
b )1( I
Vr
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
单级高频响应
④?的 频率响应由 H参数可知
1,BJT的高频小信号建模
CEB
Cfe V
i
ih


0b
c
ce VI
I


根据混合?模型得
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?

—— 共发射极截止频率
3.7.2
单级高频响应
④?的 频率响应
1,BJT的高频小信号建模
ebcbeb
0
)(j1 rCC?

的幅频响应令
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
3.7.2 单级高频响应
2,共射极放大电路的高频响应
①?型高频等效电路
<A>等效电路
3.7.2 单级高频响应
2,共射极放大电路的高频响应
①?型高频等效电路对节点 c 列 KCL得
<B>电路简化
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又因为称为 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
等效后断开了输入输出之间的联系
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
2,共射极放大电路的高频响应
①?型高频等效电路
<B>电路简化
3.7.2 单级高频响应
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
+
-
s
V
eb?
V?
R
+
-
最后
Meb CCC
ebbbs //)( rrRR
s
ebbbs
eb
s VrrR
rV

2,共射极放大电路的高频响应
② 高频响应
3.7.2 单级高频响应
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

由电路得
)/j(1 H
0
s
o
H ff
A
V
VA V
V

电压增益频响又其中
ebbbs
eb
cm0

rrR
rRgA
V?
RCf?2
1
H?
低频增益上限频率
2,共射极放大电路的高频响应
③ 增益 -带宽积
3.7.2 单级高频响应
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
BJT 一旦确定,带宽增益积基本为常数
# 如何提高带宽?
ebbbs
ebcm

rrR
rRg 1
])1([ cbcmeb CRgC?2
ebbbs
ebbbs )(



rrR
rrR
例题解,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 01k cbT0Cbbs CfIrR?
。? 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?
3,共基极放大电路的高频响应3.7.2 单级高频响应
① 高频等效电路
3,共基极放大电路的高频响应3.7.2 单级高频响应
sI? ebm?Vg?
)j/1//( ebeb
eb

Cr
V

② 高频响应列 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
3,共基极放大电路的高频响应3.7.2 单级高频响应
③ 几个上限频率的比较
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
3.7.4 多极放大电路的频率响应
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


n21 )j()j( 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 多极放大电路的频率响应
2,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)
则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时,
。 707.0 M1VA?
两级的增益为
。 5.0)7 0 7.0( M122M1 VV AA
即两级的带宽小于单级带宽
( 仿真 )
end