4.1 頻率特性概述頻率特性概述 受電抗元件受電抗元件(電容、電感電容、電感)和晶體管極間電容的影響，輸入信號(hào)和晶體管極間電容的影響，輸入信號(hào)頻率過(guò)低或過(guò)高時(shí)，放大電路的增益和相位都會(huì)改變，即增益和相頻率過(guò)低或過(guò)高時(shí)，放大電路的增益和相位都會(huì)改變，即增益和相位是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱為位是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱為頻率響應(yīng)特性或或頻率特性。小信號(hào)放大電路小信號(hào)放大電路 線性時(shí)不變系統(tǒng)線性時(shí)不變系統(tǒng) 耦合電容耦合電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成了對(duì)信號(hào)構(gòu)成了高通電路高通電路；極間電容極間電容對(duì)信號(hào)構(gòu)成對(duì)信號(hào)構(gòu)成了了低通電路低通電路。一般采用一般采用分頻段分析法分頻段分析法 中頻段中頻段:Av 高頻段高頻段:fH 低頻段低頻段:fL4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念一、一、幅度失真幅度失真和和相位失真相位失真n幅度失真幅度失真：放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的增益不同，使輸出波形放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的增益不同，使輸出波形 產(chǎn)生的失真。產(chǎn)生的失真。由于由于電抗元件電抗元件的存在，放大電路對(duì)信號(hào)中的各頻率分量有不的存在，放大電路對(duì)信號(hào)中的各頻率分量有不同的增益和相移，使放大后的信號(hào)產(chǎn)生失真。這種失真稱為頻率同的增益和相移，使放大后的信號(hào)產(chǎn)生失真。這種失真稱為頻率失真，包括幅度失真和相位失真。失真，包括幅度失真和相位失真。幅度失真 n相位失真相位失真：放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的相移不同，使輸出波形放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的相移不同，使輸出波形 產(chǎn)生的失真。產(chǎn)生的失真。4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念n線性失真線性失真:由電路中惰性元件由電路中惰性元件(電感、電容電感、電容)引起的失真。引起的失真。n非線性失真非線性失真:由電路中晶體管的非線性引起的失真。由電路中晶體管的非線性引起的失真。n頻率成分沒變頻率成分沒變,僅相對(duì)大小及位移發(fā)生了改變。僅相對(duì)大小及位移發(fā)生了改變。n幅度失真：幅度失真：不同頻率成分信號(hào)的增益不同。不同頻率成分信號(hào)的增益不同。n相位失真相位失真：不同頻率成分信號(hào)的相移不同。不同頻率成分信號(hào)的相移不同。n單一頻率正弦信號(hào)幅度過(guò)大時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)或單一頻率正弦信號(hào)幅度過(guò)大時(shí)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，使輸出信號(hào)產(chǎn)生削波失真。通過(guò)傅立葉分析截止區(qū)，使輸出信號(hào)產(chǎn)生削波失真。通過(guò)傅立葉分析可知，輸出產(chǎn)生新的頻率成分。可知，輸出產(chǎn)生新的頻率成分。4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念二、幅頻特性和相頻特性二、幅頻特性和相頻特性將放大電路看作信號(hào)線性傳輸系統(tǒng)，將放大電路看作信號(hào)線性傳輸系統(tǒng)，則則傳輸函數(shù)傳輸函數(shù)：其中，其中，X(s)、Y(s)分分別別是是輸輸入、入、輸輸出信號(hào)的出信號(hào)的拉普拉斯拉普拉斯變換變換.sigma phi 當(dāng)當(dāng)s=j 時(shí)，時(shí)，H(j)是系是系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)正弦正弦頻頻率響率響應(yīng)應(yīng)函數(shù)函數(shù)，對(duì)于放大電路，對(duì)于放大電路.其中，其中，|A()|稱為系統(tǒng)的幅度頻率響應(yīng)函數(shù)或稱為系統(tǒng)的幅度頻率響應(yīng)函數(shù)或幅頻特性幅頻特性 ()稱為系統(tǒng)的相位頻率響應(yīng)函數(shù)或稱為系統(tǒng)的相位頻率響應(yīng)函數(shù)或相頻特性相頻特性.衰減因子 角頻率暫態(tài)響應(yīng)+穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng) j sigma4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念三、工作頻段、截止頻率、通頻帶三、工作頻段、截止頻率、通頻帶通頻帶通頻帶 BW=fH-fL3dB頻率點(diǎn)(半功率點(diǎn))phi 4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念四、傳輸函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)概念四、傳輸函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)概念tau phi 將分子、分母多項(xiàng)式分別求根，可得將分子、分母多項(xiàng)式分別求根，可得對(duì)于穩(wěn)定工作的放大電路對(duì)于穩(wěn)定工作的放大電路,傳輸函數(shù)的零、極點(diǎn)有如下特點(diǎn)傳輸函數(shù)的零、極點(diǎn)有如下特點(diǎn):n零點(diǎn)個(gè)數(shù)零點(diǎn)個(gè)數(shù) m 極點(diǎn)個(gè)數(shù)極點(diǎn)個(gè)數(shù) nn極點(diǎn)值極點(diǎn)值:負(fù)實(shí)數(shù)、實(shí)部為負(fù)值的共軛復(fù)數(shù)對(duì)負(fù)實(shí)數(shù)、實(shí)部為負(fù)值的共軛復(fù)數(shù)對(duì) 在復(fù)數(shù)頻率在復(fù)數(shù)頻率s域中，傳輸函數(shù)的一般表達(dá)式域中，傳輸函數(shù)的一般表達(dá)式傳輸函數(shù)的零點(diǎn)傳輸函數(shù)的零點(diǎn)傳輸函數(shù)的極點(diǎn)傳輸函數(shù)的極點(diǎn)標(biāo)尺因子標(biāo)尺因子4.1.1 頻率特性的基本概念頻率特性的基本概念令令s=j ,pi=pi,zi=zi,則則其中：激勵(lì)源為角頻率其中：激勵(lì)源為角頻率 的的正弦信號(hào)正弦信號(hào) A()為為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) pi 為極點(diǎn)的角頻率為極點(diǎn)的角頻率 zi 為零點(diǎn)的角頻率為零點(diǎn)的角頻率.根據(jù)根據(jù)A()可得到可得到幅頻響應(yīng)函數(shù)幅頻響應(yīng)函數(shù)|A()|和和相頻響應(yīng)函數(shù)相頻響應(yīng)函數(shù)()。.phi4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法n一般采用分頻段分析法一般采用分頻段分析法n中頻段中頻段 計(jì)算計(jì)算 Av、Ri、Ron高頻段高頻段 計(jì)算計(jì)算 fHn低頻段低頻段 計(jì)算計(jì)算 fL4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法一、波特圖一、波特圖 已知傳輸函的數(shù)零、極點(diǎn)，可用折線近似描述頻率響應(yīng)已知傳輸函的數(shù)零、極點(diǎn)，可用折線近似描述頻率響應(yīng)特性。若特性。若頻率坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度，幅值或相角采用線性刻度頻率坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度，幅值或相角采用線性刻度，這種特性曲線稱為這種特性曲線稱為波特圖波特圖。波特圖是一種。波特圖是一種對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線圖對(duì)數(shù)坐標(biāo)曲線圖。作圖標(biāo)準(zhǔn)式作圖標(biāo)準(zhǔn)式幅頻特性幅頻特性4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法n相頻特性相頻特性相頻特性的波特圖為各因子波特圖的疊加相頻特性的波特圖為各因子波特圖的疊加.因此，只要分別畫出各因子的波特圖，再把它們相加即因此，只要分別畫出各因子的波特圖，再把它們相加即可得到系統(tǒng)的總波特圖?？傻玫较到y(tǒng)的總波特圖。n幅頻特性幅頻特性幅頻特性的波特圖為各因子波特圖的疊加幅頻特性的波特圖為各因子波特圖的疊加.4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法n一階極點(diǎn)因子的幅頻特性一階極點(diǎn)因子的幅頻特性n一階極點(diǎn)因子的相頻特性一階極點(diǎn)因子的相頻特性極點(diǎn)因子極點(diǎn)因子4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法n一階幅頻因子項(xiàng)的波特圖一階幅頻因子項(xiàng)的波特圖n一階相頻因子項(xiàng)的波特圖一階相頻因子項(xiàng)的波特圖零點(diǎn)因子零點(diǎn)因子應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 試畫出其頻率響應(yīng)波特圖試畫出其頻率響應(yīng)波特圖.例例 設(shè)二階低通系統(tǒng)的電壓傳輸函數(shù)為設(shè)二階低通系統(tǒng)的電壓傳輸函數(shù)為解解:(1)計(jì)算系統(tǒng)的極、零點(diǎn)。計(jì)算系統(tǒng)的極、零點(diǎn)。令令S=j,系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性為系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性為 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 解解:零點(diǎn)數(shù)小于極點(diǎn)數(shù)，極點(diǎn)和零點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)。零點(diǎn)數(shù)小于極點(diǎn)數(shù)，極點(diǎn)和零點(diǎn)均為負(fù)實(shí)數(shù)。中頻增益：中頻增益：極點(diǎn)：極點(diǎn)：零點(diǎn)：零點(diǎn)：應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2)畫二階一零系統(tǒng)的波特圖畫二階一零系統(tǒng)的波特圖 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2)畫二階一零系統(tǒng)的波特圖畫二階一零系統(tǒng)的波特圖 4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式n實(shí)常數(shù)情況實(shí)常數(shù)情況(C為常數(shù))4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式n虛函數(shù)情況虛函數(shù)情況4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式n低通濾波電路低通濾波電路 RC低通電路低通電路其中其中 稱為其極點(diǎn)頻率。稱為其極點(diǎn)頻率。幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 phi 4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法RC低通電路的頻率特性曲線低通電路的頻率特性曲線可做出可做出RC低通電路的近似頻率特性曲線：低通電路的近似頻率特性曲線：4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式二、幾種典型電路波特圖的標(biāo)準(zhǔn)式n高通濾波電路高通濾波電路phi 其中其中幅頻特性：幅頻特性：相頻特性：相頻特性：RC高通電路高通電路phi 4.1.2 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法RC高通電路的頻率特性曲線高通電路的頻率特性曲線由公式可做出由公式可做出RC高通電路的近似頻率特性曲線：高通電路的近似頻率特性曲線：應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例 試?yán)L出下列傳輸函數(shù)的波特圖。試?yán)L出下列傳輸函數(shù)的波特圖。解：解：實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)低通低通 fH高通高通 fL應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例fHfL4.1.3 多級(jí)放大電路的頻率特性多級(jí)放大電路的頻率特性n多級(jí)放大電路的幅頻特性和相頻特性多級(jí)放大電路的幅頻特性和相頻特性 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路的幅的幅頻頻特性特性為為各各單級(jí)單級(jí)電路電路的幅的幅頻頻特性之特性之積積(分分貝貝數(shù)之和數(shù)之和),),相相頻頻特性特性為為各各單級(jí)單級(jí)電路電路的的相相頻頻特性之特性之和和。phi 4.1.3 多級(jí)放大電路的頻率特性多級(jí)放大電路的頻率特性n多級(jí)放大電路的截止頻率和通頻帶多級(jí)放大電路的截止頻率和通頻帶設(shè)各級(jí)上限截止頻率為設(shè)各級(jí)上限截止頻率為:fH1、fH2、fHn，則，則幅頻特性幅頻特性 上限截止頻率上限截止頻率 高頻段頻響函數(shù)高頻段頻響函數(shù)4.1.3 多級(jí)放大電路的頻率特性多級(jí)放大電路的頻率特性設(shè)各級(jí)下限截止頻率為設(shè)各級(jí)下限截止頻率為:fL1、fL2、fLm，則，則幅頻特性幅頻特性 下限截止頻率下限截止頻率 對(duì)于多級(jí)放大電路對(duì)于多級(jí)放大電路:級(jí)數(shù)越多級(jí)數(shù)越多,增益越高增益越高,通頻帶越窄通頻帶越窄.低頻段頻響函數(shù)低頻段頻響函數(shù)n多級(jí)放大電路的截止頻率和通頻帶多級(jí)放大電路的截止頻率和通頻帶應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例 由共射放大電路組成的三級(jí)放大電路，其電壓增益的幅頻特性由共射放大電路組成的三級(jí)放大電路，其電壓增益的幅頻特性 如下圖所示。試求：如下圖所示。試求：（1）下限截止頻率）下限截止頻率fL=？上限截止頻率上限截止頻率fH=？通頻帶通頻帶BW=？（2）中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù)Avm=?（3）全頻段電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式全頻段電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例 某某放大電路的電壓增益表達(dá)式為放大電路的電壓增益表達(dá)式為(1)求該電路的中頻電壓增益求該電路的中頻電壓增益；(2)求求f=105Hz時(shí)，電路的附加相移時(shí)，電路的附加相移；180(3)根據(jù)根據(jù) 的表達(dá)式，求該電路的上限截止頻率的表達(dá)式，求該電路的上限截止頻率fH？(4)用該電路做基本放大電路構(gòu)成負(fù)反饋放大電路是否有可能產(chǎn)生高用該電路做基本放大電路構(gòu)成負(fù)反饋放大電路是否有可能產(chǎn)生高頻自激振蕩？頻自激振蕩？為什么？為什么？應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例例 已知某放大電路電壓增益的對(duì)數(shù)幅頻特性如下所示，該放大已知某放大電路電壓增益的對(duì)數(shù)幅頻特性如下所示，該放大 電路有幾個(gè)極點(diǎn)？位于什么頻率？電路有幾個(gè)極點(diǎn)？位于什么頻率？應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例多級(jí)放大電路的電壓增益函數(shù)為多級(jí)放大電路的電壓增益函數(shù)為(1)求該放大電路的中頻電壓增益求該放大電路的中頻電壓增益Av0。(2)該電路有幾個(gè)極點(diǎn)？各極點(diǎn)的頻率值為多少？求上截止頻率該電路有幾個(gè)極點(diǎn)？各極點(diǎn)的頻率值為多少？求上截止頻率fH。(3)畫出該電路的波特圖。畫出該電路的波特圖。解解:(1)求電路的求電路的中頻增益中頻增益和極點(diǎn)值和極點(diǎn)值中頻增益中頻增益電路有三個(gè)極點(diǎn)，頻率值分別為電路有三個(gè)極點(diǎn)，頻率值分別為15.9kHz、159kHz、1.59MHz。存在主極點(diǎn)，電路的上限截止頻率存在主極點(diǎn)，電路的上限截止頻率fH=15.9kHz應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2)畫電路的波特圖畫電路的波特圖應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2011年試題)【例】某放大電路開環(huán)的幅頻特性波特圖如圖所示。根據(jù)波特圖：【例】某放大電路開環(huán)的幅頻特性波特圖如圖所示。根據(jù)波特圖：(1)說(shuō)明極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置（說(shuō)明極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置（4分）；分）；(2)該電路的上限截止頻率和下限截止頻率各為多少？（該電路的上限截止頻率和下限截止頻率各為多少？（4分）；分）；(3)若若加加入入負(fù)負(fù)反反饋饋，為為保保證證不不自自激激(相相位位裕裕度度為為0)，應(yīng)應(yīng)不不小小于于多多少少分分貝貝？(2分分)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2011年試題)【例】某多級(jí)放大電路的幅頻特性曲線如圖所示，根據(jù)波特圖求：【例】某多級(jí)放大電路的幅頻特性曲線如圖所示，根據(jù)波特圖求：(1)中頻放大倍數(shù)。（中頻放大倍數(shù)。（3分）分）(2)指出組成此電路的各單級(jí)放大電路極點(diǎn)位置及個(gè)數(shù)。（指出組成此電路的各單級(jí)放大電路極點(diǎn)位置及個(gè)數(shù)。（6分）分）(3)求此多級(jí)放大電路的下限截止頻率和上限截止頻率。（求此多級(jí)放大電路的下限截止頻率和上限截止頻率。（4分）分）(4)求放大電路的通頻帶。（求放大電路的通頻帶。（3分）分）應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2010年試題)【例】【例】某二級(jí)放大電路的幅頻特性波特圖如圖所示。根據(jù)波特圖某二級(jí)放大電路的幅頻特性波特圖如圖所示。根據(jù)波特圖:(1)說(shuō)明各極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置。（說(shuō)明各極點(diǎn)和零點(diǎn)的位置。（4分）分）(2)計(jì)算上限截止頻率和下限截止頻率。計(jì)算上限截止頻率和下限截止頻率。（4分）分）(3)寫出該波特圖對(duì)應(yīng)的正弦穩(wěn)態(tài)傳遞函數(shù)。寫出該波特圖對(duì)應(yīng)的正弦穩(wěn)態(tài)傳遞函數(shù)。（2分）分）4.2 晶體管結(jié)電容對(duì)放大電路高頻特性的影響晶體管結(jié)電容對(duì)放大電路高頻特性的影響4.2.1 雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型一、高頻小信號(hào)模型一、高頻小信號(hào)模型雙極型晶體管的混合雙極型晶體管的混合 模型模型以勢(shì)壘電容為主，約以勢(shì)壘電容為主，約2 10pF 以擴(kuò)散電容為主，約幾十以擴(kuò)散電容為主，約幾十 幾百幾百pF 4.2.1 雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型一、高頻小信號(hào)模型一、高頻小信號(hào)模型忽略忽略rce和和rb c的影響的影響 Cbc 跨接在輸入與輸出回路之跨接在輸入與輸出回路之間間,不利于計(jì)算，可采用不利于計(jì)算，可采用密勒定理密勒定理將將Cbc等效到輸入回路和輸出回路等效到輸入回路和輸出回路端，這種方法叫單向化。端，這種方法叫單向化。密勒定理密勒定理 密勒定理密勒定理 給出了網(wǎng)絡(luò)的一種等效變換關(guān)系，它可以給出了網(wǎng)絡(luò)的一種等效變換關(guān)系，它可以將將跨接跨接在輸入端與輸出端在輸入端與輸出端之間的阻抗，分別等效為之間的阻抗，分別等效為并接并接到輸入端與輸出端的到輸入端與輸出端的阻抗。阻抗。單管共射電路的高頻微變等效電路密勒定理的內(nèi)容密勒定理的內(nèi)容 當(dāng)系統(tǒng)的輸入、輸出端之間當(dāng)系統(tǒng)的輸入、輸出端之間跨接有阻抗跨接有阻抗Z 時(shí)，可用時(shí)，可用密勒定理密勒定理將將Z 的作用分別等效到輸入、輸?shù)淖饔梅謩e等效到輸入、輸出回路中，表現(xiàn)為出回路中，表現(xiàn)為Z1、Z2。等效的條件：等效前后輸入等效的條件：等效前后輸入端節(jié)點(diǎn)和輸出端節(jié)點(diǎn)的流入、流端節(jié)點(diǎn)和輸出端節(jié)點(diǎn)的流入、流出電流不變，輸入端和輸出端的出電流不變，輸入端和輸出端的端口電壓不變。端口電壓不變。12124.2.1 雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)n對(duì)于混合對(duì)于混合 模型模型中頻和低頻段中頻和低頻段基本為常數(shù)基本為常數(shù)高頻段高頻段其中其中：4.2.1 雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型雙極型晶體管的高頻小信號(hào)模型晶體管的共射組態(tài)晶體管的共射組態(tài)：當(dāng)當(dāng) f=f 時(shí)時(shí)：當(dāng)當(dāng) f=fT時(shí)，時(shí)，其中其中：晶體管的共基組態(tài)晶體管的共基組態(tài)：其中其中：因此因此，共基極組態(tài)的頻率特性較好共基極組態(tài)的頻率特性較好.當(dāng)當(dāng) f=f 時(shí)時(shí)：晶體管的頻率參數(shù)：晶體管的頻率參數(shù)：4.2.2 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高頻小信號(hào)模型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高頻小信號(hào)模型MOS管微變信號(hào)模型管微變信號(hào)模型(襯源短接襯源短接)與雙極型晶體管類似，為表征管的高頻放大能力，定義與雙極型晶體管類似，為表征管的高頻放大能力，定義MOS管的管的特征頻率特征頻率fT.4.2.2 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高頻小信號(hào)模型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的高頻小信號(hào)模型(a)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)模型 (b)單向化密勒等效電路模型4.3 雙極型晶體管放大電路的頻率特性雙極型晶體管放大電路的頻率特性 晶體管參數(shù)晶體管參數(shù)(rbb、Cbc、fT)、工作組態(tài)、負(fù)載電阻、工作組態(tài)、負(fù)載電阻RL、信、信號(hào)源內(nèi)阻號(hào)源內(nèi)阻RS影響電路的高頻特性；耦合電容或旁路電容影響電影響電路的高頻特性；耦合電容或旁路電容影響電路的低頻特性。路的低頻特性。單管共射放大電路單管共射放大電路4.3.1 單管共射放大電路的高頻特性單管共射放大電路的高頻特性 單管共射放大電路的高頻等效電路單管共射放大電路的高頻等效電路單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路小信號(hào)高頻等效電路小信號(hào)高頻等效電路 在高頻等效電路中，在高頻等效電路中，接于輸入和輸接于輸入和輸出之間出之間,形成形成內(nèi)部反饋內(nèi)部反饋.一、共射放大電路的單向化等效電路一、共射放大電路的單向化等效電路已知：已知：根據(jù)密勒定理：根據(jù)密勒定理：則等效到輸入和輸出端的電容：則等效到輸入和輸出端的電容：一、共射放大電路的單向化等效電路一、共射放大電路的單向化等效電路由由得：得：一、共射放大電路的單向化等效電路一、共射放大電路的單向化等效電路由戴維南定理：由戴維南定理：RB的值相對(duì)較大的值相對(duì)較大,可忽略可忽略.忽略RB二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性例：?jiǎn)喂芄采浞糯箅娐啡缦拢渲欣簡(jiǎn)喂芄采浞糯箅娐啡缦?，其中VCC=5V，RB=344k，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶體管。晶體管T(硅管硅管)參數(shù)為：參數(shù)為：rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300MHz，Cbc=4pF。CB、CC為耦合電容。試分析電路為耦合電容。試分析電路的高頻段源電壓增益函數(shù)的高頻段源電壓增益函數(shù) 及其上截止頻率及其上截止頻率fH。二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性解解:(1)估算直流工作點(diǎn)估算直流工作點(diǎn)(2)估算管混合估算管混合參數(shù)參數(shù) 書82頁(yè)二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性在中頻段在中頻段 在高頻段在高頻段 719.5189.6pF(3)估算估算 及其上截止頻率及其上截止頻率 (忽略忽略RB的作用的作用)二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性719.5189.6pF(3)求高頻段源電壓增益函數(shù)求高頻段源電壓增益函數(shù) 二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性 輸入回路中密勒電容輸入回路中密勒電容CM的數(shù)值相對(duì)較大，的數(shù)值相對(duì)較大，fHi是傳輸函數(shù)的是傳輸函數(shù)的主極點(diǎn)主極點(diǎn)頻率，電路的高頻特性主要由放大電路的頻率，電路的高頻特性主要由放大電路的輸入回路決定輸入回路決定，上限截止頻率上限截止頻率fH fHi=1.167MHz。(4)求上限截止頻率求上限截止頻率 二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性(5)估算估算 及其上限截止頻率及其上限截止頻率 95.4189.6pF由戴維南定理：由戴維南定理：二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性 通過(guò)分析表明，信號(hào)源內(nèi)阻通過(guò)分析表明，信號(hào)源內(nèi)阻RS趨于零時(shí)共射放大電路的上限趨于零時(shí)共射放大電路的上限截止頻率截止頻率fH 7.767MHz。95.4189.6pF(5)估算估算 及其上截止頻率及其上截止頻率 Rs對(duì)上限截止頻率的影響對(duì)上限截止頻率的影響1k 100 2.08k16.4pF4pF173.2pF計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真nRS對(duì)上限截止頻率的影響對(duì)上限截止頻率的影響計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真nrbb對(duì)上限截止頻率的影響對(duì)上限截止頻率的影響計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真nRL對(duì)上限截止頻率的影響對(duì)上限截止頻率的影響二、單管共射放大電路的高頻特性二、單管共射放大電路的高頻特性n選擇選擇rbb小、小、Cbc小、小、fT高的晶體管。高的晶體管。n減小信號(hào)源內(nèi)阻減小信號(hào)源內(nèi)阻RS，使信號(hào)源呈電壓源的形式。，使信號(hào)源呈電壓源的形式。n減小負(fù)載電阻及管的直流工作點(diǎn)電流，以使減小負(fù)載電阻及管的直流工作點(diǎn)電流，以使Cbc的密勒電的密勒電容隨之減小，但這也會(huì)導(dǎo)致電路的中頻增益的減小。容隨之減小，但這也會(huì)導(dǎo)致電路的中頻增益的減小。綜合上述分析，單管共射電路的高頻特性主要取決于綜合上述分析，單管共射電路的高頻特性主要取決于輸入回路輸入回路。為提高電壓增益的上限截止頻率，應(yīng)為提高電壓增益的上限截止頻率，應(yīng)減小輸入回路的時(shí)間常數(shù)減小輸入回路的時(shí)間常數(shù)，采，采用如下措施：用如下措施：三、增益帶寬積三、增益帶寬積(GBW)放大電路的放大電路的中頻電壓增益中頻電壓增益與與帶寬帶寬的乘積。的乘積。當(dāng)晶體管的參數(shù)（當(dāng)晶體管的參數(shù)（rbb、Cbc、fT）和信號(hào)源內(nèi)阻）和信號(hào)源內(nèi)阻 RS 確定確定后，后，增益帶寬乘積基本為一常數(shù)增益帶寬乘積基本為一常數(shù)，隨，隨gm、RL改變而變化的程改變而變化的程度很小。度很小。總結(jié)：上限截止頻率的求法總結(jié)：上限截止頻率的求法(1)畫出小信號(hào)高頻等效電路。畫出小信號(hào)高頻等效電路。(2)利用利用密勒定理密勒定理將跨接在輸將跨接在輸入和輸出回路間的阻抗入和輸出回路間的阻抗Z 分別分別等效到輸入、輸出回路中。等效到輸入、輸出回路中。(3)利用利用RC時(shí)間常數(shù)法分別求時(shí)間常數(shù)法分別求輸入、輸出回路的截止頻率。輸入、輸出回路的截止頻率。(4)求整個(gè)電路的截止頻率求整個(gè)電路的截止頻率4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性 受密勒效應(yīng)的影響，受密勒效應(yīng)的影響，共射電路共射電路的帶寬較窄。若要提高帶寬，的帶寬較窄。若要提高帶寬，就必須設(shè)法減小或者消除密勒效應(yīng)。就必須設(shè)法減小或者消除密勒效應(yīng)。單管共射電路的高頻等效電路單管共射電路的高頻等效電路 共基電路共基電路和和共集電路共集電路在結(jié)構(gòu)上滿足上述要求，因而具有非在結(jié)構(gòu)上滿足上述要求，因而具有非常高的帶寬，在高頻放大電路中經(jīng)常使用。常高的帶寬，在高頻放大電路中經(jīng)常使用。4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性n共基共基放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性n共基放大電路高頻特性的定性分析共基放大電路高頻特性的定性分析輸入回路：輸入回路：n不存在不存在Cbc的密勒電容的密勒電容n由于由于re較小，使得等效電阻較小，使得等效電阻Rs的的阻值較小阻值較小n輸入回路時(shí)間常數(shù)輸入回路時(shí)間常數(shù) I 遠(yuǎn)小于共射遠(yuǎn)小于共射組態(tài)電路組態(tài)電路輸出回路：輸出回路：n等效電容為等效電容為Cbc因此，電路的高頻特性好。因此，電路的高頻特性好。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例：?jiǎn)喂芄不糯箅娐返慕涣魍啡鐖D所示，例：?jiǎn)喂芄不糯箅娐返慕涣魍啡鐖D所示，RC=2k ，RL=2.5k ，RS=1k 。晶體管。晶體管T(硅管硅管)參數(shù)為：參數(shù)為：rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，直流工作點(diǎn)，直流工作點(diǎn)(ICQ=1 mA,VCEQ=3V)。試分。試分析電路的源電壓增益函數(shù)和上截止頻率析電路的源電壓增益函數(shù)和上截止頻率fH。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例解解:電路的源電壓增益電路的源電壓增益 輸入回路中電阻、電容值輸入回路中電阻、電容值均較小，使得均較小，使得 fHi 甚至高于甚至高于 fT(fT=300 MHz)，電路的高頻特，電路的高頻特性主要受性主要受輸出回路制約輸出回路制約，上限，上限截止頻率截止頻率 fH fHo=36.172 MHz。4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性n共集共集放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)交流通路交流通路共集放大電路共集放大電路4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性n共集共集放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)放大電路的高頻等效電路的推導(dǎo)微變等效電路微變等效電路交流通路交流通路偏置電阻偏置電阻RB的數(shù)值遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻的數(shù)值遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻Rs，分析時(shí)可以忽略。分析時(shí)可以忽略。4.3.2 單管共基和共集放大電路的高頻特性單管共基和共集放大電路的高頻特性微變等效電路微變等效電路密勒等效電容密勒等效電容n共集放大電路高頻特性的定性分析共集放大電路高頻特性的定性分析 輸入回路中的密勒等效輸入回路中的密勒等效電容很小，電路的上限截止電容很小，電路的上限截止頻率較高。若頻率較高。若Rs和和rbb 足夠小，足夠小，負(fù)載電阻負(fù)載電阻R L足夠大，則足夠大，則 fH .應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例例：?jiǎn)喂芄布糯箅娐啡鐖D所示，例：?jiǎn)喂芄布糯箅娐啡鐖D所示，RE=3k ，RC=2k ，RL=60k ，RB=3k ，VCC=5V，ICQ 1mA，硅管，硅管rbb=100 ，0=80，VA=100V，fT=300 MHz，Cbc=4 pF，試計(jì)算，試計(jì)算RS為為1k 和和100 時(shí)的時(shí)的源電壓增益及上截止頻率源電壓增益及上截止頻率fH。RS為為100 時(shí)時(shí)RS為為1k 時(shí)時(shí) f 的單位的單位:MHz4.3.3 放大電路的低頻特性放大電路的低頻特性 耦合電容的目的是通交流隔直流，避免前后放大級(jí)的直耦合電容的目的是通交流隔直流，避免前后放大級(jí)的直流工作點(diǎn)相互影響，同時(shí)耦合交流信號(hào)；而旁路電容的目的流工作點(diǎn)相互影響，同時(shí)耦合交流信號(hào)；而旁路電容的目的是使偏置電阻不致降低電路的中、高頻增益。是使偏置電阻不致降低電路的中、高頻增益。共集放大電路共集放大電路低頻交流通路低頻交流通路4.3.3 放大電路的低頻特性放大電路的低頻特性4.3.3 放大電路的低頻特性放大電路的低頻特性4.3.3 放大電路的低頻特性放大電路的低頻特性當(dāng)當(dāng)CE很大時(shí)，可忽略很大時(shí)，可忽略CC，只考慮只考慮CB、CE對(duì)低頻特性的影響。對(duì)低頻特性的影響。4.4 場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性MOS管的微變信號(hào)模型管的微變信號(hào)模型 模電討論群：5611 25774.4 場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS共源放大電路共源放大電路n單管共源放大電路及其等效電路單管共源放大電路及其等效電路共源放大電路的交流等效電路共源放大電路的交流等效電路 工程計(jì)算時(shí)可將工程計(jì)算時(shí)可將rgs、rds視為開路，將跨接在視為開路，將跨接在gd之間的電之間的電容容Cgd進(jìn)行密勒等效變換，折合到輸入回路和輸出回路，使進(jìn)行密勒等效變換，折合到輸入回路和輸出回路，使電路單向化。電路單向化。4.4 場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性在高頻段在高頻段耦合電容耦合電容CD視為短路視為短路4.4 場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的頻率特性在低頻段在低頻段單管共源放大電路的全頻段波特圖 僅考慮耦合電容僅考慮耦合電容CD的影響的影響應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2011年試題)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例【例】【例】FET共源放大電路如圖（共源放大電路如圖（a）所示，其經(jīng)密勒效應(yīng)等效后的微變所示，其經(jīng)密勒效應(yīng)等效后的微變等效電路見圖（等效電路見圖（b）。）。根據(jù)輸出、輸入回路的時(shí)間常數(shù)，計(jì)算該電路源根據(jù)輸出、輸入回路的時(shí)間常數(shù)，計(jì)算該電路源電壓增益的上限截止頻率電壓增益的上限截止頻率。(2010年試題)應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例共源型放大電路如圖，設(shè)厄爾利電壓趨于無(wú)窮，共源型放大電路如圖，設(shè)厄爾利電壓趨于無(wú)窮，gm=0.5mS，Cgs=3pF，Cgd=5pF，RS=1k，RG1=300k，RG2=100k，RG3=1M，RD=RL=R1=20k。電容。電容C1、C2、C3可認(rèn)為交流短路可認(rèn)為交流短路。(1)畫出電路的高頻微變等效電路。畫出電路的高頻微變等效電路。(2)求中頻源電壓增益、輸入和輸求中頻源電壓增益、輸入和輸 出電阻。出電阻。(3)計(jì)算電路源電壓增益的上截止計(jì)算電路源電壓增益的上截止 頻率頻率fH 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例(2011年試題)作業(yè)題：4.1.3 4.1.4 4.3.1思考題：4.1.1 4.1.7 4.4.2