4.7 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應4.7.1 單時間常數單時間常數RC電路的頻率響應電路的頻率響應4.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數的高頻小信號模型及頻率參數4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應4.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應4.7.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。號頻率變化時的響應。預備知識預備知識4.7.1 單時間常數單時間常數RC電路的頻率響應電路的頻率響應1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數）：電路的電壓增益（傳遞函數）：則則11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應）（幅頻響應）電壓增益的相角電壓增益的相角)/(arctanHHff （相頻響應）（相頻響應）增益頻率函數增益頻率函數RC低通電路低通電路 20 lgAVH/dB 0.01fH 0 0.1fH -20 -40 -20dB/十倍頻程 fH 10fH 100fH f/Hz 3dB 中頻增益 帶寬 頻率響應曲線描述頻率響應曲線描述幅頻響應幅頻響應2HH)/(11ffAV 1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應時時，當當 Hff 時時，當當 Hff 時時，當當 Hff 1)/(112HHffAV707.0)/(112HHffAVffffAV/)/(11H2HH斜率為斜率為-20dB/十倍頻程，與零分貝線在十倍頻程，與零分貝線在f=fH處相交處相交頻率響應曲線描述頻率響應曲線描述相頻響應相頻響應1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應時時，當當 Hff 時時，當當 Hff 時時，當當 Hff )/(arctgHHff 0H 90H45H時時，當當 100.1 HHfff 十十倍倍頻頻程程的的直直線線斜斜率率為為/45 VVAVVAioio 表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差高頻時，輸出滯后輸入高頻時，輸出滯后輸入因為因為所以所以H0.01fH0o0.1fH-45 o-90 o-45o/十倍頻程fH10fH100fHf/Hz最大誤差最大誤差 -3dB頻率響應曲線描述頻率響應曲線描述幅頻響應幅頻響應2HH)/(11ffAV 1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 2. RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅頻響應幅頻響應2LL)/(11ffAV 相頻響應相頻響應)/(arctanLLff 輸出超前輸入輸出超前輸入RC高通電路高通電路 結論：結論：1、電路中的截止頻率取決于、電路中的截止頻率取決于 相關電容所在回路相關電容所在回路的時間常數的時間常數.2、當輸入信號的頻率等于上限頻率、當輸入信號的頻率等于上限頻率fH或下限頻或下限頻率率fL時，放大電路的增益比通帶增益下降時，放大電路的增益比通帶增益下降3dB，且在通帶相移的基礎上產生且在通帶相移的基礎上產生 或或 頻移。頻移。45454.7.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數的高頻小信號模型及頻率參數1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型模型的引出模型的引出 r rbebe-發(fā)射結電阻發(fā)射結電阻r re e歸算到基極回路的電阻歸算到基極回路的電阻 - -發(fā)射結電容發(fā)射結電容-集電結電阻集電結電阻rbc - -集電結電容集電結電容 Cbc r rbbbb - -基區(qū)的體電阻，基區(qū)的體電阻，bb是假想的基區(qū)內的一個點是假想的基區(qū)內的一個點互導互導CECEEBCEBCmVVvivig BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 簡化模型簡化模型混合混合 型高頻小信號模型型高頻小信號模型 cecbrr和和忽忽略略 1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型2. BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得高頻小信號模型中元件參數值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H H參數參數模型等價模型等價ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr又因為又因為ebbeb rIVbebmIVgTmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高頻小信號模型中元件參數值的獲得高頻小信號模型中元件參數值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H H參數參數模型等價模型等價低頻情況下的電低頻情況下的電流放大系數流放大系數特征頻率特征頻率3. BJT的頻率參數的頻率參數由由H參數可知參數可知CEBCfeViih 即即0bcce VII 根據混合根據混合 模型得模型得cbebebmc1/j CVVgI )j/1/()j/1/(cbebebbebCCrIV低頻時低頻時ebm0 rg 所以所以)(j1/jcbebebcbmbc CCrCgII 當當cbm Cg 時，時，ebcbeb0)(j1 rCC ebcbeb0)(j1 rCC 令令ebcbeb21 rCCf)( 的幅頻響應的幅頻響應201)/(ff 共發(fā)射極截止頻率共發(fā)射極截止頻率f特征頻率特征頻率Tfebmcbebm0T22 CgCCgff)( 3. BJT的頻率參數的頻率參數arctgff 的相頻響應的相頻響應ffj110Tfff 共基極截止頻率共基極截止頻率 f3. BJT的頻率參數的頻率參數f (1 0)f f fT ffjffjffj1)1 (1110000004.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路目標：斷開輸入輸出之間的連接目標：斷開輸入輸出之間的連接4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路對節(jié)點對節(jié)點 c 列列KCL得得0j )(cbeboLoebm CVVRVVg 由于輸出回路電流比較大，所由于輸出回路電流比較大，所以可以以可以cb C忽略忽略 的分流，得的分流，得ebLmo VRgVcboebj )( cb CVVIC 又又因因為為稱為稱為密勒電容密勒電容M1CcbLmebMj )1(1cb CRgIVZC 則則表示表示若用若用之間存在一個電容之間存在一個電容和和相當于相當于 e b M1,C cbLmM1)1( CRgC而輸入回路電流比較小，所以而輸入回路電流比較小，所以不能不能cb C忽略忽略 的電流。的電流。目標：斷開輸入輸出之間的連接目標：斷開輸入輸出之間的連接ZM4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應cbLmM1)1( CRgC同理，在同理，在c、e之間也可以求得之間也可以求得一個等效電容一個等效電容CM2，且，且cbM2 CC等效后斷開了輸入輸出之間的聯系等效后斷開了輸入輸出之間的聯系1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路ZM24.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgC由于輸出回路電流比較大，由于輸出回路電流比較大，所以可以忽略所以可以忽略CM2的影響。的影響。cbM2 CCM1M2CCM1ebCCC 4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應 型高頻等效電路型高頻等效電路目標：簡化和變換目標：簡化和變換cbLmM1)1( CRgCM1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV ebbbberrr Rcc+- -V0+- -gmVbeVbeVbeVbeVbesV eb Veb eb VCR+- -4.7.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應1. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率ebLmo VRgV由電路得由電路得soHVVVAS 電壓增益頻響電壓增益頻響其中其中RCf21H 中頻增益或通中頻增益或通帶源電壓增益帶源電壓增益上限頻率上限頻率sbebsbebbeebs/VrRRrRrrV RCjrRRrRrrRg 11bebsbebbeebLm/)/HMj(1ffAVS M1ebCCC ebbbbs rrRRR/)/(sebj11VRCV bebsbebbeebLmVSMrRRrRrrRgA/ bebsbebbeL0rRRrRrR/ 1. 高頻響應高頻響應高頻響應和上限頻率高頻響應和上限頻率RC低通電路低通電路)/HHj(11ffAV )/HMHVj(11ffAAVSS 共射放大電路共射放大電路頻率響應曲線變化趨勢相同頻率響應曲線變化趨勢相同 180 arctg(f/fH) 相頻響應相頻響應幅頻響應幅頻響應2HMHV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS 增益增益-帶寬積帶寬積RC21 BJT 一旦確定，一旦確定，增益帶寬積基本為常數增益帶寬積基本為常數1. 高頻響應高頻響應HVSMfA cbLmebsbbbebbebsbebbeebLm121CRgCRRrrrRRrRrrRg/ bebsbebbeebLmrRRrRrrRg/ 當當RbRs及及Rbrbe時，有時，有 cbLmebsbbLm12CRgCRrRg HVSMfA 例題例題 解：解：模型參數為模型參數為例例3.7.1 設共射放大電路在室溫下運行，其參數為：設共射放大電路在室溫下運行，其參數為：， 1ksR，pF5 . 000MHz41001mA100cbT0Cbb CfIr 。 k5cR負載開路，負載開路，Rb足夠大忽略不計。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。足夠大忽略不計。試計算它的低頻電壓增益和上限頻率。 mgTVIEmV26mA1 S 038. 0 ebrm0g S 038. 0001 k 6 . 2 ebCcbTm2 CfgpF 8 .14 M1Ccbcm)1( CRgpF 7 .96 VSMAcmRg ebbbseb rrRr51.133 Ceb CM1C pF 5111. 低頻電壓增益為低頻電壓增益為 R)(bbs rReb/ r k 77. 0又因為又因為所以上限頻率為所以上限頻率為 HfRC21MHz 85. 1 VSM20Alg51.133lg20 dB 5 .42 2. 低頻響應低頻響應低頻等效電路低頻等效電路2. 低頻響應低頻響應低頻等效電路低頻等效電路ee1RC，CeCb2 ceII Rb=（Rb1/Rb2）遠大于）遠大于iRiReb1eb11)1(CCCCC soVSLVVA )ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML besLVSMrRRA )(21bes1L1rRCf )(21Lcb2L2RRCf 中頻區(qū)中頻區(qū)(即通常內即通常內)源電壓增益源電壓增益當當則則下限頻率取決于下限頻率取決于L1f2. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應 Lcb2bes1besL1111RRCjrRCjrRR /L2L14 ff 當當)ffffAAVSVS/j(1/j(1 L2 L1ML 2. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應 下限頻率取決于下限頻率取決于L1f當當 時，時，L2L14 ff 相頻響應相頻響應 180 arctg( fL1 / f) 180arctg(fL1/f) 幅頻響應幅頻響應2L1MLV(1120 2020)/lg|lg|lgffAAVSS )ffAAVSVS/j(11 L1ML 2. 低頻響應低頻響應低頻響應低頻響應包含包含fL2的幅頻響應的幅頻響應4.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應1. 共基極放大電路的高頻響應共基極放大電路的高頻響應高頻等效電路高頻等效電路高頻響應高頻響應ebm2 CgTf 特征頻率特征頻率1. 共基極放大電路的高頻響應共基極放大電路的高頻響應 H2H1SMSHffffAAj1j1VV ebeesH1|21CrRRf cbLH221CRf eeseeLmSM|RrRRrRgAV 其中其中由于由于re很小很小由于由于Cb c很小，很小，fH2也很高。也很高。 ebeebeesH121|21CrCrRRf 4.7.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應2. 共集電極放大電路的上限頻率共集電極放大電路的上限頻率1. 多級放大電路的增益多級放大電路的增益)j ()j ()j (io VVAV )j ()j ()j ()j ()j ()j (-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j ()j ()j (21 VnVVAAA 系統增益是各級電壓增益的乘積系統增益是各級電壓增益的乘積 前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗 下級的輸入阻抗是前級的負載下級的輸入阻抗是前級的負載4.7.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應2. 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 多級放大電多級放大電路的通頻帶比路的通頻帶比它的任何一級它的任何一級都窄。都窄。（以兩級為例）（以兩級為例）則單級的上下限頻率處的增益為則單級的上下限頻率處的增益為當兩級增益和頻帶均相同時，當兩級增益和頻帶均相同時，。 707. 0M1VA兩級的增益為兩級的增益為。 5 . 0)707. 0(M122M1VVAA 即兩級的帶寬小于單級帶寬。即兩級的帶寬小于單級帶寬。4.7.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應end