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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronic 放大放大电路的频率响应电路的频率响应 频率响应频率响应的有关概念的有关概念 放大放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。影响。由于由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。的存在，使放大倍数为频率的函数。在在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围
2、要求。计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。研究的问题研究的问题。超前，时；，当超前。超前，时；，当超前9000iooio UUUfUUUi.I.Ui.Uo.I.高高通电路通电路:信号信号频率越高，输出电压越接近输入电压。频率越高，输出电压越接近输入电压。高通电路和低通电路高通电路和低通电路 i Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后。滞后，时；，当滞后900iooio UUUfUU 使使输出电压幅值下降到输出电压幅值下降到70.7%，相位为，相位为 45的信号频率为截止频率。的信号频率为截止频率。低通电路低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。高
3、通电路和低通电路高通电路和低通电路 i 在在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。动态信号损失，放大能力下降。高通电路高通电路 低通电路低通电路 在在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率下限频率 上限频率上限频率 LHbwfff=结电容结电容 放大电路中的频率参数放大电路中的频
4、率参数 晶体管晶体管的高频等效电路的高频等效电路 考虑极间电容的作用考虑极间电容的作用 连接了输入回连接了输入回路和输出回路路和输出回路 混合混合模型的建立模型的建立 低频等效低频等效模型模型 等效变换后电流不变等效变换后电流不变 为什么为什么引入引入 gm?混合混合模型的单向化和简化模型的单向化和简化 Lmebceeb)(RgkXUkXUUICCC=1LmebRgXIUXCCC+=+=1Lm)(CRgC+1 CkkC1同理可得，同理可得，？为什么不考虑？为什么不考虑 C简化简化 混合混合模型模型的的单向化和简化单向化和简化 EQTebbb)(CCCIUrCr+=+=+=+=01可从手册查得、
5、可从手册查得、TEQebmebbmebmb UIrgrIgUgI=00？高频等效模型参数的获得高频等效模型参数的获得 混合混合模型模型的的单向化和简化单向化和简化 晶体管电流晶体管电流放大倍数放大倍数的的 频率响应频率响应 CEbc UII=Lm CCCRgk+=所以，因为+=所以，因为0)(21j1)(j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg+=+=+=为什么短路？为什么短路？适于频率从适于频率从0 0至无穷大的表达式至无穷大的表达式 =+=+=+=+=ffffff100tg)(j1 21；时，；时，0。，时，；时，-90 00fffff电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率
6、特性曲线 幅频特性曲线幅频特性曲线 相相频特性曲线频特性曲线 71.5 采用采用对数坐标系，横轴为对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位单位为“分贝”为“分贝”（dB），使得），使得“”“”“”。，lg 20lg f dBlg3220 注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差 20dB/十倍频十倍频 折线化近似画法折线化近似画法 电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图:采用采用对数坐标系对数坐标系 1 0TTffff=时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1+=+=。、)(obTCCfff共射截止频率共射截止频率 共基截止频率共基截止频率 特征频率特征
7、频率 集电结电容集电结电容 通过以上分析得出的结论通过以上分析得出的结论：高高频段（低频段）放大倍数的表达式频段（低频段）放大倍数的表达式；截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系；波特波特图折线画法及其误差图折线画法及其误差；C的求法。的求法。手册查得手册查得 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 电路电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流适，集电极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF，f=1MHz。试试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。个参数。ebmCQrgI、
8、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC=+=+讨论讨论 单管共射放大电路单管共射放大电路的中频段的中频段 适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路 中频段：中频段：C 短路，短路，开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响，开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C短路。短路。C单管共射放大电路的三个频段单管共射放大电路的三个频段 eboiebsisosmUUUUUUUUAu=)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu+=+=带负载时：带负载时：)(cmbeebisismoRgrrRRRAu+=+=空载时：空载时：e
9、bm rg0=beLc0isism rRRRRRAu）（+=）（+=中频电压放大倍数中频电压放大倍数 单管共射放大单管共射放大电路电路 低频段的频率响应低频段的频率响应 0U.oU.oI.o。超前，时，当超前。超前，时，当超前9000ooooooo UUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAu=Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs 定性分析定性分析 低频低频电压放大倍数电压放大倍数 )(j11 j1 j1LcsmLcLcLcLsmoLcLsmoooosoososlCRRARRRRRCRRARCRRAUUUUUUAuuuu+=+=+=)(cmbeebisismoRgrrRRRA
10、u=CRRfffffAffAAuuu)(j j)(jLcLLLsmLsmsl+=+=+=+=+=+=21111C所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs 定定量量分析分析 低频低频电压放大倍数电压放大倍数 +=+=+=+=)arctan(180)(lglglgLLsmslffffAAuu9012020202 CRRfffffAAuu)(j)j(LcLLLsmsl+=+=+=+=211=135 dBlg sL，下降时，下降时，320uAff)lg(lg LsmsLffAAffuu2020时，时，时，中频段中频段 20dB/十倍频十倍频 低频低频电压放大倍数
11、电压放大倍数 低频段频率响应分析低频段频率响应分析 单管共射放大单管共射放大电路电路 高频段的频率响应高频段的频率响应 0U.CIs.U.s。滞后，时，当，滞后。滞后，时，当，滞后)(ss900UUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，+=+=，+=+=Au.Uo.RLsURbe高频电压放大倍数的定性分析高频电压放大倍数的定性分析 )(sbbbebRRrrR+=+=)(21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu+=+=)(j j LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu
12、+=+=11b-e向左看的等效电阻：向左看的等效电阻：高频电压放大倍数的定性分析高频电压放大倍数的定性分析 )(jsbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu+=+=+=+=2111=-225 dBlg shH，下降时，下降时，320uAff=+=+=HHmsharctan180)(lglglgffffAAuu 21202020；下降倍，每增大时，；下降倍，每增大时，dBlg shH202010uAfff。，时，。，时，-270 0 sh uAf；时，；时，smshHlglg uuAAff2020 fL，则则 fbw fH fL fH Lm)(CRgCC+1Hsmbwsm fAfA
13、uu带宽增益积带宽增益积smLmHLmuARgfCRg)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu+=+=矛盾矛盾 当当提高增益时，带宽将变窄；提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。反之，增益降低，带宽将变宽。定性分析定性分析 带宽增益积带宽增益积 )(21sbbbebHCRRrrf+=)(21sbbbebHCRRrrf+=Lm)(CRgCC+1)(LcmbeebisismRRgrrRRRAu+=+=sbbHsm)(21CRrfAu+说明决定于说明决定于管子参数管子参数 约为常量约为常量 根据根据 定量定量分析分析 带宽增益积带宽增益积 若若rbeRb、Rs、sbbHm)(C
14、RrfAu+21 对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。约为常量约为常量 定量定量分析分析 带宽增益积带宽增益积 单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应 )()(LmgddsdsgdgsgsRgKCKKCCCKCC+=+=+=+=11 参参 数数 Rds/Rgs/Cgs/pF Cgd/pF Cds/pF 结结 型型 105 107 110 110 0.11 绝缘绝缘栅型栅型 104 109 110 110 0.11 单向
15、化并简化单向化并简化 由于由于rgs和和rds比外接电阻大得比外接电阻大得多多，故，故近近似分析似分析时可时可视视它们它们为为开路开路；由于由于输出回路输出回路的时间常数通常比输入回路的小得的时间常数通常比输入回路的小得多多，故故分析频率特性时可分析频率特性时可忽略忽略 的影响的影响。dsC单向化：单向化：场效应管的高频等效电路场效应管的高频等效电路 LmgsLdgsmio)(RgURRUgUUAum=CRRf)LdL+=+=(21gsgH21CRf=)j)(j(jHLLmffffffAAuu+=+=11单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应 多级放大电路的多级放大电路的频率响应
16、频率响应 一一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。6dB 3dB fL fH 0.643fH1 12140202020uuuuAAAAlglglglg=+=+=fL fL1，fH fH1，频带变窄！，频带变窄！多级放大电路频率响应的讨论多级放大电路频率响应的讨论 ),(bwbwHHLLnkffffffkkk=21 对于对于n级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、f
17、H，则，则 多级放大电路的频率响应与各级的关系多级放大电路的频率响应与各级的关系=nkknkkffff1212111111HHLL.=nkknkukuAA112020 lglg由于由于 求解求解使增益下降使增益下降3dB的频率，经修正，可得的频率，经修正，可得 1.1为修正系数为修正系数 多级放大电路的频率响应与各级的关系多级放大电路的频率响应与各级的关系 1.信号频率为信号频率为0时电压放大倍数的表达式？时电压放大倍数的表达式？2.若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？为什么影响低频特性为什么影响低频特性 有有多少个电容影响频率特性，放大倍数
18、表达式就应多少个电容影响频率特性，放大倍数表达式就应等于等于中频放大倍数中频放大倍数乘以多少个因子。乘以多少个因子。讨论讨论 时间常数分析：时间常数分析：所确定的截止频率。、分别考虑所确定的截止频率。、分别考虑e21 CCCC11CrRRR)(beb2b1s+=+=2Lc2)(CRR+=+=eb2b1sbeee)1(CRRRrR+=b2b1sbbeb)(CRRRrrC+=+=C2、Ce短路，短路，开路，求出开路，求出 CC1、Ce短路，短路，开路开路，求出，求出 CC1、C2短路，短路，开路，求出开路，求出 CC1、C2、Ce短路，求出短路，求出 无本质区别无本质区别 若电容值均相等，则若电容
19、值均相等，则e 1、2！+=+=HLeL2L1LeL2L1mj1j1j1j1jjjffffffffffffffAAuu21212121LHeLe2L21L1Cffff=，=，关于频率响应的讨论关于频率响应的讨论 1.该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路?2.耦合方式耦合方式?3.在在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移时，增益下降多少？附加相移？4.在在 f 105Hz 时，附加相移时，附加相移？5.画出相频特性曲线；画出相频特性曲线；6.fH？?=uA 已知某放大电路的幅频特性如图所示，已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：讨论下列问题：讨论一讨论一 讨论二：讨论二：两两级阻容耦合放大电路的频率响应级阻容耦合放大电路的频率响应