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1、会计学1模电康华光模电康华光(hu un)著第六著第六第一页，共75页。2华中科技大学 张林电子技术电子技术(jsh)(jsh)基础模拟部分基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 差分式放大与频率响应差分式放大与频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈反馈(fnku)(fnku)放大电路放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压
2、电源直流稳压电源第1页/共75页第二页，共75页。华中科技大学 张林36 6 频率响应频率响应(pn l(pn l xin yn)xin yn)6.1 6.1 6.1 6.1 放大电路的频率响应放大电路的频率响应放大电路的频率响应放大电路的频率响应6.2 6.2 6.2 6.2 单时间常数单时间常数单时间常数单时间常数(sh jin chn sh)RC(sh jin chn sh)RC(sh jin chn sh)RC(sh jin chn sh)RC电路的频率电路的频率电路的频率电路的频率响应响应响应响应6.3 6.3 6.3 6.3 共源和共射放大电路的低频响应共源和共射放大电路的低频响应
3、共源和共射放大电路的低频响应共源和共射放大电路的低频响应6.4 6.4 6.4 6.4 共源和共射放大电路的高频响应共源和共射放大电路的高频响应共源和共射放大电路的高频响应共源和共射放大电路的高频响应6.5 6.5 6.5 6.5 共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应6.6 6.6 6.6 6.6 扩展放大电路通频带的方法扩展放大电路通频带的方法扩展放大电路通频带的方法扩展放大电路通频带的方法6.7 6.7 6.7 6.7 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应多级
4、放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应*6.8*6.8*6.8*6.8 单级放大电路的瞬态响应单级放大电路的瞬态响应单级放大电路的瞬态响应单级放大电路的瞬态响应第2页/共75页第三页，共75页。4华中科技大学 张林6.1 放大电路放大电路(dinl)的频率响应的频率响应1、需要放大的信号通常都包含、需要放大的信号通常都包含许许多多频频率成份。如率成份。如话话筒筒输输出的出的语语音信号（音信号（20Hz20kHz），），卫卫星星电视电视信号（信号（3.74.2GHz）等。）等。2、放大、放大电电路中含有路中含有电电抗元件或等效的抗元件或等效的电电抗元件，抗元件，导导致致对对不同不同(b tn)
5、频频率的信号放大倍数和率的信号放大倍数和时时延不同延不同(b tn)。若信号中。若信号中不同不同(b tn)的的频频率成份不能被放大率成份不能被放大电电路同等地放大（包括路同等地放大（包括时时延），延），则则会出会出现现失真失真现现象（称象（称为线为线性失真或性失真或频频率失真）。率失真）。两个两个(lin )现实情现实情况况第3页/共75页第四页，共75页。5华中科技大学 张林6.1 放大电路放大电路(dinl)的频率响应的频率响应 因此，放大因此，放大电电路路对对不同不同频频率的率的输输入入(shr)信号具有不同的放大能信号具有不同的放大能力，即增益是力，即增益是输输入入(shr)信号信号
6、频频率率的函数。的函数。放大电路放大电路(dinl)对不同频率信号产生不同响应的根本原因对不同频率信号产生不同响应的根本原因 前两章分析放大前两章分析放大电路的性能指路的性能指标时，是假，是假设电路中所有耦合路中所有耦合电容和旁容和旁路路电容容对信号信号频率来率来说都呈都呈现非常小的阻抗而非常小的阻抗而视为短路；短路；FET或或BJT的极的极间电容、容、电路中的路中的负载电容及分布容及分布电容容对信号信号频率来率来说都呈都呈现非常大的阻抗而非常大的阻抗而视为开路。开路。输入输入输出输出放大电路放大电路1、电抗元件的阻抗会随信号抗元件的阻抗会随信号频率的率的变化而化而变化。化。2、放大、放大电路
7、中有耦合路中有耦合电容、旁路容、旁路电容和容和负载电容，容，FET或或BJT也存在也存在PN结电容，此外容，此外实际电路中路中还有分布有分布电容。容。第4页/共75页第五页，共75页。6华中科技大学 张林6.1 放大放大(fngd)电路的频率响应电路的频率响应放大电路放大电路(dinl)典型的频率响应曲线典型的频率响应曲线阻容耦合阻容耦合单级共源放大共源放大电路的典型路的典型频率响率响应(pn l xin yn)曲曲线如如图所示，其中所示，其中图a是幅是幅频响响应曲曲线，图b是相是相频响响应曲曲线。一般有。一般有 fH fL如果信号的所有如果信号的所有频率成份率成份均落在通均落在通频带内，内，
8、则基本基本上不会出上不会出现频率失真率失真现象。象。若已知信号的若已知信号的频率成份，要率成份，要设计出出满足要求的放大足要求的放大电路，最主要的任路，最主要的任务就是就是设计出出频率响率响应的的fH和和fL。第5页/共75页第六页，共75页。7华中科技大学 张林6.1 放大放大(fngd)电路的频率响应电路的频率响应1、正弦、正弦稳态稳态响响应应是分析是分析频频率响率响应应(pn l xin yn)的基本方法的基本方法2、工程上常采用分段分析的、工程上常采用分段分析的简简化方法。即分化方法。即分别别分析放大分析放大电电路的低路的低频频响响应应、中、中频频（通（通频带频带）响）响应应和高和高频
9、频响响应应，最后合成全，最后合成全频频域响域响应应。其中通。其中通频带频带内的响内的响应应与与频频率无率无关，就是前两章放大关，就是前两章放大电电路性能指路性能指标标的分析的分析结结果。果。3、也可以用、也可以用计计算机算机辅辅助分析（如助分析（如Spice等）的方法，等）的方法，获获得放大得放大电电路精确的路精确的频频率响率响应应(pn l xin yn)曲曲线线。频率响应频率响应(pn l xin yn)的分析方法的分析方法 研究放大研究放大电路的路的动态指指标（主要是增益）随信号（主要是增益）随信号频率率变化化时的响的响应。具体包括：具体包括：1、频率响率响应的分析方法的分析方法2、影响
10、放大、影响放大电路路频率响率响应的主要因素的主要因素3、如何、如何设计出出满足信号足信号频带要求的放大要求的放大电路路4、各种、各种组态放大放大电路路频率响率响应特点特点本章讨论的主要内容本章讨论的主要内容第6页/共75页第七页，共75页。6.2 单时间常数单时间常数(sh jin chn sh)RC电路的电路的频率响应频率响应n nRC高通电路(dinl)的频率响应n nRC低通电路(dinl)的频率响应第7页/共75页第八页，共75页。9华中科技大学 张林RC高通电路高通电路(dinl)的频率响应的频率响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数且令且令又又则电压(diny)增益的幅增
11、益的幅值（模）（模）（幅（幅频响响应）电压增益的相角增益的相角（相（相频响响应）第8页/共75页第九页，共75页。10华中科技大学 张林RC高通电路高通电路(dinl)的频率响应的频率响应2.频频率响率响应应(pn l xin yn)曲曲线线描述描述最大误差最大误差(wch)-3dB0分贝水平线分贝水平线幅频响应幅频响应第9页/共75页第十页，共75页。11华中科技大学 张林RC高通电路高通电路(dinl)的频率响应的频率响应2.频频率响率响应应曲曲线线(qxin)描述描述相相频响响应(xingyng)低频时，输出超前输入低频时，输出超前输入因因为表示输出与表示输出与所以所以输入的相位差。输入
12、的相位差。第10页/共75页第十一页，共75页。12华中科技大学 张林RC低通电路低通电路(dinl)的频率响应的频率响应幅幅频响响应(xingyng)相相频响响应(xingyng)1.增益的增益的传递函数函数第11页/共75页第十二页，共75页。13华中科技大学 张林RC低通电路低通电路(dinl)的频率响应的频率响应幅幅频响响应(xingyng)相相频响响应(xingyng)输出滞后出滞后输入入2.频率响率响应曲曲线第12页/共75页第十三页，共75页。6.3 共源和共射放共源和共射放大大(fngd)电路的电路的低频响应低频响应n n共源放大(fngd)电路的低频响应n n共射放大(fng
13、d)电路的低频响应第13页/共75页第十四页，共75页。15华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的低频响应的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数 低低频频区内区内(q ni)，电电路中的耦合路中的耦合电电容、旁路容、旁路电电容的阻抗增大，不能再容的阻抗增大，不能再视视为为短路。短路。低低频小信号等效小信号等效电路路第14页/共75页第十五页，共75页。16华中科技大学 张林共源放大电路的低频共源放大电路的低频(dpn)响应响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数为简化化(jinhu)(jinhu)分析，分析，设低低频区内，有区内，有低低频小信号等效小信
14、号等效电路路则Rs可作开路可作开路处理理第15页/共75页第十六页，共75页。17华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数定性定性(dngxng)(dngxng)讨论 Cb1所在的所在的输入回路构成入回路构成的是的是RC高通高通电路路 Rg上的电压上的电压 输入回路入回路第16页/共75页第十七页，共75页。18华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的低频响应的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数定性定性(dngxng)(dngxng)讨论 输出回路也是高通出回路也是高通电路，不路，不
15、过不是不是简单的的单时间常数常数RC高高通通电路。路。和和 输出回路出回路第17页/共75页第十八页，共75页。19华中科技大学 张林共源放大电路的低频共源放大电路的低频(dpn)响应响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数由由电路路(dinl)(dinl)可列出可列出方程方程由前两个方程得由前两个方程得第18页/共75页第十九页，共75页。20华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数代入第代入第3 3个方程得源个方程得源电压(diny)(diny)增益增益第19页/共75页第二十页，共75页。21华中科技大
16、学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的低频响应的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数令令且且通通带内（中内（中频）增益，与）增益，与频率率(pnl)(pnl)无无关关Cb1引起的下限截止引起的下限截止频率率Cs引起的下限截止引起的下限截止频率率Cb2引起的下限截止引起的下限截止频率率第20页/共75页第二十一页，共75页。22华中科技大学 张林共源放大电路的低频共源放大电路的低频(dpn)响应响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数其中其中第第1项是与是与频率无关的通率无关的通带内源内源电压增益增益后三后三项分分别(fnbi)是是3个与个与6.2节RC高通高通电
17、路相同的低路相同的低频响响应。可可见共源放大共源放大电路的低路的低频响响应是由是由3个个RC高通高通电路共同作路共同作用的用的结果。果。则 为简单起起见，假，假设3个下限截止个下限截止频率率fL1、fL2和和fL3之之间相距相距较远（4倍以上），可以只考倍以上），可以只考虑起主要作用的截止起主要作用的截止频率的影响。例如率的影响。例如有有fL2 4 fL1，fL1 fL3，则上式上式简化化为 第21页/共75页第二十二页，共75页。23华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数2.增益增益(zngy)的的频频率响率响应
18、应波特波特图图水平水平线不不是是0 dBf fL2时，相，相频响响应为-180，反映了，反映了通通带内内输出与出与输入的反相关系入的反相关系第22页/共75页第二十三页，共75页。24华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应 若想尽可能降低下限截止若想尽可能降低下限截止频频率，率，则则需要尽可能需要尽可能选择选择大的旁路大的旁路电电容容Cs和耦合和耦合电电容容Cb1、Cb2。但。但这这种改善种改善(gishn)是很有限的，因此在是很有限的，因此在信号信号频频率很低的使用率很低的使用场场合，可考合，可考虑虑用直接耦合方式。用直接耦合方式。第23页/共75页第二十
19、四页，共75页。25华中科技大学 张林共射放大电路的低频共射放大电路的低频(dpn)响应响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数低低频(dpn)(dpn)小信号等效小信号等效电路路Rb=（Rb1|Rb2）远大于大于R i R i第24页/共75页第二十五页，共75页。26华中科技大学 张林共射放大共射放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数定性定性(dngxng)(dngxng)讨论输入回路构成的是入回路构成的是RC高通高通电路路 输入回路入回路和和 输出回路出回路 输出回路也是高通出回路也是高通电路路第25页/共75页第二十六页，共75
20、页。27华中科技大学 张林共射放大电路共射放大电路(dinl)的低频响应的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数由第由第2 2个方程个方程(fngchng)(fngchng)得得由由电路可列出方程路可列出方程其中其中第26页/共75页第二十七页，共75页。28华中科技大学 张林共射放大共射放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数代入第代入第1 1个方程得源个方程得源电压(diny)(diny)增益增益第27页/共75页第二十八页，共75页。29华中科技大学 张林共射放大电路共射放大电路(dinl)的低频响应的低频响应1.增益增益(z
21、ngy)的的传递传递函数函数令令且且通通带内（中内（中频(zhngpn)(zhngpn)）增益，）增益，与与频率无关率无关由由Cb1和和Ce引起的引起的下限截止下限截止频率率Cb2引起的下限截止引起的下限截止频率率第28页/共75页第二十九页，共75页。30华中科技大学 张林共射放大电路共射放大电路(dinl)的低频响应的低频响应其中其中第第1项是与是与频率无关率无关(wgun)的通的通带内源内源电压增益增益后两后两项分分别是是2个与个与6.2节RC高通高通电路相同的低路相同的低频响响应。可可见共射放大共射放大电路的低路的低频响响应是由是由2个个RC高通高通电路共同作路共同作用的用的结果。其中
22、果。其中fL1与与Cb1和和Ce两个两个电容有关。容有关。则 为简单为简单起起见见，假，假设设(jish)2个下限截止个下限截止频频率率fL1和和fL2之之间间相距相距较远较远（4倍以上），可以只考倍以上），可以只考虑虑起主要作用的截止起主要作用的截止频频率的影率的影响。例如有响。例如有fL1 4 fL2，则则上式上式简简化化为为 1.增益的增益的传递函数函数第29页/共75页第三十页，共75页。31华中科技大学 张林共射放大电路的低频共射放大电路的低频(dpn)响应响应1.增益增益(zngy)的的传递传递函数函数2.增益的增益的频频率响率响应应(pn l xin yn)波特波特图图水平水平线
23、不不是是0 dBf fL1时，相，相频响响应为-180，反映了，反映了通通带内内输出与出与输入的反相关系入的反相关系第30页/共75页第三十一页，共75页。32华中科技大学 张林共射放大电路共射放大电路(dinl)的低频响应的低频响应2.增益的增益的频频率响率响应应(pn l xin yn)波特波特图图包含包含(bohn)fL2的幅的幅频响响应第31页/共75页第三十二页，共75页。33华中科技大学 张林共射放大共射放大(fngd)电路的低频响应电路的低频响应 若想尽可能降低下限截止若想尽可能降低下限截止频频率，率，则则需要尽可能需要尽可能选择选择大的旁路大的旁路(pn l)电电容容Ce和耦合
24、和耦合电电容容Cb1、Cb2。但。但这这种改善是很有限的，因此在信号种改善是很有限的，因此在信号频频率率很低的使用很低的使用场场合，可考合，可考虑虑用直接耦合方式。用直接耦合方式。第32页/共75页第三十三页，共75页。34华中科技大学 张林 小结小结(xioji)（1）通）通过对过对共源和共射放大共源和共射放大电电路低路低频频响响应应的分析看到，影响低的分析看到，影响低频频响响应应的主要因素是旁路的主要因素是旁路电电容和耦合容和耦合电电容。若想尽可能降低放大容。若想尽可能降低放大电电路的下路的下限截止限截止频频率，率，则则尽量尽量选选用容量用容量较较大的旁路大的旁路电电容和耦合容和耦合电电容
25、，其它容，其它组态组态的的放大放大电电路有路有类类似的似的结论结论。（2）以上分析）以上分析过过程均假程均假设电设电路路满满足一定条件，足一定条件，进进行了行了简简化化处处理，理，实际实际上通上通过过SPICE仿真可以得到更精确的分析仿真可以得到更精确的分析结结果。果。（3）通）通过选过选用大容量用大容量电电容降低下限截止容降低下限截止频频率的效果通常是有限的，率的效果通常是有限的，因此因此(ync)在信号在信号频频率很低的率很低的场场合，可考合，可考虑虑采用直接耦合的放大采用直接耦合的放大电电路。路。第33页/共75页第三十四页，共75页。6.4 共源和共射共源和共射放大电路的高频放大电路的
26、高频(o pn)响应响应n n管的高频小信号模型及单位增益频率fTn n共源放大电路的高频响应(xingyng)n n的高频小信号模型及频率参数n n共射放大电路的高频响应(xingyng)第34页/共75页第三十五页，共75页。36华中科技大学 张林管的高频小信号模型管的高频小信号模型管的高频小信号模型管的高频小信号模型(mxng)(mxng)及单位增益频率及单位增益频率及单位增益频率及单位增益频率fTfT 1.MOS管的高管的高频频小信号小信号(xnho)模型模型Cgs栅栅-源源电电容容(dinrng)Cgd栅栅-漏漏电电容容(dinrng)Csb源源-衬衬底底电电容容(dinrng)Cd
27、b漏漏-衬衬底底电电容容(dinrng)多数情况下，多数情况下，MOS管的源极和管的源极和衬衬底底连连在一起，此在一起，此时时Csb被短路，而被短路，而Cdb变为变为Cds。当信号当信号频率率处于高于高频区区时，FET或或BJT的极的极间电容的阻抗将减小，不容的阻抗将减小，不能再能再视为开路，需考开路，需考虑它它们带来的来的影响。影响。第35页/共75页第三十六页，共75页。37华中科技大学 张林其其中中Cgs的的典典型型值为0.10.5pF，Cgd的的典典型型值为0.010.04 pF及及Cds通通常常小小于于1pF，rds为(104106)。一般可从数据手册。一般可从数据手册(shuc)上
28、上获得得这些参数。些参数。Cgs栅栅-源源电电容容(dinrng)Cgd栅栅-漏漏电电容容(dinrng)Cds漏漏-源源电电容容(dinrng)衬衬底与源极并接底与源极并接时时的高的高频频小信号小信号模型模型(mxng)（也称（也称为为模型模型(mxng)）管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率f fT T 1.MOS管的高管的高频小信号模型小信号模型第36页/共75页第三十七页，共75页。38华中科技大学 张林2.单单位增益位增益(zngy)频频率率fTfT 共源共源组态组态、负载负载短路短路时电时电
29、流流(dinli)增益等于增益等于1对应对应的的频频率（也称率（也称为为特征特征频频率）率）rds和和Cds被短路被短路(dunl)管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率f fT T第37页/共75页第三十八页，共75页。39华中科技大学 张林2.单单位增益位增益(zngy)频频率率fT Cgd较较小，在所关心的小，在所关心的频频率范率范围围内，内，该该支路支路电电流流远远小于受控源小于受控源中的中的电电流，所以可以流，所以可以(ky)忽略。忽略。又又电流流(dinli)增益增益管的高频小信号模型及单位增
30、益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率管的高频小信号模型及单位增益频率f fT T第38页/共75页第三十九页，共75页。40华中科技大学 张林2.单单位位(dnwi)增益增益频频率率fT fT与与gm成正比，与成正比，与MOS管管结电结电容成反比。容成反比。fT越大，越大，MOS管的高管的高频频性能越好，由它构成的放大性能越好，由它构成的放大电电路的上限路的上限(shngxin)频频率就越高。早期率就越高。早期以微米技以微米技术术制造的制造的MOS管的管的fT约为约为100MHz，现现在以高速技在以高速技术术制造的制造的MOS管的管的fT约为约为几个几个GHz
31、。由由得得管的高频小信号模型及单位管的高频小信号模型及单位管的高频小信号模型及单位管的高频小信号模型及单位(dnwi)(dnwi)增益频率增益频率增益频率增益频率fTfT第39页/共75页第四十页，共75页。41华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的高频响应电路的高频响应1.高高频频(o pn)小信号等效小信号等效电电路路其中其中(qzhng)第40页/共75页第四十一页，共75页。42华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的高频响应的高频响应1.高高频频(o pn)小信号等效小信号等效电电路路定性定性(dngxng)(dngxng)讨论Cgs在在输入回路构成低通
32、入回路构成低通电路路 输入回路入回路 和和 输出回路出回路输出回路也是低高通出回路也是低高通电路路第41页/共75页第四十二页，共75页。43华中科技大学 张林共源放大电路的高频共源放大电路的高频(o pn)响应响应2.电电路路(dinl)简简化化将将Cgs左左侧电路路进行行电源源(dinyun)等等效效变换其中其中为简单起起见，作如下假，作如下假设：，得得简化后的化后的电路路第42页/共75页第四十三页，共75页。44华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的高频响应的高频响应3.密勒密勒电电容容(dinrng)对节点点(ji din)d 列列KCL得得由于由于输出回路出回路电
33、流比流比较大，所以可以大，所以可以忽略的忽略的Cgd分流，得分流，得而而输入回路入回路电流比流比较小，所以不能忽小，所以不能忽略的略的Cgd分流分流称为称为密勒电容密勒电容ZM相当于相当于g和和s之之间存在一个存在一个电容，若用容，若用CM1表示，表示，则第43页/共75页第四十四页，共75页。45华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的高频响应的高频响应3.密勒密勒电电容容(dinrng)同理，在同理，在d、s之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且得等效得等效(dn xio)后后的的电路路再再设且且第44页/共75页第四十五页，共75页。46华中科
34、技大学 张林共源放大电路的高频共源放大电路的高频(o pn)响应响应3.密勒密勒电电容容(dinrng)得最后得最后(zuhu)简化化电路路同理，在同理，在d、s之间也可以求得之间也可以求得一个等效电容一个等效电容CM2，且，且得等效后的得等效后的电路路再再设且且第45页/共75页第四十六页，共75页。47华中科技大学 张林共源放大共源放大(fngd)电路的高频响应电路的高频响应4.高高频频响响应应和上限和上限(shngxin)频频率率输入入(shr)回路是回路是RC低通低通电路路由由电路得路得得得其中其中上限截上限截止止频率率通通带内源内源电压增益增益第46页/共75页第四十七页，共75页。
35、48华中科技大学 张林共源放大电路的高频共源放大电路的高频(o pn)响应响应4.高高频频响响应应和上限和上限(shngxin)频频率率 180 arctg(f/fH)相相频响响应幅频响应幅频响应RC低通电路低通电路(dinl)幅频响应幅频响应常数项常数项共源通带增益的相位共源通带增益的相位第47页/共75页第四十八页，共75页。49华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的高频响应的高频响应4.高高频频响响应应和上限和上限(shngxin)频频率率只要求得通只要求得通带增益和上限增益和上限(shngxin)截止截止频率，便可率，便可画出波特画出波特图C 由上述关系看出由上述关系
36、看出 增益越高，增益越高，Cgd产生的密勒电容也越大，上限截止频率越低产生的密勒电容也越大，上限截止频率越低增益和增益和带宽相互制相互制约第48页/共75页第四十九页，共75页。50华中科技大学 张林共源放大电路共源放大电路(dinl)的高频响应的高频响应5.增益增益(zngy)-带宽积带宽积一般放大一般放大(fngd)电路有路有 fH fL，则带宽BWfH fL fH若有若有则 MOS管一旦确定，管一旦确定，对相同的信号源相同的信号源增益增益-带宽积基本基本为常数常数#如何提高如何提高带宽？第49页/共75页第五十页，共75页。51华中科技大学 张林共源放大电路的高频共源放大电路的高频(o
37、pn)响应响应 为简为简化分析，上述化分析，上述(shngsh)分析分析过过程程对电对电路做了一些假路做了一些假设设，尽管如此，其分析尽管如此，其分析结结果仍能符合大多数果仍能符合大多数实际实际情况。情况。使用使用CAD（如（如SPICE）工具很容易）工具很容易获获得更精确的分析得更精确的分析结结果。果。第50页/共75页第五十一页，共75页。52华中科技大学 张林的高频小信号的高频小信号(xnho)模型及频率模型及频率参数参数1.BJT的高的高频频(o pn)小信号模型小信号模型 rbe-发射射结电阻阻re折算到基折算到基极回路的极回路的电阻阻 -发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻
38、-集电结电容集电结电容 rbb-基区的体基区的体电电阻阻(dinz)，b是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。互导互导第51页/共75页第五十二页，共75页。53华中科技大学 张林的高频的高频(o pn)小信号模型及频率参小信号模型及频率参数数1.BJT的高的高频频(o pn)小信号模型小信号模型高高频(o pn)区通常有区通常有，模型模型简化化为第52页/共75页第五十三页，共75页。54华中科技大学 张林的高频小信号模型及频率的高频小信号模型及频率(pnl)参参数数2.模型模型(mxng)参数参数从手册中查出从手册中查出（与（与频率率(pnl)(pnl)无关）无关）#与信号与信号
39、频率有关率有关吗？第53页/共75页第五十四页，共75页。55华中科技大学 张林的高频小信号的高频小信号(xnho)模型及频率模型及频率参数参数由由电路路(dinl)(dinl)有有低低频(dpn)(dpn)时所以所以当当时，时，3.的的频率响率响应第54页/共75页第五十五页，共75页。56华中科技大学 张林3.的的频频率响率响应应(pn l xin yn)的高频小信号模型及频率的高频小信号模型及频率(pnl)参参数数其中其中(qzhng)幅频响应幅频响应相频响应相频响应将将 f=fT带入幅入幅频响响应所以所以第55页/共75页第五十六页，共75页。57华中科技大学 张林3.的的频频率响率响
40、应应(pn l xin yn)的高频小信号模型及频率的高频小信号模型及频率(pnl)参参数数共发射极共发射极 的的截止频率截止频率特征频率特征频率共基极共基极 的的截止频率截止频率f=(1+0)f f fT 另外另外(ln wi)根据根据所以所以可得可得第56页/共75页第五十七页，共75页。58华中科技大学 张林共射放大电路共射放大电路(dinl)的高频响应的高频响应1.高高频频(o pn)等效等效电电路路第57页/共75页第五十八页，共75页。59华中科技大学 张林共射放大共射放大(fngd)电路的高频响应电路的高频响应1.高高频频(o pn)等效等效电电路路与共源放大与共源放大电路路类似
41、似(li s)也可求也可求出密勒出密勒电容，得到等效容，得到等效电路路第58页/共75页第五十九页，共75页。60华中科技大学 张林共射放大共射放大(fngd)电路的高频响应电路的高频响应2.高高频频(o pn)响响应应和上限和上限频频率率其中其中(qzhng)通通带源源电压增益增益上限截止上限截止频率率类似地求得源似地求得源电压增益响增益响应第59页/共75页第六十页，共75页。61华中科技大学 张林共射放大电路的高频共射放大电路的高频(o pn)响应响应2.高高频频响响应应和上限和上限(shngxin)频频率率与共源放大与共源放大(fngd)电路路类似似第60页/共75页第六十一页，共75
42、页。62华中科技大学 张林 例题例题(lt)解：解：模型模型(mxng)参数参数为 设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：负载开路，负载开路，Rb足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。足够大忽略不计。试计算它的低频电压增益和上限频率。低低频(dpn)电压增益增益为又因为又因为所以上限所以上限频率率为第61页/共75页第六十二页，共75页。6.5 共栅和共基、共共栅和共基、共漏和共集放大电路漏和共集放大电路(dinl)的高频响应的高频响应n n共栅和共基放大(fngd)电路的高频响应n n共漏和共集放大(fngd)电路的高频响应第62页/共75页
43、第六十三页，共75页。64华中科技大学 张林共栅和共基放大电路共栅和共基放大电路(dinl)的高的高频响应频响应1.高高频频(o pn)小信号等效小信号等效电电路路第63页/共75页第六十四页，共75页。65华中科技大学 张林共栅和共基放大电路的高频共栅和共基放大电路的高频(o pn)响应响应2.高高频频(o pn)响响应应共共栅放大放大电路路(dinl)的的Cds均均共基放大共基放大电路路(dinl)无跨接在无跨接在输入入输出之出之间的的电容，所以无密容，所以无密勒勒电容效容效应，上限，上限频率高于共射放大率高于共射放大电路路(dinl)。第64页/共75页第六十五页，共75页。66华中科技
44、大学 张林共漏和共集放大共漏和共集放大(fngd)电路的高电路的高频响应频响应1.高高频频(o pn)小信号等效小信号等效电电路路第65页/共75页第六十六页，共75页。67华中科技大学 张林共漏和共集放大共漏和共集放大(fngd)电路的高电路的高频响应频响应2.高高频频(o pn)响响应应 虽然然Cgs和和Cbe都会都会产生密勒效生密勒效应，但是，但是应为两两电路的增益路的增益均小于等于均小于等于1，所以它，所以它们(t men)的密勒的密勒电容都很小，上限容都很小，上限频率率远高于同等工作条件下共源和共射放大高于同等工作条件下共源和共射放大电路。路。第66页/共75页第六十七页，共75页。
45、68华中科技大学 张林6.6 扩展放大扩展放大(fngd)电路通频带的电路通频带的方法方法 扩展放大展放大电路的通路的通频带是指降低下限是指降低下限频率和提高上限率和提高上限频率。采用直接率。采用直接耦合的方式可以将下限耦合的方式可以将下限频率降至零，而提高上限率降至零，而提高上限频率通常有三种方法，即率通常有三种方法，即将不同将不同(b tn)组态的放大的放大电路路级联组合、外接合、外接补偿元件、采用元件、采用负反反馈。此此处只只讨论第一种方法。第一种方法。将不同将不同组态的放大的放大电路路级联组合合(zh)，可以减小前，可以减小前级密勒密勒电容容CM1=(1+gmRL)Cgd（或（或CM1
46、=(1+gmRL)Cbc）中）中RL的的值，从，从而减小而减小CM1，提高上限，提高上限频率，率，损失的增益由后失的增益由后级补偿，共源，共源共基共基组合合(zh)电路便是一例。路便是一例。另外，通另外，通过放大放大电路路级联组合，合，还可以减小后可以减小后级中等效信号源内阻中等效信号源内阻R si的的值，从而提高，从而提高fH，如共集，如共集 共射共射组合合电路。路。第67页/共75页第六十八页，共75页。69华中科技大学 张林6.7 多级放大电路多级放大电路(dinl)的频率响应的频率响应1.多多级级放大放大电电路路(dinl)的增益的增益 前前级级的开路的开路(kil)电压电压是下是下级
47、级的信号源的信号源电压电压 前前级的的输出阻抗是下出阻抗是下级的信号源阻抗的信号源阻抗 下下级的的输入阻抗是前入阻抗是前级的的负载第68页/共75页第六十九页，共75页。70华中科技大学 张林6.7 多级放大电路多级放大电路(dinl)的频率响应的频率响应2.多多级级放大放大(fngd)电电路的路的频频率响率响应应 多多级放大放大电路的通路的通频带比比构成它的任何构成它的任何一一级都窄。都窄。（以两（以两级为例）例）则单级的上下限频率处的增益为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，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽。即两级的带宽小于单级带
48、宽。第69页/共75页第七十页，共75页。71华中科技大学 张林*6.8 单级放大电路单级放大电路(dinl)的瞬态的瞬态响应响应 瞬瞬态态分析法是以分析法是以单单位位阶跃阶跃信号作信号作为为放大放大电电路的路的输输入入(shr)信号，信号，研究放大研究放大电电路路输输出波形随出波形随时间变时间变化的情况，称化的情况，称为为放大放大电电路的路的阶跃阶跃响响应应，又叫做放大，又叫做放大电电路的路的时时域响域响应应。常以上升常以上升时间时间和平和平顶顶降落作降落作为为放大放大电电路的衡量指路的衡量指标标。瞬。瞬态态分析分析法的法的优优点在于从瞬点在于从瞬态态响响应应上可以直上可以直观观地判断放大地
49、判断放大电电路放大路放大阶跃阶跃信号信号的波形失真情况，并可利用脉冲示波器直接的波形失真情况，并可利用脉冲示波器直接观测观测放大放大电电路的瞬路的瞬态态响响应应。瞬瞬态态分析法的缺点是分析比分析法的缺点是分析比较较复复杂杂，这这一点在分析复一点在分析复杂电杂电路和路和多多级级放大放大电电路路时时更更为为突出。突出。频频率响率响应应（稳态稳态响响应应）属于）属于频频域分析，瞬域分析，瞬态态响响应应属于属于时时域分析。域分析。在工程在工程实际实际中，中，这这两种方法可以互相两种方法可以互相结结合，互合，互为补为补充。充。第70页/共75页第七十一页，共75页。72华中科技大学 张林*6.8 单级放
50、大单级放大(fngd)电路的瞬态电路的瞬态响应响应 如果放大如果放大电电路路输输出出电压电压的上升沿也很陡，的上升沿也很陡，说说明放大明放大电电路能很好地响路能很好地响应应快速快速变变化化(binhu)的信号。的信号。如果放大如果放大电电路路输输出出电压电压的的顶顶部也很平，部也很平，则说则说明放大明放大电电路路对变对变化化(binhu)缓缓慢的信号也有很好的放大能力。慢的信号也有很好的放大能力。1.阶跃阶跃信号信号(xnho)特点特点第71页/共75页第七十二页，共75页。73华中科技大学 张林*6.8 单级放大单级放大(fngd)电路的瞬态电路的瞬态响应响应2.放大放大电电路路(dinl)