康华光-电子技术基础(第六版)模拟部分ch06

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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 定性讨论
输出回路
1
1
Cs 和 Cb2
| Vo |
输出回路也是高通电路，不过不是简单的单时间常数 RC高通电路。
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 由电路可列出方程
Vg
Rsi
低频时，输出超前输入
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6.2.2 RC低通电路的频率响应
1. 增益的传递函数
AVH ( s)
Vo ( s) Vi ( s)
1 / sC2 R2 1 / sC 2
1
1 sR2 C 2
幅频响应
AVH
1 1 ( f / fH )2
相频响应 H arctan ( f / f H )
fH
1 2 π R2 C 2
R2
+
+
Vi
C2
Vo
RC 低通电路
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6.2.2 RC低通电路的频率响应
2. 频率响应曲线
R2
+
+
Vi
C2
Vo
RC 低通电路
幅频响应 AVH
1 1 ( f / fH )2
相频响应 H arctan ( f / f H )
输出滞后输入
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华中科技大学电信系 张林
电子技术基础模拟部分
1 绪论 2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 场效应三极管及其放大电路 5 双极结型三极管及其放大电路 6 差分式放大与频率响应 7 模拟集成电路 8 反馈放大电路 9 功率放大电路 10 信号处理与信号产生电路 11 直流稳压电源
2
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6.3 共源和共射放大电路 的低频响应
6.3.1 共源放大电路的低频响应 6.3.2 共射放大电路的低频响应
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数
低频小信号等效电路
低频区内，电路中的耦合电容、 旁路电容的阻抗增大，不能再视为 短路。
Rg Rg1 || Rg2
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 由电路可列出方程
Vo
RL
Rc
Rc RL
1
jCb2
Ib
Ib ( Rsi
1
jCb1
rbe ) (1 )Ib
1
jCe
Vs
由第2个方程得
Ib
Rsi
1 rbe
1
jC1
Vs
其中
C1
(1
Cb1Ce
)Cb1
1. 增益的传递函数
低频小信号等效电路
Rb=（Rb1 || Rb2）远大于Ri
1
Ce
Re
Ri
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 定性讨论
输入回路
1
1
Cb1 和 Ce
| Ib |
输入回路构成的是RC高通电路
输出回路
1
Cb2
| Vo |
输出回路也是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ通电路
1 1
j( Rsi
rbe )C1
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数
AVSL
Vo Vs
( Rc || rbe
RL )
rbe Rsi rbe
1
1 1
j( Rc RL )Cb2
1
1 1
j( Rsi
rbe )C1
令
AVSM
( Rc || rbe
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
电压增益的幅值（模） AVL
1 1 ( fL / f )2
（幅频响应）
电压增益的相角 L arctan ( fL / f ) （相频响应）
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6.2.1 RC高通电路的频率响应
2. 频率响应曲线描述
幅频响应 AVL
1 1 ( fL / f )2
当 f fL 时，
AVL
1. 增益的传递函数
则
AVSL
AVSM 1
j(
1 fL1 /
f ) 1
1 j( fL2 /
f
)
其中
第1项是与频率无关的通带内源电压增益
后两项分别是2个与6.2节RC高通电路相同的低频响应。
可见共射放大电路的低频响应是由2个RC高通电路共同作 用的结果。其中fL1与Cb1和Ce两个电容有关。
为简单起见，假设2个下限截止频率fL1和fL2之间相距较远 （4倍以上），可以只考虑起主要作用的截止频率的影响。例如 有fL1 > 4 fL2，则上式简化为
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数
低频小信号等效电路
为简化分析，设低频区内，有
1
Cs
Rs
则Rs可作开路处理
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 定性讨论
输入回路
1
Cb1
Rg上的电压
| Vgs |
Cb1所在的输入回路 构成的是RC高通电路
j(
1 fL3 /
f
)
其中
第1项是与频率无关的通带内源电压增益
后三项分别是3个与6.2节RC高通电路相同的低频响应。
可见共源放大电路的低频响应是由3个RC高通电路共同作 用的结果。
为简单起见，假设3个下限截止频率fL1、fL2和fL3之间相距 较远（4倍以上），可以只考虑起主要作用的截止频率的影响。 例如有fL2 > 4 fL1，fL1 > fL3，则上式简化为
Vo Vs
RL
Rd
Rd RL
1 jCb2
1 gm
1 1
jCs
Rsi
Rg Rg
1 jCb1
gm ( Rd
||
RL )
Rg Rg Rsi
1
1 1
j( Rd RL )Cb2
1
1 gm jCs
1
1 1
j( Rsi Rg )Cb1
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
2π( Rsi
1 Rg )Cb1
fL2
gm 2πCs
fL3
2π( Rd
1 RL )Cb2
若想尽可能降低下限截止频率，则需要尽可能选择大的 旁路电容Cs和耦合电容Cb1、Cb2。但这种改善是很有限的，因 此在信号频率很低的使用场合，可考虑用直接耦合方式。
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
1
1
1 ( fL / f )2
20 lg AVL 20 lg 1 0 dB
0分贝水平线
当 f fL 时，
AVL
1 1 ( fL /
f )2
f
/
fL
20 lg AVL 20 lg( f / fL )
最大误差 -3dB
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6.2.1 RC高通电路的频率响应
2. 频率响应曲线描述
6 频率响应
6.1 放大电路的频率响应 6.2 单时间常数RC电路的频率响应 6.3 共源和共射放大电路的低频响应 6.4 共源和共射放大电路的高频响应 6.5 共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应 6.6 扩展放大电路通频带的方法 6.7 多级放大电路的频率响应 *6.8 单级放大电路的瞬态响应
本章讨论的主要内容
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。具体包括： 1、频率响应的分析方法 2、影响放大电路频率响应的主要因素 3、如何设计出满足信号频带要求的放大电路 4、各种组态放大电路频率响应特点
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6.2 单时间常数RC电 路的频率响应
6.2.1 RC高通电路的频率响应 6.2.2 RC低通电路的频率响应
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数
AVSL
AVSM 1
1 j( fL2 /
f
)
AVSM
gm ( Rd
||
RL )
Rg Rg Rsi
2. 增益的频率响应波特图
20 lg | AVSL | 20 lg | AVSM |
20 lg
1
1 ( fL2 / f )2
相频响应 L arctan ( fL / f ) 当 f fL 时， L 0
当 f fL 时， L 90
当 f fL 时， L 45
当0.1 fL f 10 fL 时，
斜率为 45 / 十倍频的直线
因为 所以
AV
Vo Vi
AV
o i 表示输出与
输入的相位差。
Cb1引起的下限截止频率
fL2
gm 2πCs
fL3
2π( Rd
1 RL )Cb2
Cs引起的下限截止频率 Cb2引起的下限截止频率
且 2πf
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数
则
AVSL
AVSM
1
j(
1 fL1 /
f
) 1
j(
1 f L2
/
f
) 1
RL )
rbe Rsi
rbe
通带内（中频）增益，与频率无关
f L1
2π( Rsi
1
rbe )C1
C1
(1
Cb1Ce
)Cb1
Ce
由Cb1和Ce引起的 下限截止频率
f L2
2π( Rc
1 RL )Cb2
Cb2引起的下限截止频率
且 2πf
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
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6.1 放大电路的频率响应
放大电路对不同频率信号产生不同响应的根本原因
1、电抗元件的阻抗会随信号频率的变化而变化。 2、放大电路中有耦合电容、旁路电容和负载电容，FET或BJT也存在 PN结电容，此外实际电路中还有分布电容。
因此，放大电路对不同频 率的输入信号具有不同的放大 能力，即增益是输入信号频率 的函数。
阻容耦合单级共源放大 电路的典型频率响应曲 线如图所示，其中图a是 幅频响应曲线，图b是相 频响应曲线。一般有
fH >> fL
如果信号的所有频率成 份均落在通频带内，则 基本上不会出现频率失 真现象。
若已知信号的频率成份，要设计出满足要求的放大电路，最主要
的任务就是设计出频率响应的fH和fL。
6
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AV f ( )
输入
放大电路
输出
前两章分析放大电路的性能指标时，是假设电路中所有耦合电容 和旁路电容对信号频率来说都呈现非常小的阻抗而视为短路；FET或 BJT的极间电容、电路中的负载电容及分布电容对信号频率来说都呈 现非常大的阻抗而视为开路。
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6.1 放大电路的频率响应
放大电路典型的频率响应曲线
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6.1 放大电路的频率响应
两个现实情况
1、需要放大的信号通常都包含许多频率成份。如话筒输出的语 音信号（20Hz～20kHz ），卫星电视信号（3.7～4.2GHz ）等。
2、放大电路中含有电抗元件或等效的电抗元件，导致对不同频 率的信号放大倍数和时延不同。若信号中不同的频率成份不能 被放大电路同等地放大（包括时延），则会出现失真现象（称 为线性失真或频率失真）。
Rg Rg
1
jCb1
Vs
Vgs
Vg
1
jCs
gmVgs
Vo
RL
Rd
Rd RL
1
jCb2
gmVgs
由前两个方程得
gmVgs
1 gm
1 1
jCs
Rg
Rsi
Rg
1
jCb1
Vs
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 代入第3个方程得源电压增益
AVSL
6.1 放大电路的频率响应
频率响应的分析方法
1、正弦稳态响应是分析频率响应的基本方法 2、工程上常采用分段分析的简化方法。即分别分析放大电路的低频响 应、中频（通频带）响应和高频响应，最后合成全频域响应。其中通频 带内的响应与频率无关，就是前两章放大电路性能指标的分析结果。 3、也可以用计算机辅助分析（如Spice等）的方法，获得放大电路精确 的频率响应曲线。
1. 增益的传递函数
AVSL
gm ( Rd
||
RL )
Rg Rg Rsi
1
1 1
j( Rd RL )Cb2
1
1
gm jCs
1
1 1
j( Rsi
Rg )Cb1
令
AVSM
gm ( Rd
||
RL )
Rg
Rg Rsi
通带内（中频）增益，与频率无关
fL1
2π( Rsi
1 Rg )Cb1
Ce
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6.3.2 共射放大电路的低频响应
1. 增益的传递函数 代入第1个方程得源电压增益
AVSL
Vo Vs
Rc
Rc RL
RL
1 jCb2
Rsi
1 rbe
1 jC1
( Rc || rbe
RL )
rbe Rsi rbe
1
1 1
j( Rc RL )Cb2
1
8
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6.2.1 RC高通电路的频率响应
1. 增益的传递函数
C1
AVL ( s)
Vo ( s) Vi ( s)
R1 R1 1 / sC1
s s 1 / R1C1
又 s j j2πf
且令
fL
1 2 π R1 C 1
则
AVL
Vo Vi
1
1 j( fL
/
f)
+
+
Vi
R1
Vo
RC 高通电路
水平线不是0 dB 180 arctan( fL2 / f ) f >> fL2时，相频响应为-180，反映了通带内输出与输入的反相关系
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
AVSL
AVSM
1
j(
1 fL1 /
f
) 1
j(
1 f L2
/
f
) 1
j(
1 f L3
/
f
)
fL1