模拟电子技术第3章.ppt

模 拟电子技术
3.3.3 混合 模型的主要参数
混合 模型主要参数的计算依据：混合 模型与h参数模型 在低频时是等效的。
低频等效电路 中南大学信息科学与工程学院
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混合 模型的主要参数：
r r r
be
bb'
b'e
r U (1 ) T
b 'e
0
I EQ
I I g U U I r
20lg|Au| = -20lg f / fH
-90
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2. 频率特性的波特图
A•u
1 1 ( f / fH )2
|A•u |
1 0.707
20lg|A• u |/dB
- arctan f / fH
0.1 1 10 100
0 –20
f / fH – 3 dB
E
e
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I 的1 倍，它的大小对放大倍数的
b
影响较大，
因此 C E 往往是决定低频响应的主要因素。
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例1：已知某电路电压放大倍数为：
A u

(1
j
-100 jf
f 1
)(1
j
f
105
)
1）求解Aum、fL、fH；
R R L 2 ( )C
c
L
A A
ush
usm
1
f
1 j L
f
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5.完整的单管共射放大电路的频率特性
将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段 、 低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示 的完整的频率特性（波特）图。
实际上，同时也可得出单管共
2）画出相应的波特图。
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例2：已知某放大电路波特图为： 1）求解Aum、fL、fH； 2）写出放大倍数的表 达式。
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3.5 共模射放拟大电电路子的频技率响术应的改善与增益带宽积
1. 对放大电路频率响应的要求
要实现不失真（幅值失真与相位失真）放大，希 望fL要小于信号频率的最低频分量，fH要高于信 号频率的最高频分量。
0

fH
0 –45
–90
频率特性
f –40

f0
–45
fH
0.1 1 10
–90
波特图
– 20 dB/十倍频 f / fH
– 45/十倍频
波特图的优点：能够扩大频率的表达范围，并使作图方法得到简化
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3.2.2 RC 高通电路的频率响应
•
Au

U o U i
f

f 时， H
是一条斜率为-20dB/十倍频程的直线。放大电路
的通频带 f f - f 。
BW
H
L
相频特性：在 10 f f 0.1 f 时， -180 ；
L
H
在
f 0.1 f L
在 f 10 f H
时， -90 ；
时， -270 ；
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Au
Au( f ) — 幅频特性
( f ) — 相频特性
O
fL
f L — 下限截止频率
O
f H — 上限截止频率
2. 频带宽度(带宽)fBW(Band Width)
fBW = f H - f L f H
fH
f
f
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3.2 RC 电路的频率响应 3.2.1 RC 低通电路的频率响应

而
c
0b
m b'e
b 'e
b b'e
g I 所以 0 EQ
r U m
b'e
T
C C
(从手册中可查到）
ob
f c f 由
0 计算 ， 为特征频率(查手册）
T 2

T
r cb'e
c c c c (1 K )c
,
U K ce U b'e
1. 频率特性的描述
•R
•
Ui
C Uo
•
Au

U• o U• i

1 / j C R 1 / j C

1
1
j RC
1 1 j f
fH
令 1/RC = H, τ=RC
则 fH = 1/2RC
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|A• u |
1 0.70 7
O

O –45 –90
如果同时考虑耦合电容
C 1
和
C
，则可分别求出
对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率
f L1

2 R
1
R
C
S
i
1
fL2

2
1
RC
RL
C
这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折
频率。如果二者之间的比值在4~5倍以上，则
可取较大的值作为放大电路的下限频率。
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幅频特性
fH f f
相频特性
A•u
1 1 ( f / fH )2
-arctan f / fH
滞后
f 0 时,
•
Au
1 ； 0
f fH 时，Au•
1 0.707； -45
2
f fH 时，Au• 0 ； -90
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2. 中频段电压放大倍数
中频段，C可视为 短路，极间电容可 视为开路。
-180
A usm

U U
o s

U o U b'e

U b'e U i
UU
i s

-
g m
RL

r b 'e rbe

Ri Ri Rs
R R r r R r R R R //( ) // , //
1
usm
1 j
f
f
H
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4. 低频段电压放大倍数
低频段：极间电容视为开路 耦合电容 C 与电路中电阻串联容抗不能忽略
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U o

Rc
Rc RL
1
jC
(-gmU b'e)RL
A usl

U U
o s
20lg|Au| = 20lg0.707 = -3 dB 45
f 0.1 fL 20lg|Au| = -20lg f / fH
90
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例 ： 求已知一阶低通电路的上限截止频率。
1 k
戴维南定理等效
1 k
0.01 F
1//1 k 0.01 F
的影响： 因 值随频率升高而降低
结论：高频下不能采用 H 参数等效电路
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混合 型的建立 晶 体 管 结 构 示 意 图
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C
rbc
Cb
c
B rbb B Cb
rbe
e
Cbe ：不恒定， 与工作状态有关
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第3章 放大电路的频率响应
3.1 概述 3.2 RC电路的频率响应 3.3 晶体管的高频等效模型 3.4 共射放大电路的频率响应 3.5 放大电路的增益带宽积 小结
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3.1 概述
1.幅频特性和相频特性
Au Au ( f )( f )
Aum 0.707Aum
L ，由图可知： L Rc RLC ，其中， fL 1 2 L
而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的
时间常数 ；由图可知： RC ，
H
H

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其中
f 1 2
H
H
因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等
效电路，算出输入回路的时间常数 L
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否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图
的画法要复杂一些。 如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极
电阻 R 和旁路电容 E
C ，而且 E
C 的电容量不够 E
大，则在低频时不能被看作短路。因而，由 C E
又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，
由于 C 在射极电路里，射极电流 I 是基极电流
fH

1 2RC

1 2 3.14 0.5 k 0.01 F 31.8 (kHz)
例 ： 已知一阶高通电路的 fL = 300 Hz，求电容 C。
500 C 2 k
1
C
2fL R
1

2 3.14 300 Hz 2500
0.212 (F)
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U o U b'e

U b'e U i

U U
i s

-
g m
RL
r b 'e rbe

Ri Ri Rs
将分子分母同除以（Rc RL），便可以得到
A usl

1
j
(
Rc

R
)C
L

j(Rc
R
)C
L

-
g
m
RL

r b 'e rbe

Ri Ri Rs
令f
1
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3.3 晶体管的高频等效模型
3.3.1 晶体管的混合 型的建立
PN结结电容的影响： 在低频和中频情况下，信号频率较低，晶体管的PN结极间 电容的容抗很大，而结电容很小，两者并联时，可以忽略 极间电容的作用；而在高频情况下，晶体管的极间电容的 容抗变小，与其结电阻相比，影响就不能被忽略了。
i
b
bb'
b'e
b
be
L
c
L
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3. 高频电压放大倍数
C 视为短路， 仅考虑C’π 的影响
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R r r R R U r r R //( // ) ,
r U r R R U b'e
bb'
s
b
b'e b'e
i
s
i

s
be
be
i
s
1
A ush

U o U s

U o U b'e

U U
b'e
s
ห้องสมุดไป่ตู้
U s U s

-
g m
RL
Ri
j C
1
j C

r b 'e rbe

Ri Ri Rs

A usm 1
1
jR C
令
f
H

1
2R C
A A ush

R
R
1
1
1 1
U• i
C R
jC jRC U•o 令 1/RC = L 则 fL = 1/2RC
1
1- j fL f
A u
1 1 ( fL / f )2
arctan f L / f 超前
f 10 fL 20lg|Au| = 0 dB
0
f = fL
2. 放大电路频率响应的改善
为了改善低频响应，就要减小fL（如：采用直接 耦合）；为了改善高频响应就要增大fH（fH增大， Ausm必然减小，两者矛盾）。
3. 放大电路的增益带宽积
A f A f
1
常数
r usm
BW
usm H 2 ( )
和
H
，
则可以方便的画出放大电路的频率特性图。
对数幅频特性：在
f到 L
f H
之间，20lg A us
20lg A usm
是一条水平直线；在 f f 时，是一条斜率为 L
+20dB/十倍频程的直线；在
f

f 时，是一 H
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条斜率为+20dB/十倍频程的直线；在
射电路完整的电压放大倍数表
达式， 即
Aus Ausm 1 j f
j f fL
fL 1 j f
fH
共射电路完整波特图
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由上图可看出，画单管共射 放大电路的频率特性
时，关键在于算出下限和上限截止频率fL和fH。 下限截止频率取决于电容C所在回路的时间常数
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2. 频率特性的波特图
•R
•
Ui
C Uo
术
Au

1 1 ( f / fH)2
- arctan f / f L 滞后
f << fH f = fH
f >> fH
20lg|Au| = 0 dB
0
20lg|Au| = -20lg0.707 = -3 dB -45
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3.4 共射放大电路的频率响应
基本共射放大电路
为了分析简化，这 里只分析后一级放 大电路，即在考虑 耦合电容时，只考 虑C的影响，信号 源与放大电路为直 接耦合。
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1. 全频段小信号模型
全频段交流等效电路 中南大学信息科学与工程学院
E 简化的结构示意图
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晶体管的混合模型
Cb’c=Cμ, Cb’e=Cπ
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3.3.2模简化拟混合电模子型技 术
rce>>RL rb’c>>Cμ的容抗 将Cμ单向化： Cμ 及C’μ、 C’’μ中的 电流相同
晶体管的混合模型 中南大学信息科学与工程学院
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而在f从 到 以及从 到 的范围内， 相频特性都是斜率为 - 45 /十倍频程的直线。 前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际 的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大
误差为3dB，相频特性的最大误差为 5.71 ，
都出现在线段转折处。
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