模电 康华光著 第六版 ppt06

Vo


RC 高通电路
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 20lg| AVL | /dB
幅频响应 AVL

AVSL

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
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
1. 增益的传递函数 定性讨论
Cb1 g ＋
输出回路

1
1
Cs 和 Cb2
|Vo |
Rsi
. ＋ Vi Rg . Vs －
－
. d Id
Cb2
＋
＋
. Vgs
. gm Vgs
－ s
Rd
. RL Vo
Cs －
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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带宽
高频区
fH
f / Hz
f / Hz
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。
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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。
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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。
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

Rg Rg
1
jCb1
Vs
Vgs

Vg
1
jCs

gmVgs
Cb1 g
＋
Rsi .
＋ Vi Rg . Vs －
－
. d Id
Cb2
＋
＋
. Vgs
. gm Vgs
－ s
Rd
. RL Vo
Cs －
放大电路典型的频率响应曲线
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
20lg|AV|/dB 低频区
(a)
幅频响应曲线，图b是相
频响应曲线。一般有 fH >> fL
0 fL
/
如果信号的所有频率成
0
份均落在通频带内，则
基本上不会出现频率失 (b)
真现象。
中频区（通频带） 3dB
20lg 1 ( fL2 / f )2
水平线不是0 dB
0 L 0
-90 -135
0.1fL2 fL2 10fL2 100fL2 f/Hz f/Hz
-45/十倍频
180 arctan( fL2 / f )
-180
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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6.2.1 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 2πR1C1
则
AVL

Vo Vi

1
1 j( fL
/
f
)
+
+
Vi
R1
0
f/Hz
3dB
-20 -20dB/十倍频
-40
RC 低通电路
H
幅频响应 AVH
1 1 ( f / fH )2
0
-45
相频响应 H arctan ( f / fH )
f/Hz -45/十倍频
输出滞后输入
-90
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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
2
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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
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 f L1
/
f
) 1
j(
1 fL2
/
f
) 1
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。
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
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
fL
10fL 100fL
0
f/Hz
3dB
当 f fL 时， L 90
-20
当 f fL 时， L 45
当0.1 fL f 10 fL 时，
-40
斜率为 45 / 十倍频的直线 L
因为
AV

Vo Vi

AV
90
所以 o i 表示输出与
Rs
Cs
－
Rsi
＋ vs
Cb1＋
Rg1 g
Rg2
d iD
T
B s
Rs
Cs
＋ vo RL －
Rg Rg1 || Rg2
－
－VSS
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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
Cb1 g ＋
为简化分析，设低频区内，有
1
Cs

Rs
则Rs可作开路处理




Vo

RL



Rd

Rd RL
1
jCb2

gmVgs


由前两个方程得
gmVgs
1 1 1
gm 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

1. 增益的传递函数
AVSL

AVSM
1
j(
1 fL2
/
f)
20lg| AVSL | /dB 20lg| AVSM |
AVSM

gm (Rd
||
RL )
Rg Rg Rsi
20dB/十倍频
2. 增益的频率响应波特图
20 lg | AVSL | 20 lg | AVSM | 1
1. 增益的传递函数 定性讨论 输入回路

1
Cb1
Rg上的电压
Cb1 g
＋
Rsi .
＋ Vi Rg . Vs －
－
|Vgs |
Cb1所在的输入回路 构成的是RC高通电路
. d Id
Cb2
＋
＋
. Vgs
. gm Vgs
－ s
Rd
. RL Vo
Cs －
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
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
f L1

2π( Rsi
1 Rg )Cb1
Cb1引起的下限截止频率
f L2

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
相频响应 H arctan ( f / fH )
R2
+
+
Vi
C2
Vo


RC 低通电路
fH

1 2 πR2C 2
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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


20lg| AVH | /dB
0.01fH 0.1fH fH
10fH
45
输入的相位差。
20dB/十倍频 -45/十倍频
低频时，输出超前输入
0
f/Hz
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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 / sC 2 R2 1 / sC 2

1
1 sR2C 2
幅频响应
1 AVH 1 ( f / fH )2
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
AVSL

AVSM
1
j(
1 f L1
/
f
) 1
j(
1 fL2
/
f
) 1
j(
1 fL3
/
f
)
f L1

2π( Rsi
1 Rg )Cb1
f L2

gm 2πCs
fL3

2π( Rd
1 RL )Cb2
Cb1 g ＋
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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
Cb1 g ＋
低频区内，电路中的耦合电容、 Rsi
旁路电容的阻抗增大，不能再视为
短路。
+VDD源自文库
Rd
＋Cb2
＋ . Vs
－
. Vi Rg －
. d Id
Cb2
＋
＋
. Vgs
. gm Vgs
－ s
Rd
. RL Vo
f )2

f
/
fL
20lg AVL 20lg( 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 20lg| AVL | /dB
相频响应 L arctan ( fL / f ) 当 f fL 时， L 0
0.1fL
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
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华中科技大学 张林
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）。
《电子技术基础》
模拟部分 （第六版）
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
Cb1 g
. d Id
＋
Rsi
＋ . Vs －
. Vi Rg －
＋ . Vgs －
s
. gm Vgs
Rd Cs
Cb2 RL
Rsi
＋ . Vs －
. Vi Rg －
＋
. Vo
－
. d Id
Cb2
＋
＋
. Vgs
. gm Vgs
－ s
Rd
. RL Vo
Rs
Cs
－
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
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
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6.3.1 共源放大电路的低频响应
1 1 ( fL / f )2
当 f fL 时，
1
AVL
1 1 ( fL / f )2
20 lg AVL 20 lg1 0 dB
0.1fL
fL
10fL 100fL
0
f/Hz
3dB
-20 20dB/十倍频
-40
0分贝水平线
当 f fL 时，
AVL
1 1 ( fL /