模拟电路第3章

3.4 共发射极放大电路的频率特性 波特图 将横坐标用 lgf， 幅频特性的纵坐标为 201g， 单位 将横坐标用 ， 幅频特性 的纵坐标为 ， 为分贝(dB)；相频特性的纵坐标仍用 ，而不取对数。 为分贝 ；相频特性的 纵坐标仍用φ，而不取对数。 这样得到的频率特性称为对数频率特性或波特图。 这样得到 的频率特性称为对数频率特性或波特图。采用对数坐标的优点主要是将频率特性压缩了，采 用对数坐标的优点主要是将频率特性压缩了 ， 可以在较小的坐标范围内表示较宽的频率范 围， 可以在较小的坐标范围内表示较宽的频率范围 ， 使 低频段和高频段的特性都表示得 很清楚。 而且将乘、 低频段和高频段的特性都表示得很清楚 。 而且将乘 、 除法运算转 换为加、减法运算。 除法运算转换为加、减法运算。 ?下面分别讨论共发射极放大电路中 、 低 、 高频时的 下面分别讨论共发射极放大电路中、 下面分别讨论共发射极放大电路中 频 率特性。 频率特性。 3.4.1 中频放大倍数 A 中频放大倍数 usm c ? = ? βR A um rbe ? A s =A um um r r β C R i =? i R +r s i R +r r s i be 3.4.2 低频放大倍数 A 低频放大倍数 usl 及波特图 由于 1 不影响 o 与 Ui 由于 C 不影响 U 的关系， 的关系，只影响输入 回路， 回路， ri=Rb//rbe，有 c ? = A = ?β R ? A ul um r be C ? =U R +r +1/ jω 1 ? s i Us i r i r i ? =A ? A usl ul R +r +1/ jω 1 C s i 1 ? =A usm 1+1/ jω(R +r )C s i 1 令τl=（Rs+ri）C1 =1/ 2πfl ，ω= 2πf 低频段电压放大倍数的频率特性 ? A =Ausl usm 1 1 ? =A usm 1+1/ jτl 1? jfl / f A = usl 1+( fl / f ) A usm 2 20lg A = 20lg A ?20lg 1+( fl / f ) 2 usl usm φ=-180°+ arctg(fl / f ) 低频段电压放大倍数的频率特性 1.幅频特性 1.幅频特性 ? 当 f>>fl 时，20lgAusl≈20lgAusm，幅频特性趋近于直线 20lgAusm ； ? 当 f<<fl 时, 20lgAusl≈20lgAusm+20lg(f/fl)，幅频特性趋近于斜率 ， 倍 频程的斜线， 处与 20lgAusm 直线相交。 直线相交。 为 20dB/l0 倍频程的斜线，在 f=fl 处与 倍频程的斜线 ? 幅频特性可用上述两条直线构成的折线来近似。幅频特性可用上述两 条直线构成的折线来近似。
本文由 heping5165 贡献 ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。 第三章 放大电路的频率特性 在电子电路中所遇到的信号往往不是单一频 率的正弦信号， 率的正弦信号，而是各种 不同频率分量组成的复 合信号。由于晶体管本身具有电容效应， 合信号。由于晶体管本身 具有电容效应，以及放 大电路中存在电抗元件(如耦合电容 如耦合电容 C 大电路中存在电 抗元件 如耦合电容 1、C2 和旁路 电容 C ，因此，对于不同频率分量， 电容 E)，因此，对 于不同频率分量，电抗元件的 电抗和相位移均不同。所以， 电抗和相位移均不同。所以， 放大电路的电压放 大倍数 A 和相角φ成为频率的函数 成为频率的函数。 大倍数 u 和相角 成为频率的函数。我们把这种函 数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。 数关系称为 放大电路的频率响应或频率特性。 3.1 频率特性的一般概念 3.1.1 频率特性的概念 1. 中频区 各种电容作用可以忽略的频率范围通常称为中频区。 各种电容作用可以忽略的频率范围通常称为中频区。 在中 频区内，电压放大倍数 A 基本上 不随频率而变化， 频区内，电压放大倍数 u 基本上不随频率而变化，保持一常 此时的放大 倍数称为中频区放大倍数 A 数 ， 此时的放大倍数称为中频区放大倍数 um 。 由于电容不 考虑，所以也无附加相移。 考虑，所以也无附加相移。第二章所进行的动态分析都是在 放 大电路的中频区。 放大电路的中频区。 2. 高频区 高频区， 高频区，影响频率特性的主要 因素是管 子的极间电容和接线电容等， 子的极间电容和接线电容等，这些电容对 高频特性 的影响可用 RC 低通电路图来模 高频特性的影响可用 低通电路图来模 拟。 当频率↑ 容抗 1/ω ↓ 当频率↑，容抗 ωC↓，致使容抗上 的分压减小，放大电路的输出电压减小， 的 分压减小，放大电路的输出电压减小， 从而使放大倍数下降。 从而使放大倍数下降。同时 将在输出电压 与输入电压间产生附加的滞后相移。 与输入电压间产生附加的滞后相移。 RC 低通电路图 低通电路图 3. 低频区 在放大电路的低频区内，耦合电容和射 在放大电路的低频区内， 极旁路电 容对放大电路的影响，可用 RC 高 极旁路电容对放大电路的影响，可用 高 通电路图来模拟。 当频率降低时， 通电路图来模拟。当频率降低时，容抗增 致使容抗上的分压加大， 大，致 使容抗上的分压加大，放大电路的 输出电压减小，从而使放大倍数降低。 输出电压减小， 从而使放大倍数降低。同 时也会在输出电压与输入电压间产生附加 的超前相移。 的超前相 移。 RC 高通电路图 高通电路图 截止频率 综上所述，在频域内， 综上所述，在频域内，共发射极放大电路的电压放大 倍数 将是一个复数， 幅度 A 和相角φ都是频率 的函数， 都是频率 f 的函数 将是一个复 数， 幅度 u 和相角 都是频率 的函数，分别称 为放大电路的幅频特性和相频特性。 为放 大电路的幅频特性和相频特性。我们将放大倍数下降到 中频区放大倍数 Aum0.707 倍的频率 通称为截止频率，在低频 中频区放大倍数 倍的频率通称为截止频率， 倍的频率通称为截止 频率 的段截止频率称为下限频率 f 的段截止频率称为下限频率 l ，在高频段的截止频率称 为上 限频率 f 下限频率称之差为通频带 f 通频带的宽度， 限频率 h ，上、下限频率称之 差为通频带 bw。通频带的宽度， 表征放大电路对不同频率的输入信号的响应能力， 表征放 大电路对不同频率的输入信号的响应能力，它是放大 电路的重要技术指标之一。 电路的重 要技术指标之一。 共发射极放大电路的频率特性 (a) 幅频特性 (b) 相频特性
抗不能忽略， 开路。 开路。 (3)高频段： 耦合电容视为短路 ， 而极间电容的容抗不能 高 频段： 高频段 耦合电容视为短路， 忽略。 忽略。 这样求得三个频段的频率特性，然后再 进行综合。 这样求得三个频段的频率特性，然后再进行综合。这样做 的优点是，可使分析 过程简单明了， 的优点是，可使分析过程简单明了，且有助于从物理概念上 来理解各个参 数对频率特性的影响。 来理解各个参数对频率特性的影响。 下面以共发射极放大电路为例， 分别讨论中频、 下面以共发射极放大电路为例，分别讨论中频、低频和高 频时频率特性。 频 时频率特性。
3.1.2 线性失真 由于放大电路对不同频率成分的放大倍数不同，由于放大电路对不同频率成分的放大倍 数不同，而产生的 失真称为幅频失真； 失真称为幅频失真；同样由于放大电路对不同频率 成分的相 位移不同，而产生的失真称为相频失真。 位移不同，而产生的失真称为相频失真。 无论是幅频失真还 是相频失真，都是由线性电抗元件引起的， 是相频失真，都是由线性电 抗元件引起的，故这种失真称为 线性失真， 线性失真，在输出波形中不产生新的频率成分 。 幅频失真 相频失真 3.2 晶体管的频率参数 影响放大电路的频率特性，除了电容外，还有影响高频特 影响放大电路的频率特性，除 了电容外， 性的晶体管内部频率参数：共射极截止频率 f 特征频率 f 性的晶体管内部频率 参数：共射极截止频率 β、特征频率 T 和共基极截止频率 f 和共基极截止频率 α等。 3.2.1 共射极截止频率 f 共射极截止频率 β 晶体管共发射极放大电路的电流放大系数β 晶体管共发射极放大电路的电流放大系数 β是也频率的函 低频时， 是常数；当频率升高时， 数。中、低频时，β= β0 是常数；当 频率升高时，由于管子内 部的电容效应，其放大作用下降，所以β可表示为 可表示为： 部 的电容效应，其放大作用下降，所以 可表示为： β= β0 f 1+ j fβ β= β0 f ? 1+? ? ?f ? ? β? 2 (幅频特性 幅频特性) 幅频特性 φβ=-arctan f/fβ (相频特性 相频特性) 相频特性 将β幅值下降到 0·707β0 时的频率 β定义为的截止频率。 幅值下降到 β 时的频率 f 定义为的截止频率。 3.2.2 特征频率 f 特征频率 T 将幅频特性下降到 1 时的频率 将幅频特性下降到 1 将幅频特性下降到 fT 定义为的特征 频率。 定义为的特征频率。 ?通常 fT/fβ>>1，由幅频特性可 通常 f >>1， 通常 以得到 f 的近似关系： 以得到 fT 与 fβ的近似关系： fT≈β0 fβ 3.2.3 基极截止频率 f 基极截止频率 α 共发射极放大电路的电流放 共发射极放大电路的电流放 大系数α也是频率的函数，大 系数α也是频率的函数，当 频率升高时， 频率升高时， α的幅值下降 到 0·707α0 时的 频率 α定义为 α 时的频率 f 的截止频率。 的截止频率。 ?由α与β的关系可得 由 fα =(1+β0)fβ β ?共基极放大电路的频率特性 共基极放大电路的频率特性 要比共发射极放 大电路的频率 特性好的多。 特性好的多。 fα、fT、 fβ的关系为 fα>fT> fβ
3.3 晶体管高频微变等效电路 节导出的 H 参数微变等效电路适用于中频放大电 在 2.4.1 节导出的 参数微变等效电路 适用于中频放大电 节导出的 但在高频的情况下，由于晶体管的极间电容不可忽略， 路。但 在高频的情况下，由于晶体管的极间电容不可忽略， 其物理过程有些差异，为此，引出高频 微变等效电路， 其物理过程有些差异，为此，引出高频微变等效电路，即混 合参数Π型模 型 型模型。 合参数 型模型。 3.3.1 混合参数Π型模型 混合参数 型模型 (a) 结构示意图 (b) 完整混合参数Π型模型 完整混合参数Π (c)混合参数Π型简化模型 混合参数Π 混合参数 混合参数Π型模型说明 混合参数 型模型说明 rbb‘表示基区体电阻， rbb’ =rb。注意图中的 ，是基区内 注意图中的 b‘， 表示 基区体电阻， 的虚拟基极，与基极引出端 b 是不同的 是不同的。 的虚拟基极，与基极引出 端 是不同的。 ? rb‘e 是发射结电阻。由于 处于正向偏置，故 rb’e 很小。 是发射结电 阻。由于 be 处于正向偏置 处于正向偏置， 很小。 ? Cb‘e 为发射结电容。 为发射结电容。 ? rb‘c 和 Cb’c 是集电结的结电阻和结电容，由于集电结工作时 是集电结的结电阻和结电容， 处于反向偏置， 的值很大， 并联可以忽略不计。 处于反向偏置，故 rb‘c 的值很大，与 Cb'c 并联可以忽略不计。 表示，而不用βI 其原因是， ? 受控电流源用 mUb‘e 表示，而 不用βIb，其原因是，由于 受控电流源用 g 结电容的影响， 不能保持正比关系。这里的 g 结 电容的影响，Ic 和 Ib 不能保持正比关系。这里的 m 称为 互导， 具有电导的量纲。 互导， 具有电导的量纲。 ? rce 为电流源内阻，阻值较大，与负载 L 并联后可略去。 为电流源内 阻，阻值较大，与负载 R 并联后可略去。 ? 根据上述各元件的参数，可将高频下的电路结 构(a)图等 根据上述各元件的参数，可将高频下的电路结构(a) (a)图等 效为(b) (b)图 进 而化简为(c)图 由于电路形状象Π 效为(b)图,进而化简为 图。由于电路形状象Π，各元件 参数具有不同的量纲，因而称之为混合参数Π型模型， 参数具有不同的量纲，因而称之为混 合参数Π型模型，即 晶体管高频微变等效电路。 晶体管高频微变等效电路。 3.3.2 高频微变等效电路参数的获得 低频区Π参数和 参数等效电路比较 低频区Π参数和 H 参数等效电路比较 1.电阻参数 b'e 和互导 gm 电阻参数 r 电阻参数 和互导 g 在低频区，如果忽略 C 影响，则晶体管的 H 在 低频区，如果忽略 b‘e 和 Cb’c 影响，则晶体管的 H 参数 模型与Π参数模型是一致的， 模 型与Π参数模型是一致的，所以高频微变等效电路中的电 阻参数和互导 g 都可以通过低频 微变等效电路中 H 参数得到。阻参数和互导 gm 都可以通过低频微变等效电路中 H 参数得到。 ∵ rbe= rb b'+rb'e = rb b' +(1+β0)26/IE ∴ rb'e = (1+β0)26/IE Ub'e=Ib rb'e ∵ gmUb'e=βIb ∴gm= β0/ rb'e ≈ IE / 26 电容 C 2.电容 b'e 和 Cb'c Cb'e= gm/2πfT fT 和 Cb’c 可从手册中查到 ? 同低频微变 等效电路一样，高频小信号等效电路 同低频微变等效电路一样， 中的参数也要采用 Q 点上 的参数。 中的参数也要采用 Q 点上的参数。 ? 注意上式中的β0 是中频共发射极电流放ຫໍສະໝຸດ Baidu 系数， 注意上式中的β 是中频共发射极电流放大系数， 通常器件手册中所给出的参数就是 β 通常器件手册中所给出的参数就是 0 3.4 共发射极放大电路的频率特性 在对放大电路的具体分析时，通常分成三个频段考虑： 在对放大电路的具体分析时，通 常分成三个频段考虑： (1)中频段： 全部电容均不考虑 ， 耦合电容视为短路 ， 级 中频 段： 中频段 全部电容均不考虑，耦合电容视为短路， 间电容视为开路。 间电容视为开路。 (2)低频段： 耦合电容的容抗不能忽略 ， 而极间电容视为 低频段： 低频段 耦合电容的容