放大电路的频率响应

由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 半导体器件极间电容的存在，使放大倍数 为频率的函数。
在使用一个放大电路时应了解其信号 频率的适用范围，在设计放大电路时，应 满足信号频率的范围要求---通频带。
频率响应的基本概念
一、 高通电路
A u
UUOi
R
R
1
jC
1
1 1
jRC
令： fL
1 2RC
1
2 L f
u
f
L
1
f f
L
当 f fL 时， 20lg Au 0 dB
当f
fL 时， 20 lg Au
20 lg
f fL
当 f fL 时， 20lg Au 20lg 2 3dB
对数幅频特性：
20lg Au / dB
实际幅频特性曲线：
0
0.1 fL fL 10 fL
f
3dB
20
高通特性：
20dB/十倍频
第五章 放大电路的频率响应
第五章 放大电路的频率响应
§5.1 频率响应的有关概念 §5.2 晶体管的高频等效电路 §5.3 放大电路的频率响应
§5.1 频率响应的有关概念
一、本章要研究的问题 二、高通电路和低通电路 三、放大电路中的频率参数
一、研究的问题
放大电路对信号频率的适应程度，即 信号频率对放大倍数的影响。
四、波特图
为了在同一个坐标系下对比大范围变化的放大倍数和很 宽的频率响应范围，将前频率响应改用对数坐标—即所谓 的“波特图”，它也包含幅频特性和相频特性两个部分。
幅频特性改用波特图后将级联放大器增益的“乘/除”运 算变为了“加/减”运算！
§5.2 晶体管的高频等效电路
--考虑结电容的影响
一、混合π模型 二、电流放大倍数的频率响应 三、晶体管的频率参数
rbb
(1
)
26 IEQ
gmU be gm Ibrbe Ib
rbe
r be
rbb
(1
)
26 I
EQ
g
I EQ
m
rbe
26
Cμ可从手册中查得Cob ， Cob与Cμ近似相等。
Cπ数据可从手册中给定的特征频率fT和放大电路
的Q点求解。
晶体管电流放大倍数β的频率响应
从混合π等效模型可以看出，管子工作在高频段时，若 基极注入的交流电流Ib的幅值不变，则随着信号频率的 升高，b/-e间的电压Ub/e的幅值将减小，相移将增大； 从而使IC的幅值随Ub/e线性下降，并产生与Ub/e相同的 相移。
_
_
RC 低通电路图
Au
1
f 2
1
fH
arctan
f fH
20lg Au / dB
对数幅频特性：
0
0.1 fH fH 10 fH
f
3dB
20
20dB/十倍频
40
对数相频特性： 在高频段， 0
0.1 fH fH 10 fH
f
低通电路产生
45º
0~ 90°的滞后
5.71º
45º/十倍频 5.71º
电容值分别为：
•
C
(1
K
)C ;
其中：
K
U ce
U be
C
•
K 1
•
C
K
•
C＝C （1 K）C
简简化化混混合合模模型型的的简简化化 ((Cb))单忽向略化C／后／的μ的混混合合模模型型
混合 模型的主要参数
将混合 模型和简化的h参数等效模型相比较， 它们的电阻参数完全相同。
rbb
rbe
rbe
当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，
而是频率的函数。
电流放大系数的定义：
I c
I
U ce C
b
求共射接法交流短路电流放大系数β
•
0
0
1 jrbeC 1 j f
因极型为总图负C（π载C＞）电＞。阻CRu/／/ Ｌ，，且C一u//般中情的况电下流。可C忽u// 略的不容计抗远，大得于简集化电模
简化混合 模型的简化 (b)单向化后的混合 模型
简化混合 模型的简化 (C) 忽略C／／μ的混合 模型
等效电容的求法
密勒定理：
用两个电容来等效 Cμ 。分别接在 b、e 和 c、e 两端。
相移。
90º
低通电路的波特图
二、高通电路和低通电路
1. 高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。
. Uo
. I
U
o
超前
U
，当
i
f
0时；
. Uo 0，Uo超前Ui 90。
Ui
2. 低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。
.
I .
U
滞后
o
U
，当
i
f
时；
Ui Uo 0，Uo滞后Ui 90。
j
Au
1
1 1
j L
1 1 fL jf
fL f
1 j fL
C
+
+
U i
R
U O
_
_
RC 高通电路
f
模： A u
f L
f
2
1
f L
相角： 90 arctan( f )
f L
fL 称为下限截止频率
f
A u
f L
f
2
1
f L
放大电路的对数频率特性称为波特图。
则有：
2
20 lg A 20 lg f 20 lg
一、混合π模型
1. 模型的建立：由结构而建立，形状像Π，参数量纲各不相同。
(a)晶体管的结构示意图
U be
(b)混合 模型
rb 'c
简化的混合 模型 通常情况下，rce远大于c-e间所接的负载电阻，而 rb’c也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和rb’c开路。
U be
(b)混合 模型
Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。 常将Cμ等效在输入回路和输出回路，称为单向化。单向 化靠等效变换实现。
45º/十倍频 45º
5.71º
0 0.1 fL fL 10 fL
f
相频特性
在低频段，高通电路产生 0 ~ 90° 的超前相移。
二、 RC 低通电路的波特图
1
A u
jC
R 1
1
1 jRC
jC
令：
fH
1
2 H
1 2RC
fH 称为上限截止频率
则：
A u
1
1
j H
1 1 j
f
fH
R
+
+
U i
C
U O
40
幅频特性
当 f ≥ fL(高频)， Au 1 当 f < fL (低频)， Au 1
最大误差为 3 dB， 发生在 f = fL处
且频率愈低，Au 的值愈小， 低频信号不能通过。
对数相Biblioteka Baidu特性
相角： 90 arctan( f )
f L
误差
90º
5.71º
f fL 时， 0; f fL 时， 90; f fL 时， 45
.
Uo
使输出电压幅值下降到70.7%，相位为±45º的信号频率为 截止频率，又称为3dB转折点频率。
三、放大电路中的频率参数
结电容
高通 电路
低通 电路
下限频率
fbw fH fL 上限频率
在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路 电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。
在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和 分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号 损失，放大能力下降。