康华光-电子技术基础(第六版)模拟部分ch06

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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 ) 1 / sC 2 1 Vi ( s ) R2 1 / sC 2 1 sR2C 2
AVH 1 1 ( f / f H )2
+
R2
+
幅频响应
相频响应
V i

C2
为线性失真或频率失真）。
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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。 f ( ) A
/
f / Hz
(b)
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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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。
V o

H arctan ( f / fH )
1 fH 2πR2C 2
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
+ +
| /dB 20lg| A VH
0 0.01fH 3dB -20 -20dB/十倍频 -40 0.1fH fH 10fH f/Hz
1 1 ( fL / f )
1
2
1 ( fL / f )
20lg AVL 20lg1 0 dB
0分贝水平线
当 f f L 时 ，
AVL
1 1 ຫໍສະໝຸດ Baidu( fL / f )
2
f / fL
20lg AVL 20lg( f / f L )
最大误差 -3dB
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1. 增益的传递函数
则
其中 第1项是与频率无关的通带内源电压增益
A A VSL VSM 1 1 1 1 j( f L1 / f ) 1 j( f L2 / f ) 1 j( f L3 / f )
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
由前两个方程得
gmV gs
1
1 1 1 Rsi Rg gm jCs jCb1

Rg
V s
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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
V AVSL o Vs Rg Rd 1 RL 1 1 1 1 R R R R L si g d jC b2 gm jC s jC b1
《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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2
绪论 运算放大器 二极管及其基本电路 场效应三极管及其放大电路 双极结型三极管及其放大电路 差分式放大与频率响应 模拟集成电路 反馈放大电路 功率放大电路 信号处理与信号产生电路 直流稳压电源
Rg 1 1 1 gm ( Rd || RL ) 1 gm 1 Rg Rsi 1 1 1 j ( Rd RL )Cb2 jCs j ( Rsi Rg )Cb1

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6.3.1 共源放大电路的低频响应
Rsi ＋ . Vs － － . Vi Rg Cb1 g ＋ ＋ . Vgs － s Cs － d . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋
R d R V gmV o L gs 1 Rd RL jC b2
6.2.1 RC高通电路的频率响应
2. 频率响应曲线描述
( fL / f ) 相频响应 L arctan
| /dB 20lg| A VL
0 0.1fL 3dB -20 20dB/十倍频 -40 fL 10fL 100fL f/Hz
当 f f L 时 ， L 0 当 f f L 时 ， L 90 当 f fL 时 ，
1. 增益的传递函数
R 1 1 1 g g ( R || R ) A VSL m d L 1 gm 1 Rg Rsi 1 1 1 j ( Rd RL )Cb2 jCs j ( Rsi Rg )Cb1 Rg 令 AVSM gm ( Rd || RL ) 通带内（中频）增益，与频率无关 Rg Rsi
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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
A A VSL VSM 1 1 j( fL2 / f )
L 45
当0.1 f L f 10 f L 时 ，
斜率为 45 / 十倍频的直线 V 因为 AV o A V V
L
90 -45/十倍频 45
所以 o i 表示输出与 输入的相位差。 低频时，输出超前输入
11
i
0
f/Hz
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。
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
Vs － Cb1 g ＋ ＋ . Vgs － s Rs － Cs － d . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋
. Vi Rg
Rg Rg1 || Rg2
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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
Rsi ＋ . Vs － d ＋ . Vgs － s Cs － － . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋ － . Vi Rg Cb1 g ＋ ＋ . Vgs － s Rs Cs － d . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋
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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、 Rsi 旁路电容的阻抗增大，不能再视为 ＋ 短路。 .
Rd Rg1 Cb1 ＋ Rsi vs ＋ － g s Rg2 Rs d iD T B Cs －VSS +VDD Cb2 ＋ ＋ vo － RL
1 Rs Cs
则Rs可作开路处理
Cb1 g ＋ Rsi ＋ . Vs － . Vi Rg
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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
Rsi Cb1 g ＋ ＋ . Vgs － s Cs － － d . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋
V i

C2
V o

RC 低通电路
H
幅频响应 AVH
1 1 ( f / fH )
2
0 -45/十倍频 -45
f/Hz
( f / fH ) 相频响应 H arctan
输出滞后输入
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-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

1 Cb1
＋ . Vs －
. Vi Rg
Rg上的电压
| |V gs
Cb1所在的输入回路 构成的是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
定性讨论 输出回路
Rsi Cb1 g ＋ ＋ . Vgs － s Cs － － d . Id . gmVgs Rd RL . Vo Cb2 ＋
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3
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
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。
0 20lg|AV|/dB 低频区 3dB (a) 带宽 中频区（通频带） 高频区
0
fL
fH
f / Hz
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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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6.2.1 RC高通电路的频率响应
1. 增益的传递函数
AVL ( s ) Vo ( s ) R1 s Vi ( s ) R1 1 / sC1 s 1 / R1C1
L arctan ( fL / f )
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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
当 f f L 时 ，
AVL 1
2
| /dB 20lg| A VL
0 0.1fL 3dB -20 20dB/十倍频 -40 fL 10fL 100fL f/Hz
+
C1
+
又 s j j2πf 则
且令 f L
1 2πR1C1
V i

R1
V o

V 1 AVL o Vi 1 j( f L / f )
RC 高通电路
电压增益的幅值（模） AVL 电压增益的相角
1 1 ( fL / f )
2
（幅频响应） （相频响应）
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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

1 1 C s 和 Cb2
＋ . Vs －
. Vi Rg
| |V o
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
V g Rg 1 Rsi Rg jCb1 V 1 g V V gs g m gs jCs V s
V
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
f L1
f L2 f L3

1 2π( Rsi Rg )Cb1
gm 2πCs 1 2π( Rd RL )Cb2
Cb1引起的下限截止频率 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