北邮模电第五讲 放大电路的频率特性分析(1)

•
| H ( j) |
1
1 ( f / fH )2
arctan f / fH
4
低通电路频率特性
❖幅频特性
H
1
0.707
•
| H ( j) |
1
1 ( f / fH )2 0
❖相频特性
0
arctan f / fH 45o
90o
f
fH
f
fH
5
2、高通电路
C
+
+
❖ 电压传递函数
•
Ui
R
U0
0 f
0
2 (Cbe Cbc )rbe
gm
2 (Cbe Cbc )
计算Cbe的重要公式;
gm
I CQ UT
;
另：手册fT , f , Cbc Cob
作业
❖ 3.6(1)(2)
23
C
C bc g mube
rbb
B iB rbb
B
C bc
iC C
B
rbe
B'
＋ ube rbe
gm u be C be
－
E
re
E Cbe
16
三极管的PN结高频等效结构
❖ 信号频率较低时，C be、 C bc作用可忽略， 退化为h参数等效模型
iC gmube gmrbeiB 0iB
rbe
0
UT ICQ
i2 ube / Z1 i3 uo / Z2
＋
ui
＋ u be rbe
gm u be C be
＋
uo RL
－
－E
－
i1 i2 (Z1) i3(Z2 ) 等效方法
B iB r bb
B
＋
＋
i 2 gmube
ui
u be
r be
C be
Z1
－
－E
iC C
i3 ＋ uo
Z2 －
RL
18
单向化模型
B iB rbb
•
H
(
j)
Uo
•
－
－
Ui
jRC j L 1 jRC 1 j L
•
H ( jf )
j f fL
1 j f fL
❖ 下限截止频率 L 1/ RC fL 1/ 2 RC
❖ 幅频特性
❖相频特性
•
| H ( jf ) |
f / fL
1 ( f / fL)2
90 arctan f / fL
f
0 20lg0
1
f2
f
2
❖ 对数幅频和相频特性
0
20lg ( jf ) ＝20lg 0 20lg ＝－arctan f
1
f2
f
2
0
f
-45
❖特征频率 fT ：| ( jf )|=1(0dB
时所对应的频率
)Βιβλιοθήκη Baidu
-90
-20dB/ 十倍频
f
f
fT
0.1f f 10f
f
f2 T
f2
2 1 0
fT
f = fL，20 lg | H ( j) | 20 lg( f / fL ) 20 lg1 20 lg f - 20 lg fL
f ，20lg | H(j) | 0
10
高通电路的近似波特图
❖ 幅频特性以fL为拐点， 用两段直线近似
f fL，20lg | H ( j) | 0
20lg | H ( j) | 20lg f - 20lg fL 20lg|H| (dB)
❖Cbc等效到输入回路仍是一个电容CM(密勒电容)
CM (1 gmRL )Cbc
20
二、三极管交流电流放大倍数的高频特性
❖ 是f 的函数
B iB rbb
B
＋
＋
C bc i 1 iC C
gm u be
＋
因为 CbC 较小
ui －
ube r be C be －E
u o =0 －
| i1 || ube jCbC | gmube ic gmube
❖uo＝电容iCCRbLc等 效g到m 输ube出RL回路仍Z是1＝一j个(1电 容g1m，RL )大Cb小c 与 Cbc相等,与负载RL的作用相比可忽略
❖Cbc等效到输入回路仍是一个电容CM(密勒电容)
CM (1 gmRL )Cbc
19
单向化模型
B
r bb ＋
B
C gm u be
❖ 电路等效 i1 i2 i3 u be rbe Cbe CM
❖ 势垒和扩散电容合成为PN结电容。
空穴-电子对
13
三极管的PN结高频等效结构
rc
C
r C bc g mube
❖ c 发射极区体电阻
rbc rbb
B
rbe
❖ re 集电极区体电阻
❖ rbb 基区体电阻
❖ rbe发射结电阻
B'
❖ rbc 集电结电阻
❖ Cbc集电结电容
re
❖ Cbe 发射结电容
❖ gm 跨导
0
0.1fL fL 10fL
f
-3
f fL，斜率为20dB / 十倍频
❖ 相频特性用三段直线来近似
20dB/ 十倍频
f fL， 45
90
f 0.1 fL， 90
45
f 10 fL， 0
0
f
0.1 fL
f
10
f
，以斜率为
L
-
45
/
十倍频的直线下降
11
频率响应的特点
❖ 电路的截止频率取决于电容所在回路的 时间常数。
(1
0
)
UT I EQ
ib rbb
B
ic
gm
0
rbe
ICQ I EQ UT UT
gm只与静态工作点有关
ib
ic
＋
＋
Cbc
＋
＋
＋
ui
ube
rbe
gmube
Cbe
uo
RL ui rbe
0iB
uo
－
－
－
－
－
17
简化单向化混合模型
i1 (ube uo ) jCbc B iB r bb
B C bc i 1 i C C
6
高通电路频率特性
❖幅频特性
H 1
•
| H ( j) |
f / fL
0.707
1 ( f / fL)2
❖相频特性 90 arctan f / fL
0
fL
f
90o
❖通频带 B fH fL
45o
fL f fH
f
0
fL
7
3、波特图
❖ 采用对数坐标系画出电路的幅频特性曲线
和相频特性曲线称为波特图
－E
i1 (ube uo ) jCbc
i2 ube / Z1
1/ Z1 (1 uo / ube ) jCbc
i3 uo / Z2
1/ Z2 (1 ube / uo ) jCbc jCbc
❖u电o＝容 CiCbRcL等效g到m输 ub出eR回L 路仍Z是1＝一j个(1电 容g1m，RL )大Cb小c 与 Cbc相等,与负载RL的作用相比可忽略
电子电路基础
第五讲 放大电路的频率特性分析
（1）
主要内容
❖ 3.1 频率特性分析基础
❖ 3.2 三极管的高频等效模型
（1）三极管的PN结电容效应及其等效 高频结构
（2）共射混合模型
（3）简化单向混和模型
2
一、频率特性分析基础
❖ 影响频率特性的因素
阻容耦合电路中的耦合电容 晶体三极管极间电容
频率上升，三极管等效 下降，过高的频率 会引起放大倍数下降，产生相移
❖ 当信号频率等于下限频率 fL 或上限频率 fH 放大电路的增益下降3dB，且产生 45 相移
❖ 近似分析中，可以用折线化的近似波特图 表示放大电路的频率特性
12
二、三极管的高频等效模型
❖ 势垒电容：由PN结两边存储的电荷形成 ❖ 扩散电容：正偏压，PN结两边多子扩散形成
这些变化与电容充放电特性一致
H
-20dB/十倍频的直线
20lg | H ( j) | 20lg fH - 20lg f
(dB) arctan f fH 0.1fH fH 10fH
f
- 20dB/ 十倍频
❖
相频特性曲线用三段 直线来近似
f fH， 45
0
f
f 0.1fH， 0
-45
f 10fH， 90
-90
0.1fH f 10fH，以斜率为-45 / 十倍频的直线下降
9
高通电路的对数幅频和相频特性
❖ 低通电路频率特性的波特图
对数幅频特性
•
20lg | H | 20lg
f
20lg
fL
1 ( f )2 fL
dB
对数相频特性 90 arctan( f / fL )
f fL，20lg H(j) -20lg 2 3dB, 45,半功率点
•
f ? fL，20 lg | H ( j) | 20 lg( f / fL ) 20 lg( f / fL ) 0dB, 0
f fH，20lg | H ( j) | -20lg( f / fH ) 20lg fH - 20lg f f ，20lg | H(j) | -
8
低通电路的近似波特图
❖ 幅频特性以fH为拐点，20lg|H| 用两段直线近似
f fH，20lg | H(j )| 0
0 -3
f
f
，近似为斜率为
( j)＝iC ( j) iB ( j) uo 0
ube
[
1 rbe
g um be
j(Cbe Cbc )]
＝ 0 1 jCrbe
❖高频交流电流放大倍数呈低通特性
❖ 截止频率
f
＝
2
1 C
rbe
＝
2
(Cbe
1
Cbc
)rbe
的波特图
20lg| | (dB)
(
j)＝ 0
1 j
f
| ( j) |＝
❖ 耦合电容影响可等效为高通电路来描述
❖ 极间电容影响可等效为低通电路来描述
3
1、低通电路
R
+
+
❖ 电压传输系数
Ui
C
U0
－
－
•
•
H(
j)
Uo
•
Ui
1
1
jRC
•
H(
j)
1
1 j
H
•
H ( jf )
1
1 j
f
fH
❖ 上限截止频率 H 1/ 1/ RC fH 1/ 2 RC
❖ 幅频特性
❖ 相频特性
E Cbe Rce
❖ Rce集射间电阻
14
三极管的PN结高频等效结构
rc
C
C bc g mube
rbc
❖ re和rc 值很小可忽略
rbb
❖ 集电结等效电阻rbc远大于
B
B' Cbc的容抗，可认为rbc开路；
rbe
re
❖Rce远大于外接负载，视为开路
E Cbe Rce
15
三极管的PN结高频等效结构
❖ 低通电路频率特性的波特图
对数幅频特性
20 lg
|
•
H
|
20 lg
1 f 2
f
2 H
dB
对数相频特性 arctan f fH
f fH，20lg | H(j) | =-20lg 2 3dB, 45,半功率点
f fH，20lg | H(j)| 20lg 1 ( f / fH )2 =0dB, 0
B
＋＋
i2 gmube
ui
❖ 电路等效 i1 i2 i3 －
ube rbe Cbe Z1 －E
iC C
i3 ＋
uo Z2
RL
－
i1 (ube uo ) jCbc i2 ube / Z1
1 / Z1 (1 uo / ube ) jCbc
i3 uo / Z2
1 / Z2 (1 ube / uo ) jCbc jCbc