模拟电路第3章

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1、模拟电路第模拟电路第 3 3 章章本文由 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

2、同。所以，放大电路的电压放 大倍数 A 和相角 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

3、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/ 当频率，容抗 C，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

4、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 都是频率 的函数， 都是频率

5、 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

6、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

7、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 、特征频率 T 和共基极截止频率 f 和共基极截止频率 等。3.2.1共射极截止频率 f 共射极截止频率 晶体管共发射极放大电路的电流放大系数 晶体管共发射极放大电路的电流放大系数 是也频率的函 低频时， 是常数；当频率升高时， 数。中、低频时，= 0 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 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：=0f 1+ j f=0f ?

8、 1+? ? ?f ? ? ?2(幅频特性 幅频特性) 幅频特性=-arctan f/f(相频特性 相频特性) 相频特性将 幅值下降到 07070 时的频率 定义为的截止频率。 幅值下降到 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/f1，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 f 的近似关系： fT0 f3.2.3基极截止频率 f 基极截止频率 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

9、数 也是频率的函数， 大系数 也是频率的函数，当 频率升高时， 频率升高时， 的幅值下降 到 07070 时的频率 定义为 时的频率 f 的截止频率。 的截止频率。 ?由 与 的关系可得 由 f=(1+0)f ?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。f、fT、 f 的关系为 ffT f3.3 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

10、， 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 型模型 型模型。 合参数 型模型。 3.3.1混合参数 型模型 混合参数 型模型(a) 结构示意图(b) 完整混合参数 型模型 完整混合参数 (c)混合参数 型简化模型 混合参数 混合参数混合参数 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。 ? rbe 是发射结电阻。由于 处于正向偏置，故 rbe 很小。

11、是发射结电阻。由于 be 处于正向偏置 处于正向偏置， 很小。 ? Cbe为发射结电容。 为发射结电容。 ? rbc 和 Cbc 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 rbc 的值很大，与 Cbc 并联可以忽略不计。 表示，而不用I 其原因是， ? 受控电流源用 mUbe 表示，而不用 Ib，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。 ? rc

12、e 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 效为(b)图,进而化简为 图。由于电路形状象 ，各元件 参数具有不同的量纲，因而称之为混合参数 型模型， 参数具有不同的量纲，因而称之为混合参数 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 参数和 参数等效电路比较 低频区 参数和 H 参数等效电路比较

13、 1.电阻参数 be 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 be 和 Cbc 影响，则晶体管的 H 参数 模型与 参数模型是一致的， 模型与 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+rbe = rb b +(1+0)26/IE rbe = (1+0)26/IE Ube=Ib rbe gmUbe=Ib gm= 0/ rbe IE / 26电容 C 2.电容 be 和

14、 Cbc Cbe= gm/2fT fT 和 Cbc 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 0 是中频共发射极电流放大系数， 注意上式中的 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 通常器件手册中所给出的参数就是 03.4 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

15、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

16、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。3.4 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，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