53-场效应管的高频等效模型-54单管放大电路的频率响应课件.ppt

1、5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下：场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下：一般情况下，一般情况下，rgs和和 rds比外接电阻大得多，可认为是开路。比外接电阻大得多，可认为是开路。Cgd可进行等效变化，使电路单向化。可进行等效变化，使电路单向化。Cgd等效变化：等效变化：g-s之间的等效电容为之间的等效电容为d-s之间的等效电容为之间的等效电容为)(1LmgddsdsRgKCKKCC )()1(LmgdgsgsRgKCKCC 图图5.3.1 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型(b)简化模型简化模型5.4 单

2、管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4.1 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+Rs+SUOUiU+图图5.4.1 单管共射放大电路单管共射放大电路中频段：中频段：各种电抗影各种电抗影响忽略，响忽略，Au 与与 f 无关；无关；低频段：低频段：耦合电容耦合电容(或或旁路电容旁路电容)压降增大，压降增大，Au降降低。与电路中的电阻构成低。与电路中的电阻构成RC 高通电路；高通电路；高频段：高频段：三极管的极间电容并联在电路中，三极管的极间电容并联在电路中，Au降低。降低。而且，构成而且，构成 RC 低通电路。低通电路。一、中频电压放大倍数一、中

3、频电压放大倍数耦合电容耦合电容 可认为交流短路；极间电容可视为交流开路。可认为交流短路；极间电容可视为交流开路。1.中频段等效电路中频段等效电路由图可得：由图可得：bbebbebebisbeebisieb/rrrrRRUrrRRRU式中式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU 图图5.4.2 中频段等效电路中频段等效电路e bc +sU+b eb rbb rRbRcRseb UoUiUebm Ug2.中频电压放大倍数中频电压放大倍数已知已知 ，则，则eb0m rg bec0isismrRRRRAu 结论：结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简中频电压放大倍数的表达式，与利用

4、简化化h参数等效电路的分析结果一致。参数等效电路的分析结果一致。cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu 二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数考虑考虑耦合电容耦合电容(或旁路电容或旁路电容)的作用，其等效电路：的作用，其等效电路：C1与输入电阻与输入电阻构成一个构成一个 RC 高通高通电路。电路。sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 图图5.4.3 低频段等效电路低频段等效电路e bc +sUb eb rbb rRbRcRseb UoUiUebm UgC1bbebbebebi+=/=rrrrRR式中式中sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 输出电压：输出电压：s1isc

5、mbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU 低频电压放大倍数：低频电压放大倍数：1issmsosl)(j111CRRAUUAuu 图图5.4.3低频段等效电路低频段等效电路e bc +sUb eb rbb rRbRcRseb UoUiUebm UgC1低频时间常数为：低频时间常数为：1isL)+(=CRR 下限下限(3 dB)频率为：频率为：1isLL)+(21=21=CRRf 则则LLsmLsmslj1jj11ffffAffAAuuu 对数幅频特性：对数幅频特性：2LLml)(+1lg20+lg20=lg20ffffAAusus对数相频特性：对数相频特性：LoLoo

6、arctan90=)arctan90(+180=ffff 因电抗元件引起的相移为附加相移。因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为低频段最大附加相移为+901issmsosl)(j111CRRAUUAuu 三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数考虑考虑极间电容极间电容的影响，其等效电路：的影响，其等效电路：图图5.4.4 高频等效电路高频等效电路(a)bce +b eb rebm Ugbb rRbsURcRseb UoUiU C 用戴维南定理简化高频等效电路：用戴维南定理简化高频等效电路：图图5.4.4 高频等效电路高频等效电路(b)输入回路的等效变换输入回路的等效变换 Re+b

7、 sU C 图图5.4.4 高频等效电路高频等效电路(c)输入回路输入回路 be +b eb rbb rRbsU RsiU C sU+)/(/bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRU bbebbebebi+=/=rrrrRR式中式中ssebj+11=j1+j1=UCRUCRCU scmbeebisicebmoj11UCRRgrrRRRRUgU 图图5.4.4 高频等效电路高频等效电路(a)ce +ebm UgsURcReb UoU C CRAUUAuu j11smsosh高频时间常数：高频时间常数：CR H上限上限(-3 dB)频率为：频率为：CRf 2121HHHsmsh11f

8、fjAAuu 故故shuA的对数幅频特性和相频特性：的对数幅频特性和相频特性：2Hsmsh)(1lg20lg20lg20ffAAuu Hoarctan180=ff 高频段最大附加相移为高频段最大附加相移为-90四、波特图四、波特图)j+1)(j+1(j=)j+1)(j+1(=HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu绘制波特图步骤：绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算根据电路参数计算 、fL 和和 fH；smuA2.由三段直线构成对数幅频特性；由三段直线构成对数幅频特性；smuA中频段：中频段：对数幅值对数幅值=20lg 低频段：低频段：f=fL开始减小，作斜率为开始减小，作斜率为

9、20 dB/十倍频直线；十倍频直线；高频段：高频段：f=fH 开始增加，作斜率为开始增加，作斜率为 20 dB/十倍频直线。十倍频直线。3.由五段直线构成对数相频特性。由五段直线构成对数相频特性。对数幅频特性：对数幅频特性：fdB/lg20uAOfL20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频smlg20uA 270 225 135 180对数相频特性：对数相频特性：9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO 5.4.2 单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应图图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，在中频段开路，C短路，中频电

10、压放大倍数为短路，中频电压放大倍数为gsC LmgsLdgsmiom)/(RgURRUgUUAu gsgH21CRf CRRf)(21LdL 在高频段，在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：短路，考虑的影响，上限频率为：gsC 在低频段，开路，考虑在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：的影响，下限频率为：gsC)j1)(j1(j.HLLmffffffAAuu 电压放大倍数：电压放大倍数：5.4.3 放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积为了改善放大电路为了改善放大电路低频特性低频特性，需加大耦合电容及其回路，需加大耦合电容及其回路电阻，以增大回路时间常数，

11、从而降低电阻，以增大回路时间常数，从而降低下限频率下限频率。在信。在信号频率很低的场合，应考虑采用号频率很低的场合，应考虑采用直接耦合方式直接耦合方式。2.为了改善单管放大电路的为了改善单管放大电路的高频特性高频特性，应增大，应增大上限频率上限频率。CRf21=21=HH cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu CRgCCKCC)1()1(cm )/(/bsbbebRRrrR 问题：问题：fH的提高的提高与与Ausm的增大是的增大是相互矛盾的。相互矛盾的。3.增益带宽积增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。中频电压放大倍数与通频带的乘积。CRfRgrrRRRAu 21Hcmbee

12、bisism；因因为为 )/(/bsbbebRRrrR CRgCC)1(cm Ri=Rb/rbe假设假设 Rb Rs，Rb rbe；(1+gmRc)C C CRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故 CrR)(21bbs CrRfAu)(21bbsHsm 说明：说明：HsmfAu 式不很严格，但从中可以看出一个大概式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和和 C的值即被确定，的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数

13、。干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如欲得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放如欲得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用大电路，首要的问题是选用 rbb 和和 C均小的高频三极管。均小的高频三极管。复习：复习：1.晶体管的混合晶体管的混合 模模型型2.单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应表达式：表达式：)j+1)(j+1(j=)j+1)(j+1(=HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特图的绘制：波特图的绘制：三段直线构成幅频特性三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性五段直线构成相频特性5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路

14、的频率响应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数：uNuuuAAAA 21对数幅频特性为：对数幅频特性为：NkukuNuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20 在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有效电路中有多个低通电路多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有有多个高通电路多个高通电路。多级放大电路的总相位移

15、为：多级放大电路的总相位移为：NkkN121 两级放大电路的波特图两级放大电路的波特图fHfL幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 级级二二 级级-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频相频特性相频特性-270-360fL1fH1fO-540-180-450-90一一 级级二二 级级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。通频带窄。5.5.2 多级放大电路的上限频率和下限频率的估算多级放大电路的上限频率和下限频率的估算2H22H21HH1111.11Nffff 2L22L

16、21LL1.1Nffff 在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。即：即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。例例5.5.1已知

17、某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求性如图所示。求下限频率、下限频率、上限频率和电压放大倍数。上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，）高频段只有一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。解：（解：（1）低频段只有一个）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的只有一个电容，故电路的下限频率为的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=104kHz（3）电压放大倍数）电压放大倍数353)102j1)(10j1(j10 fffAu)j1)(j1(jHLLmffffffAAuu