模拟电子技术基础 第四章
电路总结(请自己将电路特点列表对比细化): 混合π高频模型; 单管共射放大电路低、中、高频交流等效电路。
方法总结: 画低、中、高频交流等效电路的方法; 通过电容所在回路估算时间常数和截止频率的方法; 求解电压放大倍数的方法,由频率特性分析电压放大倍数
表达式的方法。 多级放大电路截止频率估算方法; 画波特图的方法 。
rb’c、rce很 大,视为
开路
单向化 ICμ'
密勒等效变换:使信号传输单向化 (Miller Effect)
思路:等效变换前后使Icμ=Icμ' = - Icμ''
一般用中频值 近似,K<0
ICμ''
间总电容为
一般C'π>>C''μ,且ZC''μ >>R'L 简化的高频混合π模型
3、混合π模型的参数 a. 从手册可查得rbb’
讨论2、阻容耦合单管共射放大电路频率特性分析
1、求解中频电压放大倍数Ausm 2、求解fL、fH
求某一个截止频率时,其它电容均作理想化处理: 低频:其它耦合电容和旁路电容短路,所有C'π开路 高频:其它C’π开路,所有耦合电容和旁路电容短路
3、求总的电压放大倍数
4、画波特图 +40dB/10倍频
2、增益带宽积:提高增益与增大带宽的矛盾 当晶体管和电路结构选 定后,增益与带宽的乘 积近似等于某一常量
一、多级放大电路频率特性的定性分析 二、截止频率的估算
一、多级放大电路频率特性的定性分析 幅频特性和相频特性为
多级放大电路频率特性为各级放大电路频率特性之和
二、截止频率的估算
1、下限频率fL
3、求解等效电路参数--即混合π模型参数
fL决定于耦合 电容所在回路
的时间常数
4、求解中频电压放大倍数 (C'π开路,耦合、旁路电容短路)
5、求解fL、fH及总的电压放大倍数
6、画波特图
五、放大电路频率响应的改善和增益带宽积
通常fbw=fH - fL≈fH,与C'π所在回路的时间常数有关
1、增加带宽的措施: 选用Cob小、fT大的高频晶体管 减小gmR’L 减小C’π 所在回路的电阻(选rbb’小的晶体管 ) 必要时采用共基(或共栅)放大电路
A. 第一级
B. 第二级
第四章要求
1、掌握以下概念:频率响应,幅频特性,相频特性, 上限频率,下限频率,通频带,波特图。 2、掌握晶体管的高频等效模型,掌握单管共射放大 电路频率响应的分析,并能画出波特图。会求解电 压放大倍数的表达式,由频率特性分析电压放大倍 数表达式。
第四章基本电路、基本分析方法总结
C1、 C2、 Ce短路,求出
稳Q电路频率响应仿真:改变Ce ,观察fL 、 fH
Ce=10uF: 861Hz~31.4MHz
Ce=100uF: 90Hz~31.4MHz
讨论4
(1)决定电路的下限频率的电容是 ; A. C1 B. C2 C. Ce
(2)若T1和T2特性相同且静态时发射极电流相等,且rbb’相 等,则C’π较大的是 电路;C’π所在回路的等效电阻较大 的是 电路;上限频率较高的是 电路。
rgs, rds很大
密勒等效变换
通常C’ds阻抗很大
一、中频电压放大倍数 二、低频电压放大倍数 三、高频电压放大倍数 四、总的电压放大倍数的表达式及波特图 五、放大电路频率响应的改善和增益带宽积
小电容
大电容
全频段等效电路
|ZC'π| (pF) |ZC| (uF) 等效电路
低频段(<1kHz) 很大 大
传递函数(Transfer Function)
下限截 止频率
幅频特性和相频特性
幅频特性 相频特性
波特图 (Bode Plots)
横轴用lgf 表示 幅频特性纵轴用20lg|Au|表示,单位为分贝(dB)
用折线代 替曲线
+20dB/10倍频
-45°/10倍频
要点: • 幅频:fL,-3dB,+20dB/10倍频 • 相频:fL,+45o , - 45o /10倍频,超前0~+90o
EM模型
GP模型
(Ebers-Moll模型,1954年)
(Gummel-Poon模型,
1970年)
EM1模型 EM2模型
EM3模型
(直流模型) (考虑了电 (在EM2基础上
容效应的一 考虑了器件参数
阶模型) 随温度变化等的
等效于EM3模型
二阶模型)
派生出
混合π模型
Spice程序应用了EM2和GP模型
4.1 频率响应概述 4.2 晶体管的高频等效模型 4.3 场效应管的高频等效模型 4.4 单管放大电路的频率响应 4.5 多级放大电路的频率响应 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。
一、频率响应的基本概念 二、一阶RC电路的频率响应
一、频率响应(Frequency Response)的基本概念 1、定义
2. 低通电路
传递函数
上限截 止频率
幅频特性和相频特性
幅频特性 相频特性
波特图
-20dB/10倍频
-45°/10倍频
要点: •幅频:fH,-3dB,-20dB/10倍频 •相频:fH,- 45o , - 45o /10倍频,滞后0~-90o 低通和高通电路的截止频率取决于RC回路的时间常数
一、晶体管的混合π模型 二、晶体管电流放大倍数β的频率响应
第四章常见题型 (1)考查是否正确理解频率响应的有关基本概念。 (2)对放大电路频率响应的定性分析。 (3)根据电压放大倍数画波特图。 (4)根据波特图求电压放大倍数表达式。 (5)求解放大电路的上限频率和下限频率。
保留C,C'π开路
中频段(>1kHz) 大
较小 C短路,C’π开路
高频段(>1MHz) 较小 很小
保留C'π,C短路
一、中频电压放大倍数 C 短路,C'π开路
与用h 参数等效模型求出的结果相同
二、低频Байду номын сангаас压放大倍数 考虑C的影响,C'π开路
高通电路
下限截止频率fL 决定于耦合电
容C所在回路的
时间常数
根据fL的定义,当f=fL时
2、上限频率fH
根据fH的定义可得
若某级fL比其它的大很多,则它近似为多级放大电路的fL 若某级fH比其它的小很多,则它近似为多级放大电路的fH
讨论1:单管和两级阻容耦合共射放大电路波特图比较 直接耦合放大电路波特图? 三级放大电路?
单管阻容耦合共射放大电路波特图 两级阻容耦合共射放大电路波特图
三、高频电压放大倍数 考虑C'π的影响,C 短路
戴维南等效
低通电路
上限截止频率fH决 定于电容C’π所在 回路的时间常数
四、总的电压放大倍数的表达式及波特图
一般fL和fH相差很大
CE: Ausm<0
总结:放大电路频率响应分析步骤 1、求Q点 2、画全频段等效电路
fH决定于C'π所在 回路的时间常数
一、 晶体管的混合π模型(Hybrid-π Equivalent Circuit) 1. 低、中频混合π模型
ic是受ib控制的电流源
ic是受ub’e控制的电流源
两个模型均没有考虑极间电容
2. 高频混合π模型 rc、re 可忽略
混合π高频模型 考虑了极间电容
Cπ: 发射结电容 几~几十pF
Cμ: 集电结电容 0.1~几pF
问题:fL1=fL2时如何画?
fL2 fL1
-20dB/10倍频
fH 约为-45°/10倍频 约为-90°/10倍频
讨论3、稳Q电路频率响应分析、仿真
1、信号频率为 0~∞ 时电压放大倍数的表达式? 2、若所有的电容容量都相同,则下限频率约等于多少?
时间常数分析: 若电容值均相等,则τe<< τ1、τ2 C2、Ce 短路,C’π 开路,求出 C1、Ce 短路,C’π 开路,求出 C1、C2 短路, C’π开路,求出
放大电路的放大倍数是信号频率的函数, 这种函数关系称为频率响应或者频率特性。
当信号频率发生改变时,放大倍数会发 生相应的幅值和相位变化。
2、频率响应的本质 耦合、旁路电容: 低频导致放大倍数下降并且产生相移; 半导体极间电容: 高频导致放大倍数下降并且产生相移。
二、一阶RC电路的频率响应
1. 高通电路
c. 从手册上可查到 Cob, Cμ≈Cob
d. Cπ的数值可通过手册上 的fT、Cμ和rb’e求得
b. 从低、中频模型求K
二、晶体管电流放大倍数β的频率响应 c-e间动态电压uce=0
当uce=0时:
fβ: β的截止频率 共射截止频率
fT: 特征频率 fα: α的截止频率
共基截止频率
一般手册上可查到fT和β0, 求得fβ, 进而求得C’π和Cπ