模电第五章优秀课件
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模电第5章
低通电路： 二. 低通电路：频率响应
f<<fH时放大 倍数约为1 倍数约为
fH
1 Uo 1 jω C = Au = = 1 1 + jωRC Ui R+ jω C
1 1 = 令f H = ，则Au 2 πRC 1+ j f fH
1 Au = 1 + ( f fH )2 = arctan( f f ) H
fL
= 1 ， = 45 0； f = f L : Au 2 f f
f << f L : A << 1， u ≈
fL fL Au 也下降10倍；当 f 趋于0时， u 趋于0，趋于90 0 。 A
，表明 f 每下降10倍,
画出特性曲线如图， 称为下限截止频率。 画出特性曲线如图， fL称为下限截止频率。
' 高频段： 的影响， 开路。 高频段：考虑 Cπ 的影响，C 开路。 '
'
一. 中频电压放大倍数
Uo Ausm = Us U i U b'e U o = U U Us i b'e
带负载时： 带负载时： Ausm = 空载时： 空载时：
rb'e Ri [ g m ( Rc ∥ RL )] Rs + Ri rbe
5.2 晶体管的高频等效电路
5.2.1 混合π模型：形状像Π，参数量纲各不相同 混合π模型：形状像Π
完整的混合π模型 一. 完整的混合 模型 结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。 结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。
因面积大 而阻值小
因多子浓 度高而阻 值小
rbb’：基区体电阻 rb’e’：发射结电阻 Cπ：发射结电容 re：发射区体电阻 rb’c’：集电结电阻 C：集电结电容 rc：集电区体电阻
模拟电子技术基础第四版第5章
3. 当 f fL 时,
20lg Au 20lg 2 3 dB, 45
20 lg Au
20 lg
f fL
20dB／十倍频
多级放大：
Au Au1 • Au2 • Au3
Au Au1 1 • Au2 2 • Au3 3
Au Au1 • Au2 • Au3
1 2 3 各级放大电路相频图的叠加
Ic c
gmUbe
RC
RE
Ce
•
RL Uo
ＲＣ高通或低通电路？
b rbb b rbe e
•
Ib
•
Ui
RB
oIb
c
e 1
RＥ
Ce
RＣ
RL
Reqe RE //[(rbb rbe ) /(1 0 )]
Ui
rbb
rbe
Ui (1
0 )RE
• (1
0 )RE
Reqe
U i
e Ce
ＲＣ低通电路
Req2 RC RL
f
90 45
0
45 90
m 180
0.1 fL2 fL2 10 fL2
0.1 fH fH 10ffH
Au
低频段
Aum
中频段
高频段
0.707 0.6
AAuumm
0
f1 fL2
0
fL2
–90º
–100º
– 180º
通频带
f2
fbw fH fL
-3dB带宽
fH
f
fL fL2
fH f
– 270º
Au
Uo Ui
R R 1
1 1 1
jC
j RC
20lg Au 20lg 2 3 dB, 45
20 lg Au
20 lg
f fL
20dB／十倍频
多级放大：
Au Au1 • Au2 • Au3
Au Au1 1 • Au2 2 • Au3 3
Au Au1 • Au2 • Au3
1 2 3 各级放大电路相频图的叠加
Ic c
gmUbe
RC
RE
Ce
•
RL Uo
ＲＣ高通或低通电路？
b rbb b rbe e
•
Ib
•
Ui
RB
oIb
c
e 1
RＥ
Ce
RＣ
RL
Reqe RE //[(rbb rbe ) /(1 0 )]
Ui
rbb
rbe
Ui (1
0 )RE
• (1
0 )RE
Reqe
U i
e Ce
ＲＣ低通电路
Req2 RC RL
f
90 45
0
45 90
m 180
0.1 fL2 fL2 10 fL2
0.1 fH fH 10ffH
Au
低频段
Aum
中频段
高频段
0.707 0.6
AAuumm
0
f1 fL2
0
fL2
–90º
–100º
– 180º
通频带
f2
fbw fH fL
-3dB带宽
fH
f
fL fL2
fH f
– 270º
Au
Uo Ui
R R 1
1 1 1
jC
j RC
模电-电子线路线性部分第五版-主编-冯军-谢嘉奎第五章课件
第 5 章 放大器中的负反馈
判断反馈极性 — 采用瞬时极性法
用正负号表示电路中各点电压的瞬时极性，或用箭头表示
各节点电流瞬时流向的方法称瞬时极性法。
xi
xi A
xo
xf
kf
▪设 vi 瞬时极性为
经 A 判断 vo
？ ？
经
kf
判断
xf
？ ？
▪比较 xf 与 xi 的极性 ( xi = xi - xf )
5.2.3 改变输入、输出电阻
输入电阻
ii
▪ 串联反馈 基放输入电阻 Ri vi / ii 环路增益 T vf / vi Akf
++
Rs
v-i Ri A
vs+ -
vi
+
-
vf -
kf
xo
反馈电路输入电阻：
Rif
vi ii
vi vf ii
vi viAkf ii
vi ii
(1
Akf
)
Ri F
由图
i (v Ast xs ) / Ro xs xf kf v
xf
放 - Ast xs
得
Rof
v i
Ro 1 Astkf
Ro Fst
反馈 网络
RL v+- o
i + v -
结论 引入电压反馈，反馈越深，输出电阻越小，vo 越稳定。
第 5 章 放大器中的负反馈
▪ 电流反馈
Ro ：考虑反馈网络负 载效应后，基放输出电阻。
5.2.2 减小增益灵敏度(或提高增益稳定性)
定义
SA Af
Af / Af A/ A
A Af
Af A
电子技术基础——电路与模拟电子(第5章)PPT课件
型半导体和N型半导体结合在一起时，因为空穴在P区中是多子，
在N区中是少子；同样，电子在N区中是多子，在P区中是少子，
所以在P、N两区交界处，由于载流子浓度的差异，要发生电子和
空穴的扩散运动，多子都要向对方区域移动。当电子和空穴相遇
时会复合消失。假设扩散运动的方向由正指向负(P区指向N区)，
则空穴将顺扩散运动方向移动，电子将逆扩散运动方向移动，如
图5.8所示。
第6页/共59页
•
扩散的结果在两区交界处的P区一侧，出现了一层带负电荷的粒子
区(即不能移动的负离子)；在N区一侧，出现了一层带正电荷的粒子区(即
不能移动的正离子)，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是PN结，如图
5.9所示。
第7页/共59页
•
2. PN结的单向导电特性
•
1) 外加正向电压Uf促使PN结转化为导通状态
第3页/共59页
• 2. 杂质半导体
掺杂的半导体称为杂质半 导体。掺杂的方法是将少量 的杂质元素加入到加热了的 Si晶体中。如果在Si晶体中 掺入少量的五价杂质元素， 例如磷(P)元素，则P原子将 全部扩散到加热了的Si晶体 中。因为P原子比Si原子数 目少得多，所以当冷却后形 成固态晶体时，整个晶体结 构不变，只是某些位置上的 Si原子被P原子代替了。
IR
50V 30V 2k
10mV
IL
30V 30k
1mA
IZ IR IL 10 1 9mA
见图5.20(b)中的C点。
第29页/共59页
•
② 当RL=4kΩ时：
•
VD仍工作在击穿区，仍可将其近似为30V的电压源。
IL
30V 4k
7.5mA
复旦微电子-模拟电路-第5章 反馈精选文档PPT课件
A
F
两者之间的关系:
Af
A
A f A f (1 A F ) 2
A 1 A 1 AF
2020/11/11
模拟电子学基础
15
复旦大学电子工程系 陈光梦
负反馈放大器的输入阻抗
ii + vi ri A
ii + vi ri A
vf
F
rif
rif ri(1AF)
串联负反馈
2020/11/11
if
F
rif
rif
ri
1 AF
并联负反馈
模拟电子学基础
16
复旦大学电子工程系 陈光梦
负反馈放大器的输出电阻
s
+
_+
i
f
io
A vo
ro
i'o= 0
vof + F vf
s
+
+
i
_
f
io
A
ro
F if
iof vo
rof
rof
rof
ro 1 AF
rof ro(1AF)
电压负反馈
电流负反馈
2020/11/11
反馈网络分离后的电压串联负反馈
vs +_+ vi rid
vf R1
ro vo
F
Rf
vof
Rf vf
R1
原来的电压 放大器
2020/11/11
考虑反馈网络影响后的 基本放大器
模拟电子学基础
23
复旦大学电子工程系 陈光梦
电压串联负反馈的例子
放大器的基本参数为：差分放大器的差模输入电阻 rid=10K,射极跟随器的输出电阻ro3=100，三级放大器 的电压增益Av0=8000。反馈网络的参数为R1=1k, Rf=20K。
《模拟电子技术1》课件第5章
闭合放大倍数
被取样的X o 参与比较的X i
Io Ui
Ag 1 Fr Ag
Agf
称作闭环互导放大倍数, 其量纲是电导。
图 5 – 8 串联电流负反馈放大器
3. 并联电压负反馈 图 5 – 9 并联电压负反馈放大器
开环放大倍数
被取样的X o 比较产生的X
' i
Io Ui'
Ar
称作开环互阻放大倍数, 其量纲是电阻。
jf
/
fh
Am /(1 FAm )
Amf
1 j[ f /(1 FAm ) fh ] 1 j[ f /(1 FAm ) fh ]
fhf (1 FAm ) fh
(5-4)
同理可以求得：
f1 f
1 1 FAm
f1
按照通频带的定义：
开环放大器的通频带为： fbw=fh-fl 闭环放大器的通频带为：fbwf=fhf-flf
Ie2↓
Ib2↓
结果使得Ie2的增量减小, 稳定性提高；因为Ic2≈Ie2, 所以Ie2稳定,Ic2也稳定。值得说明的是, 该反馈电路所稳 定的电流是流过RL′的电流, 不是流过RL的电流。
5.2.3 使放大倍数的稳定性提高
Af Af 2 Af 1
把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得：
图 5 – 2 电压反馈示意图
(2)电流反馈：对交变信号而言,若基本放大器、反馈网 络、负载三者在取样端是串联连接,则称为串联取样，如图53所示。由于在这种取样方式下,Xf正比于输出电流,Xf反映的 是输出电流的变化,所以又称之为电流反馈。
图 5 – 3 电流反馈示意图
(3) 电压反馈和电流反馈的判定：
模电第五章课件
1. 上升时间与上限频率的关系 阶跃电压上升较快的部分,与频率响应中的高频区相对应，
为关简系化。分如析图，(a)我、们(b此)分处别以为RCR低C低通通电电路路为及例其来阶说跃明响应与。tfHr 的
由图经过分析可以得到,
tr
0.35 fH
因此，上升时间与上限频率fH成反比，fH
越高高频响应越好，则 tr越短，前沿失真越小。
由此可见,平顶降落与下限频率fL成正比例 关系，fL越低，平顶降落越小。
= n 20 lg Aui i 1
多级放大器的相频特性： n
1 2 n i i1
多级放大器的对数增益，等于各级对数增益 的代数和；总相位也是各级相位的代数和。
fL
fL21
f
2 L2
f
2 Ln
2.多级放大器的下限频率
fL
f
2 L1
f
2 L2
f
2 Ln
为了得到更准确的结果，在该式前面乘 以修正系数1.1,得：
者的比值在四倍以上，可取较大的值作为放
大电路的下限频率 。 fL
3. 共射基本放大器高频段源电压增益
在高频段，画出的高频段等效电路如图
高频段等效电路
用密勒定理等效 简化等效电路
经过一系列变化,可以得到
Aush
=
Ausm
1
1 j
f
fH
可知，上限频率主要由高频等效电路的 时间常数决定。
4.共射放大器完整的频率特性
根据上述讨论，可以画出幅频特性如图所示。图中，虚 线为实际幅频特性的波特图，实线为渐近幅频特性波特图， 它由两条渐近线在处转折。
相频特性由三个步骤绘出：
根据上述讨论，可以画出相频特性如图所示。图中有三
为关简系化。分如析图，(a)我、们(b此)分处别以为RCR低C低通通电电路路为及例其来阶说跃明响应与。tfHr 的
由图经过分析可以得到,
tr
0.35 fH
因此，上升时间与上限频率fH成反比，fH
越高高频响应越好，则 tr越短，前沿失真越小。
由此可见,平顶降落与下限频率fL成正比例 关系，fL越低，平顶降落越小。
= n 20 lg Aui i 1
多级放大器的相频特性： n
1 2 n i i1
多级放大器的对数增益，等于各级对数增益 的代数和；总相位也是各级相位的代数和。
fL
fL21
f
2 L2
f
2 Ln
2.多级放大器的下限频率
fL
f
2 L1
f
2 L2
f
2 Ln
为了得到更准确的结果，在该式前面乘 以修正系数1.1,得：
者的比值在四倍以上，可取较大的值作为放
大电路的下限频率 。 fL
3. 共射基本放大器高频段源电压增益
在高频段，画出的高频段等效电路如图
高频段等效电路
用密勒定理等效 简化等效电路
经过一系列变化,可以得到
Aush
=
Ausm
1
1 j
f
fH
可知，上限频率主要由高频等效电路的 时间常数决定。
4.共射放大器完整的频率特性
根据上述讨论，可以画出幅频特性如图所示。图中，虚 线为实际幅频特性的波特图，实线为渐近幅频特性波特图， 它由两条渐近线在处转折。
相频特性由三个步骤绘出：
根据上述讨论，可以画出相频特性如图所示。图中有三
最新模电课件第五章
3. V-I 特性曲线及大信号特性方程
第5章 场效应管放大电路
(2) 转移特性(直接由作图法获得)
iD f(vGS) vDScon s t.
a. 讨论输入特性无意义 b. 当 VT vGS 时，iD和vGS的关系是：
iD IDO(vVGTS1)2
IDOKnVT2 是vGS＝2VT时的iD
第5章 场效应管放大电路
VGS>0，排斥空穴， 吸引电子到半导体 表面
VGS到VGS>VGS(th)， 半导体表面形成N导 电沟道，将源区和漏 区连起来。
VGS(th)：开启电压
2. 工作原理
(2)vDS对沟道的控制作用
VDD s VGG g
iD 迅 速 增 d大
N+
N+
N型(感生)沟道
P
加上VDS VGS>VT
第5章 场效应管放大电路
Kn为电导常数，单位：mA/V2
rdso
dvDS diD
1 vGS常数 2Kn(vGSVT)
rdso是一个受vGS控制的可变电阻
③ 饱和区（恒流区又称放大区）
vGS >VT ，且vDS≥(vGS－VT)
iDKn(vG SV T)2ID O(v V G T S1)2
IDOKnVT2 是vGS＝2VT时的iD
第5章 场效应管放大电路
实际上饱和区的曲线并不是平坦的
修正后 iD K n (v G S V T )2(1v D)S IDO (vVG TS1)2(1vDS)
0.1 V1 L
L的单位为m
当不考虑沟道调制效应时，＝0，曲线是平坦的。
5.1.5 MOSFET的主要参数
第5章 场效应管放大电路
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频率响应曲线
幅度频率特性：∣ A(j) ∣或∣ A(jf) ∣
相位频率特性：()或 (f)
中频增益 —中间频率段的增益
幅度频率失真：幅频特性偏离中频值的现象 相位频率失真：相频特性偏离中频值的现象
频带宽度 BW=fh-fl
fh、 fl—增益下降到中频增益的0.707倍（即3dB处）所对应的频率
3. 一阶零点 j 的渐近线幅频特性
波特图
j j 0
o 1
20lg j 20 lg
0
=y
20lgjdB
20dB/dec
是一条通过= 0=1，斜率
为20dB/十倍频的斜线。
0-.1
01
110 Lg(/ 0）
4. 一阶极点 j 的渐近线幅频特性
-20dB/dec
是一条通过= 0=1，斜率为-20dB/十倍频的斜线。
1
20dB/dec
当>> 1时，y=20lg(/ 1)
当 = 1 时，y=3dB
0.1-11
2.一阶极点(1
20lg 1 j
j
1
) 的渐近线
20lg 1(
)2=
y
当<< 1时，1y≈20lg1=0dB
1
01 1011 -20dB/dec
Lg(/ 1）
当>> 1时，y= -20lg(/ 1)
当 = 1 时，y= -3dB
将零点与极点的影响累加起来，即可得到总的幅频特性 经过一个零点，斜率增加20dB/十倍频； 经过一个极点，斜率减小20dB/十倍频。
二、相频特性的渐近线描绘
1.
一阶零点 (1 j )的渐近线相频特性
()
1
arctan()
( )
当<<1时，()=0 1
45/dec
当 = 1 时， () = 45° 当>>1时， () = 90°
模电第五章
频率响应的分析方法
频率响应的概念 传递函数 频率响应的描绘—波特图
频率响应的概念
中频段：AU=常数 低频段 高频段 AU 下降
A(jf)
这种描绘输入信号幅度固定， 输出信0号.70的7A幅UAU度随频率变化而变化 的规律称为幅频特性。
用∣A(jf)∣ 或∣A（低j频)∣截表频示高频截频
波特图
例将1经零: 过A 点一与j个极零点点 的，影斜响率累增加加起2来0d，B/即十1 可倍得频0 5到；总的幅频特性
经过一个极点，(1 斜 率j减1小0 240)dB1 (/十倍j1 频。0 6)1 (j10 7)
解：1. A=105 20lgA=20lg105 =100dB；
2. 存在三个极点104、106和107，分别画出三个极点的渐近线；
这种描绘输fL出信号与输入信fh号 f
之间相位差随频率变化而变化的规
CE接法基本放大电路
律称为相频特性(j。f)用（）
中频段：相位差 =常数
f
低频段
高频段 改变
-90° -180° -270°
频率响应的定义
频率响应的概念
放大电路对输入正弦信号的稳态响应。反映了放大器对
不同频率信号的放大能力。记作A(j)或 A(jf)
频率响应的概念
产生频率失真的原因
1.放大电路中存在电抗性元件 例如：耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分 布电感等。 影响低频增益—主要是耦合电容和旁路电容 影响高频增益—晶体管的结电容及引线等杂散电容
2.三极管的()是频率的函数
在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适 用，而要采用高频小信号模型。
传递函数有一个零点z1=0和一个极点p1=-1/RC
RC高通电路
j
分析频率响应时，令s=j
p1=-1/RC z1=0
Au(j)=
Uo(j) Ui(j)
=
j j - p1
—频率响应特性
零点—极点图
放大增益采用对数单位
频率响应特频性率采的用对描数绘单位—，但波特图 标定以频率标识
波特图 采用半对数坐标来描述幅频特性和相频特性
传递函数
拉氏变换
线性系统的分析： 时域
复频域
拉氏逆变系换统稳定的条件：所有零、
传输函数
自变量：t
极自点变均量：分s布=在+j左半平面
H(s) Y(s)
线性系统：H (s) FY F (( (ss s)) ) H 0(( s s p z 1 1 ) )s s( (z p 2 2 )) (( s s z p m n ))
波特图的近似描绘—渐近线描有绘两个零点和三个极点
一、幅频特性的渐近线描绘
典型传递函数A ： j
A 1j j 1
j j A=A11/(22 3 4 ) 3 j 4
首先
将传递函数写成作图的形A式j1
Aj
j
1
1
j 2
1
j 3
1
j 4
波特图
一、幅频特性的渐近线描绘
Aj
Aj1
j
1
例2： A ( j)( j2 2)1 0( 60 jj 1 ( j0 )(1 0j) 0 140 )
解：1. 标准式：
j(1j)
A(j)
10
(1j20)1(j10)01(j104)
用dB表示：
1
j
2
1
j
3
1
j
4
2l0 gA j2l0 g A2l0 gj2l0 g 1j 1
2l0g 1j22l0g 1j32l0g 1j4
1. 一的渐近线幅频特性
1
20lg
1( )2 = y
1 20lg1
j
dB
波特图
当<< 1时，y≈20lg1=0dB
0.1 1 1
-45/dec
波特图
101
/ 1
一阶零点产生当正相0.移1，1时最，大作相0移0C角水+平90线0；； 用三条渐近一线阶描极绘点产生当负相10移，1时最，大作相90移0C角水-9平00线。；
当0.11 101时，作450C/十倍频斜线。
2.
一阶极点 (1
j )的渐近线相频特性
1
画波特图的一般步骤： 1. 写出标准式：找常数项 2. 画出各个零、极点的渐近线 3. 合成波形
z1、z2、…、zm—(零1点 s)(1p1、sp)2、 …、pn—极点
H(s)H0'• (1
z1
z2
s)(1 s
)
标准式
p1
p2
如何求传输函数
传递函数
R Uo (s)= R+1/(sC) Ui(s)
Uo(s) H(s)= Ui(s)
=
R sC =
R sC +1
s =
s+ 1/RC
s s - p1
3. 合成波形，进行斜率累加。
20lg|A(j)|(dB)
100 80 60 40 20
-20dB/dec -40dB/dec -60dB/dec
102 103 104 105 106 107 108
()
-450 -900 -1350 -1800 -2250 -2700
波特图
lg lg
波特图