清華模電頻率響應(yīng)PPT課件

1、本章重點：1、與頻率響應(yīng)相關(guān)的基本概念2、具有一個RC環(huán)節(jié)電路的截止頻率（fL、fH）的求解方法，波特圖的畫法3、晶體管的高頻等效電路 5、多級放大電路頻率響應(yīng)與單級電路頻率響應(yīng)間的關(guān)系4、單管放大電路的頻率響應(yīng)第1頁/共60頁本章討論的問題:1. 為什么要研究放大電路的頻率響應(yīng)？2. 如何測定一個RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)？怎樣畫出頻率特性曲線？3. 晶體管的h參數(shù)等效模型在高頻信號下還適用嗎？4. 什么是放大電路的通頻帶？哪些因素響應(yīng)通頻帶？5. 如何確定放大電路的通頻帶？第2頁/共60頁5.15.1 頻率響應(yīng)概述頻率響應(yīng)概述一、頻率響應(yīng)的概念一、頻率響應(yīng)的概念三、簡單三、簡單RC電路的頻率響應(yīng)電

2、路的頻率響應(yīng)二、放大電路的頻率參數(shù)二、放大電路的頻率參數(shù)四、波特圖四、波特圖第3頁/共60頁一、一、 頻率響應(yīng)的概念頻率響應(yīng)的概念)()(ffAAuuAu( f ) 幅頻響應(yīng)（特性） ( f ) 相頻響應(yīng)（特性） 頻率響應(yīng)（特性）-放大電路對信號頻率的適應(yīng)程度，即信號頻率對放大倍數(shù)的影響，也就是Au與 f 的關(guān)系。 為什么Au與 f 有關(guān)呢？-由于放大電路中有耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容以及線路間分布電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。1. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng) 什么是頻率響應(yīng)？第4頁/共60頁一、一、 頻率響應(yīng)的概念頻率響應(yīng)的概念2. 頻率失真頻率失真q 幅頻失真和相頻失真總稱-線性失

3、真q 因放大電路對不同頻率信號的不同，使輸出波形產(chǎn)生的失真（幅頻失真）q 放大電路對不同頻率信號的不同，使輸出波形產(chǎn)生失真（相頻失真）第5頁/共60頁一、一、 頻率響應(yīng)的概念頻率響應(yīng)的概念2. 頻率失真（舉例）頻率失真（舉例）基波二次諧波tOuituoO(a) 相頻失真tOui基波uoOt基波二次諧波(b) 幅頻失真基波二次諧波二次諧波第6頁/共60頁二、二、 放大電路的頻率參數(shù)放大電路的頻率參數(shù) 在低頻段，隨著信號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。 在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號損失

4、，放大能力下降。第7頁/共60頁二、二、 放大電路的頻率參數(shù)放大電路的頻率參數(shù)- 通頻帶、上限截止頻率、下限截止頻率通頻帶、上限截止頻率、下限截止頻率耦合電容耦合電容造成造成三極管結(jié)電三極管結(jié)電容造成容造成fL下限截止頻率fH上限截止頻率fuAumAumA707. 0fbw= fH fL中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù) 通頻帶通頻帶放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線幅頻特性曲線第8頁/共60頁三、三、 簡單簡單RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)RCRCRCRUUAuj1jj1io1. RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)高通電路高通電路-信號頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。信號頻率越高，輸

5、出電壓越接近輸入電壓。 頻率特性：頻率特性：LLLj1j21ffffARCfu，則令)arctan(90)(1L2LLffffffAu第9頁/共60頁1. RC高通電路的頻率響應(yīng)高通電路的頻率響應(yīng)三、三、 簡單簡單RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng)90 fO|Au |10.707O45 fLf)arctan(90)(1L2LLffffffAu幅頻特性相頻特性 90 L；時，LuffAff 0 1 , o ；時uLAff45 0.707 21 L；時，uAff第10頁/共60頁2. RC低通電路的頻率特性 RCRCCUUAuj11j1j1io低通電路低通電路-信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。

6、信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。三、三、 簡單簡單RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng) 頻率特性：頻率特性：HHj1121ffARCfu，則令)arctan()(11H2HffffAu第11頁/共60頁2. RC低通電路的頻率特性 )arctan()(11H2HffffAu三、三、 簡單簡單RC電路的頻率響應(yīng)電路的頻率響應(yīng) 90 H ；時，ffAffHu45 0.707 21 H；時，uAfffO|Au |10.707O45 90 fHf幅頻特性相頻特性 0 1 , o ；時uHAff第12頁/共60頁幾個結(jié)論幾個結(jié)論LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子 當(dāng)信號頻率等于fL或fH

7、 時，放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍， 而且產(chǎn)生45 的相移； 電路截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(shù)，即21L(H)f電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子Hj11ff 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。第13頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖q 由由對數(shù)幅頻特性對數(shù)幅頻特性和和對數(shù)相頻特性對數(shù)相頻特性兩部分組成兩部分組成;q 橫軸橫軸 f 采用對數(shù)坐標(biāo)采用對數(shù)坐標(biāo) ;q 幅頻特性的縱軸采用幅頻特性的縱軸采用20lg|u|，單位是分貝單位是分貝(dB);q 相頻特性的縱軸仍用相頻特性的縱軸仍用 表示表示。為簡單起見，常用近似折線代替實際曲線畫出的波特圖稱為，是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。第1

8、4頁/共60頁1. RC高通電路的波特圖高通電路的波特圖四、四、 波特圖波特圖)(1lg20lg202LuffffA對數(shù)幅頻特性為：)arctan(90Lff)arctan(90)(1L2LLffffffAu2)(1lg20lg20LLffff相頻特性不變：頻率特性頻率特性90 fO|Au |10.707O45 fLf第15頁/共60頁1. RC高通電路的波特圖高通電路的波特圖f 10 fL20lg|Au| = 0 dB 0 f = fL20lg|Au| = 20lg0.707 = 3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au| = 20lg f / fL 90 f / fLO20lg|Au

9、 |/dB20O45 90 400.1 1 100.1 1 10f / fL四、四、 波特圖波特圖+20 dB/十倍頻十倍頻2)(1lg20lg20lg20LLuffffA)arctan(90Lff 3 dB波特圖波特圖 45 /十倍頻十倍頻第16頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖高通電路的波特圖高通電路的波特圖在 時，是一條斜率為 +20dB/十倍頻程的直線；Lff 在 時，是一條0dB的水平直線；Lff 在近似分析中，可用折線化的近似波特圖來描述放大電路的頻率特性。在對數(shù)幅頻特性中，由兩段直線近似，以截止頻率fL為拐點：在對數(shù)相頻特性中，由三段直線近似，以截止頻率0.1fL和10fL為拐點

10、：當(dāng) 時，用 的直線近似；Lff1 . 0 90當(dāng) 時，用 的直線近似；Lff 10 0當(dāng) 時， 隨f 線性下降 ，當(dāng)f=fL時 。 45LLfff101 . 0第17頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖)(11lg(20lg202HuffA對數(shù)幅頻特性為：)arctan(Hff2. RC低通電路的波特圖低通電路的波特圖 )arctan()(11H2HffffAu2)(1lg20Hff相頻特性不變：90 f0|Au |10.707045 fHf頻率特性頻率特性第18頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖2)(1lg20lg20HuffA)arctan(Hff2. RC低通電路的波特圖低通電路的波特圖

11、 f / fH020lg|Au |/dB20045 90 fH400.1 1 10 1000.1 1 10f / fH波特圖波特圖f 0.1 fH20lg|Au| = 0 dB 0 f = fH20lg|Au| = 20lg0.707 = 3 dB 45 f 10 fH20lg|Au| = 20lg f / fH 90 3 dB 20 dB/十倍頻十倍頻 45 /十倍頻十倍頻第19頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖低通電路的波特圖低通電路的波特圖在 時，是一條斜率為 -20dB/十倍頻程的直線；Hff 在對數(shù)幅頻特性中，由兩段直線近似，以截止頻率fH為拐點：在 時，是一條0dB水平直線。Hff

12、 在對數(shù)相頻特性中，由三段直線近似，以截止頻率0.1fH和10fH為拐點：當(dāng) 時，用 的直線近似；Hff1 . 0 0當(dāng) 時，用 的直線近似；Hff10 90當(dāng) 時， 隨f 線性下降 ，當(dāng) f = fL 時 。 45HHfff101 . 0第20頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖作幅頻特性波特圖的方法：1、橫軸上標(biāo)出0.1fL、fL 和 fH、10 fH 點，2、縱軸上標(biāo)出-20dB點，3、點(0.1fL，-20dB) 與(fL，0dB) ， 點(10 fH，-20dB)與(fH，0dB) ，連線。特點：忽略了-3dB的誤差，以fL、fH為拐點，得 “折線”一級RC電路幅頻特性的斜率為20dB

13、/十倍頻第21頁/共60頁四、四、 波特圖波特圖作相頻特性波特圖的方法：1、橫軸上標(biāo)出0.1fL、fL、10fL點，在縱軸上標(biāo)出00、+450、+900點，(0.1fL、 +900) (fL、 +450) (10fL、 00)連線。 2、橫軸上標(biāo)出0.1fH、fH、10 fH點，在縱軸上標(biāo)出00、- 450、 - 900點， (0.1fH、 00) (fH、 - 450) (10fH、 - 900)連線。一級RC電路相頻特性的最大相移為90第22頁/共60頁5.2 晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型一、晶體管的混合一、晶體管的混合模型模型二、晶體管的頻率參數(shù)二、晶體管的頻率參數(shù)第23頁/

14、共60頁結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。rbb：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻C：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻因多子濃度高而阻值小因面積大而阻值小一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型-形狀像，參數(shù)量綱各不相同第24頁/共60頁1.完整的混合模型-忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系 gm為跨導(dǎo)，它不隨信號頻率的變化而變。一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型用 代替eb.mVg.bI第25頁/共60頁2. 簡化的混合模型-忽略大電阻的分流 C連接了輸入回路和輸出回路，引入了反饋，信號傳遞有兩個方向，使電路的分析復(fù)雜化。一、一、 晶體

15、管的混合晶體管的混合模型模型rbc很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。第26頁/共60頁 混合模型的單向化（即使信號單向傳遞）Lm)1 (CRgCCkkC1 一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型見課本227密勒電容第27頁/共60頁 晶體管簡化的高頻等效電路（混合模型）一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型Lm)1 (CRgCC C C =C + C 第28頁/共60頁3. 混合模型的主要參數(shù)一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型EQTebIUr)1 (0bebmcIUgI0TEQebmUIrg0混合模型與h參數(shù)模型關(guān)系0為低頻電流放大系數(shù)ebbbberrr又ebbebrIU

16、低頻時二者等效：第29頁/共60頁3. 混合模型的主要參數(shù)TEQeb0m UIrg一、一、 晶體管的混合晶體管的混合模型模型EQT0eb)1 (IUrCCC？可從手冊查得、bbCrLm)1 (CRgC第30頁/共60頁二、二、 晶體管的頻率參數(shù)（晶體管的頻率參數(shù)（P228） 1 0TTffff 時的頻率為使。、)(obTCCfff共射截止頻率共基截止頻率特征頻率)( 21ebCCrf可查手冊獲取eb 2 21CfgCfrCTm第31頁/共60頁 5.3 場效應(yīng)管的高頻等效電路（略）場效應(yīng)管的高頻等效電路（略）可與晶體管高頻等效電流類比，簡化、單向化變換。很大，可忽略其電流單向化變換極間電容Cg

17、sCgdCds數(shù)值/pF1101100.11dgLmgsgs)1 (CRgCC忽略d-s間等效電容第32頁/共60頁5.4 單管放大電路的頻率響單管放大電路的頻率響應(yīng)應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)三、頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積三、頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積一、研究頻率響應(yīng)的方法一、研究頻率響應(yīng)的方法第33頁/共60頁1. 1. 三個頻段的劃分三個頻段的劃分（1 1）中頻區(qū)( (段) )特點: : Aus基本與 f 無關(guān) 基本與 f 無關(guān)原因: : 不考慮電路中所有 電容的影響一、一、 研究頻率響應(yīng)的方法研究頻率響應(yīng)的方法第34頁/共60頁特點: : Aus與f有

18、關(guān)(f下降A(chǔ)us下降) 也與頻率f有關(guān)原因: : 由于耦合電容以及旁路電容的存在，在頻率比較低時電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略, ,使輸出電壓下降，所以A Ausus下降，也產(chǎn)生附加相移。一、一、 研究頻率響應(yīng)的方法研究頻率響應(yīng)的方法（2 2）低頻區(qū)( (段) )第35頁/共60頁特點: : Aus與f有關(guān)(f增大Aus下降) 也與頻率f有關(guān)原因: : 由于晶體管的極間電容以及分布電容的存在，在頻率比較高時電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略, ,使輸出電壓下降，所以A Ausus下降，也產(chǎn)生附加相移。一、一、 研究頻率響應(yīng)的方法研究頻率響應(yīng)的方法（2 2）高頻區(qū)( (段) )第36頁/共60頁2. 2. 研究

19、方法研究方法 -分頻段用等效電路法分析計算（1 1）中頻區(qū)用h h參數(shù)微變等效電路分析計算（2 2）低頻區(qū)只考慮耦合電容（或旁路電容）的影響，畫出等效電路, ,進(jìn)行分析計算（3 3）高頻區(qū)只考慮晶體管的極間電容的影響，畫出等效電路，進(jìn)行分析計算一、一、 研究頻率響應(yīng)的方法研究頻率響應(yīng)的方法第37頁/共60頁二、單管共射放大電路的頻率響二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)應(yīng)適用于信號頻率從0的交流等效電路中頻段：C 短路， 開路。CC低頻段：考慮C 的影響， 開路。高頻段：考慮 的影響，C 短路。C將輸入信號的頻率范圍分為三個頻段考慮:第38頁/共60頁1. 1. 中頻電壓放大倍數(shù)AusmsosmUU

20、Au二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)sousmUUAbeLisiusmrRRRRA0)/(/ebbbbbebirrRrRR)(LRgrrRRRmbeebisiLcLRRR/ebmrg0eboiebsiUUUUUU第39頁/共60頁2. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)Ausl二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng))()(beisicmbeebisismo rRRRRRgrrRRRACu空載時：第40頁/共60頁 ooosoososlUUUUUUAuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl2. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)

21、低頻電壓放大倍數(shù)Ausl二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng) j1LcLsmoRCRRAujffAffjffjAALusmLLusmusl111-下限截止頻率CRRfLCL)(21令課本P233第41頁/共60頁)arctan90(-180 )(1)(lg20lg20lg20L2smslffffffAALLuu jj LLsmslffffAAuu1)(20dB/十倍頻2. 2. 低頻電壓放大倍數(shù)低頻電壓放大倍數(shù)Ausl-波特圖波特圖二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)2)(1lg20lg20LLuffffA高通電路的頻率特性為：)arctan(9

22、0Lff課本P225第42頁/共60頁3. 3. 高頻電壓放大倍數(shù)AushbeebisiiebsissrrRRRUUUUUU二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng))/(bsbbebRRrrR)( j11R j1 LmbeebisiebosebsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu課本P234第43頁/共60頁 )/( 21 21 sbbbebHCRRrrRCf令)( j11R j1 LmbeebisiebosebsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)3. 3. 高頻電壓放大倍數(shù)Aush

23、-上限截止頻率 j1HsmsoshffAUUAuu第44頁/共60頁 jHsmsoshffAUUAuu1H2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)3. 3. 高頻電壓放大倍數(shù)Aush-波特圖2)(1lg20lg20HuffA低通電路的頻率特性為：)arctan(Hff課本P225第45頁/共60頁4. 4. 完整的電壓放大倍數(shù)波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管

24、共射放大電路的頻率響應(yīng) 將前面畫出的頻率特性的中頻段 、低頻段和高頻段畫在同一張圖上就得到了如圖所示的完整的頻率特性（波特）圖 。 第46頁/共60頁H 由上圖可看出，畫單管共射放大電路的頻率特性時，關(guān)鍵在于計算出下限和上限截止頻率以及中頻電壓放大倍數(shù)AusmLfHf和下限截止頻率取決于低頻時輸入回路的時間常數(shù)L 二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)上限截止頻率取決于高頻時輸入回路的 時間常數(shù) )()(21LHLHf第47頁/共60頁對數(shù)幅頻特性：在 到 之間，是一條水平直線；在 時，是一條斜率為+20dB/十倍頻程的直線；在 時，是一條斜率為-20dB/十倍頻程的直線

25、。LfHfusmusAAlg20lg20 Lff Hff 二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)-20dB/十倍頻+20dB/十倍頻在畫波特圖時，用折線代替實際的曲線是有一定誤差的。對數(shù)幅頻特性的最大誤差為3dB。第48頁/共60頁相頻特性：在 時， ； 在 時， ； HLfff1 . 010 180 Lff1 . 0 90 在 時， ；Hff10 270 二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)而在f從 到 以及從 到 的范圍內(nèi)，相頻特性都是斜率為 十倍頻程的直線。 /45-45/十倍頻f Hf L第49頁/共60頁1.1.對放大電路頻率響應(yīng)的要求對放大電路頻率響應(yīng)的要求 只有在通頻帶的范圍內(nèi),放大電路的電壓放大倍數(shù)才有不變的幅值和相位，才能對不同頻率的信號進(jìn)行同樣的放大；否則就要產(chǎn)生頻率失真。頻率響應(yīng)的要求是： 放大電路的 要低于輸入信號中的最低頻率分量 要高于輸入信號中的最高頻率分量LfHf三、頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積三、頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積第50頁/共60頁2.2.對放大電路頻率響應(yīng)的改善對放大電路頻率響應(yīng)的改善（1）