第3章頻率特性

1、第三章第三章 放大電路的頻率放大電路的頻率特性特性內(nèi)容導(dǎo)航內(nèi)容導(dǎo)航3.0 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 3.1 頻率特性的概念頻率特性的概念3.2 單級阻容耦合放大電路單級阻容耦合放大電路 頻率特性的定量分析頻率特性的定量分析3.3 多極放大電路的頻率特性多極放大電路的頻率特性 習(xí)題解答習(xí)題解答教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求熟悉熟悉:放大電路的頻率特性含義；影響頻率特放大電路的頻率特性含義；影響頻率特性的因素及其曲線特點(diǎn)；分貝概念。性的因素及其曲線特點(diǎn)；分貝概念。了解了解:波特圖的一般知識；單級共射放大電波特圖的一般知識；單級共射放大電路低頻區(qū)和高頻區(qū)用截止頻率路低頻區(qū)和高頻區(qū)用截止頻率表示的表示的一般

2、表達(dá)式；多級與單級放大電路帶一般表達(dá)式；多級與單級放大電路帶寬的定性關(guān)系。寬的定性關(guān)系。3.1 頻率特性的概念頻率特性的概念3.1.1 基本概念基本概念在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念-幅度頻率特性幅度頻率特性)(iofUUA相頻特性是描繪：輸出信號與輸入相頻特性是描繪：輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即的規(guī)律。即相位頻率特性相位頻率特性 幅頻特性是描繪：輸入信號幅度幅頻特性是描繪：輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即而變化的規(guī)律。即 = =Ai

3、o/VVf( )U U3.1.2 頻率特性的定性分析及其指標(biāo)頻率特性的定性分析及其指標(biāo)當(dāng)放大電路的輸入端和輸出端通過耦合電容分別于當(dāng)放大電路的輸入端和輸出端通過耦合電容分別于信號源和負(fù)載進(jìn)行連接，這種信號傳遞方式稱為信號源和負(fù)載進(jìn)行連接，這種信號傳遞方式稱為阻阻容耦合容耦合。一、幅頻和相頻特性曲線的定性分析一、幅頻和相頻特性曲線的定性分析考慮極間考慮極間電容時(shí)的電容時(shí)的阻容耦合阻容耦合放大電路放大電路usECCiCo單級阻容耦合放大電路的頻率特性曲線單級阻容耦合放大電路的頻率特性曲線AusAusm 0.707Ausm 0 fLBWfH低低頻頻區(qū)區(qū)中頻區(qū)中頻區(qū)高高頻頻區(qū)區(qū)f00f-900-135

4、0-1800-2250-2700=+450=- 4501、中頻區(qū)、中頻區(qū)Ausm和相位差和相位差為為-1800不受影響，特性曲線不受影響，特性曲線呈現(xiàn)平坦水平線。呈現(xiàn)平坦水平線。2、低頻區(qū)、低頻區(qū)當(dāng)輸入信號幅值不變，當(dāng)輸入信號幅值不變，而頻率下降時(shí)，而頻率下降時(shí)，Aus下下降，同時(shí)相位差增大。降，同時(shí)相位差增大。3、高頻區(qū)、高頻區(qū)當(dāng)輸入信號幅值不變，當(dāng)輸入信號幅值不變，而頻率增加時(shí)，而頻率增加時(shí)，Aus下降，下降，產(chǎn)生滯后的相位差產(chǎn)生滯后的相位差.二、頻率特性指標(biāo)二、頻率特性指標(biāo)AusAusm 0.707Ausm 0 fLBWfH低低頻頻區(qū)區(qū)中頻區(qū)中頻區(qū)高高頻頻區(qū)區(qū)f00f-900-1350-

5、1800-2250-2700=+450=- 450在低頻區(qū)和高頻區(qū)中，在低頻區(qū)和高頻區(qū)中，當(dāng)放大電路的電壓放當(dāng)放大電路的電壓放大倍數(shù)分別下降到中大倍數(shù)分別下降到中頻區(qū)電壓放大倍數(shù)的頻區(qū)電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)，對應(yīng)的兩倍時(shí)，對應(yīng)的兩個頻率個頻率fL和和fH分別稱分別稱為為下限截止頻率下限截止頻率fL和和上限截止頻率上限截止頻率。fH兩頻率之間頻率范圍兩頻率之間頻率范圍稱為稱為通頻帶通頻帶或稱或稱帶寬帶寬BW，一般，一般fHfL故有故有 BW=fH-fL三、頻率失真三、頻率失真放大電路的幅頻特性和相頻特性，稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性，稱為頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)。因放大電路對不同頻率成分信號的

6、增益不同，從而因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為幅度頻率失真幅度頻率失真，簡稱，簡稱幅幅頻失真頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相位頻率失真相位頻率失真，簡，簡稱稱相頻失真相頻失真。幅頻失真和相頻失真是。幅頻失真和相頻失真是線性失真線性失真。線性失真線性失真 圖圖3 3 頻率失真頻率失真基波二次諧波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跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm參數(shù)的求取參數(shù)的求取

7、用 代替eb.mVg.bIU 這一模型中用 代替 ，這是因?yàn)楸旧砭团c頻率有關(guān)，而gm與頻率無關(guān)。推導(dǎo)如下: eb.mVg.b0IU3.2 單級阻容耦合放大電路頻率特性的單級阻容耦合放大電路頻率特性的定量分析定量分析ETbbebbbbeIUrrrr)1 ()(026. 0)1 (msVIUIIUrUIgCTCETebebbm跨導(dǎo)：跨導(dǎo)：CEVEBCmviguu3.2.1 BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型一、高頻混合一、高頻混合模型的引出模型的引出基區(qū)體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點(diǎn)。二、用密勒定理簡化混合二、用密勒定理簡化混合模型電路模型電路在在型小信號模型中，因存在型小信號模型中，因存在

8、Cbc 和和rbc，對求解不便，對求解不便，可通過單向化處理加以變換。首先因可通過單向化處理加以變換。首先因rbc很大，可以很大，可以忽略，只剩下忽略，只剩下Cbc 。可以用輸入側(cè)的?？梢杂幂斎雮?cè)的C 和輸出側(cè)的和輸出側(cè)的C 兩個電容去分別代替兩個電容去分別代替Cbc ，但要求變換前后應(yīng)保，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變。證相關(guān)電流不變。 高頻混合型小信號電路UUUU 在型小信號模型中，因存在Cbc 和rbc,對求解不便，可通過單向化處理加以變換。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc 。可以用輸入側(cè)的C和輸出側(cè)的C兩個電容去分別代替Cbc ，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變，如圖05.0

9、7所示。單向化圖05.07高頻混合型小信號電路輸入側(cè) III圖05.07高頻混合型小信號電路CjVVVCjVVI)1 ()(becebecebe cbemceRVgVCjRgVI) 1 (cmbe則定義放大倍數(shù)令, cmRgK CK C()1輸出側(cè)CjKVCjVVI)11 ()(cebece CKKC1所以 由于C1/ Ce時(shí)。為簡單起見，將時(shí)。為簡單起見，將Ce歸算到基極回路后與歸算到基極回路后與C1串聯(lián)，設(shè)串聯(lián)，設(shè)Ce =Ce /1+ 。同。同時(shí)在輸出回路用戴文寧定理變換，得到簡化的微變時(shí)在輸出回路用戴文寧定理變換，得到簡化的微變等效電路，如圖等效電路，如圖05.15所示。所示。所以輸入回

10、路的低頻時(shí)間常數(shù)為 L1=(C1 /Ce)( Rb +rbe)圖05.15 簡化后的低頻段等效電路 圖05.14 低頻段微變等效電路 在此簡化條件下，低頻段的電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為L2L2L1L1sMsLLC2LC2beSe1beSe1beSLSOsL/1/1/)(1)()( /(1)( /(fjffjffjffjfAARRCjRRCjrRCCjrRCCjrRRVVAvvv總電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為beSLsMHL2L2L1L1sMs/11/1/1/rRRAfjffjffjffjffjfAAvvv 設(shè)fL1fL2，可以畫出單級基本放大電路的波特圖，如圖05.16所示。圖05.16 單級基本放

11、大電路的波特圖3.2.43.2.4 BJT BJT的頻率參數(shù)的頻率參數(shù)一、共發(fā)射極截止頻率一、共發(fā)射極截止頻率f f若低頻時(shí)的電流放大系數(shù)為若低頻時(shí)的電流放大系數(shù)為0,當(dāng)信號頻率升高時(shí)當(dāng)信號頻率升高時(shí),使使下降為下降為0.707 0時(shí)所對應(yīng)頻率稱為時(shí)所對應(yīng)頻率稱為f。2001ff其關(guān)系為：其關(guān)系為：二、特征頻率二、特征頻率f fT T當(dāng)信號頻率當(dāng)信號頻率ffB時(shí)，時(shí)，顯著下降到顯著下降到=1所對應(yīng)的頻率。所對應(yīng)的頻率。fT=0f三、共基極截止頻率三、共基極截止頻率fa 若低頻電流放大系數(shù)為若低頻電流放大系數(shù)為0, ,當(dāng)當(dāng)信號頻率信號頻率增加增加時(shí)，是時(shí)，是下降為下降為0.7070時(shí)對應(yīng)的頻率為

12、時(shí)對應(yīng)的頻率為f.-20dB/十倍十倍頻頻0ffTf0dB3.3 3.3 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性3.3.1 多級放大電路的組成及分析方法多級放大電路的組成及分析方法 多級放大電路級與級之間信號傳遞的電路連接方法稱為多級放大電路級與級之間信號傳遞的電路連接方法稱為耦耦合合，有，有阻容耦合阻容耦合、變壓器耦合變壓器耦合、直接耦合直接耦合以及以及光電耦合光電耦合等形式。等形式。+ui -C1Rb11Rb12Re1T1Rc1C2Ce1Ce2Re2Rb22Rb21T2VccRc2C3+u0-RLRi2兩級阻容耦合放兩級阻容耦合放大電路大電路是由是由單級單級放大電放大電路為路為基礎(chǔ)基

13、礎(chǔ)組成的。組成的。一、多級放大電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算一、多級放大電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算 從交流參數(shù)來看，前級的輸出信號即為后級的輸入信號，從交流參數(shù)來看，前級的輸出信號即為后級的輸入信號，而后級的輸入電阻即為前級交流負(fù)載，因此有而后級的輸入電阻即為前級交流負(fù)載，因此有20121,iiLUURR第一級電壓放大倍數(shù)為第一級電壓放大倍數(shù)為111UUAou第二級電壓放大倍數(shù)為第二級電壓放大倍數(shù)為22iouUUA總的電壓放大倍數(shù)為總的電壓放大倍數(shù)為212001uuiiiouAAUUUUUUAN級電壓級電壓放大電路總的電壓放大倍數(shù)為放大電路總的電壓放大倍數(shù)為 nkukunuuuAAAAA121二、多級放大

14、電路的輸入電阻和輸出電阻二、多級放大電路的輸入電阻和輸出電阻輸入電阻輸入電阻R Ri i為第一級放大器的為第一級放大器的輸入電阻：輸入電阻： R Ri i=R=Ri1i1輸出電阻輸出電阻R R0 0為第為第n n級放大器的級放大器的輸出電阻：輸出電阻： R Ro o=R=Ronon3.3.23.3.2 多級放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率特性幅頻特性幅頻特性和和相頻特性相頻特性分別為分別為niuiuAA1lg20 niin121兩級放大電路的波特圖兩級放大電路的波特圖BWdBAulg20umAlg40umAlg200+40dB/十倍頻十倍頻-20dB/十倍頻十倍頻+20dB/十倍頻十倍頻-

15、40dB/十倍頻十倍頻BW1兩級兩級單級單級6dB3dBfL1fLfHfH100ff單級單級-450/十倍頻十倍頻-450/十倍頻十倍頻-900/十倍頻十倍頻-900/十倍頻十倍頻-900-1800-2700-3600-4500-5400兩級兩級3.3.33.3.3 共射共射- -共基放大電路的頻率特性共基放大電路的頻率特性共射共射-共基兩種組態(tài)電路組成的共基兩種組態(tài)電路組成的兩級兩級放大電路如下：放大電路如下：+ui-Rb1Rb2Re1T1T2Rb4Ce1Cb2Rc2Rb3+Vcc+uo -+-iURb1Rb2rbe1rbe211 bI22 bIRc20U+-RL1=Ri2串接放大電路，屬于直串接放大電路，屬于直接耦合放大電路。接耦合放大電路。一、電壓放大倍數(shù)一、電壓放大倍數(shù)第一級共射放大電路的電第一級共射放大電路的電壓放大倍數(shù)為壓放大倍數(shù)為1111beLiourRUUA+-iURb1Rb2rbe1rbe211 bI22 bIRc20U+-RL1=R