放大電路的頻率響應(yīng)課件

1、第四章 放大電路的頻率響應(yīng)4.1頻率響應(yīng)的概念4.2晶體管的高頻等效模型4.4單管放大電路的頻率響應(yīng)4.5多級放大電路的頻率響應(yīng)4.3場效應(yīng)管的高頻等效模型4.6放大電路的階躍響應(yīng)本章重點(diǎn)：2、單管共射放大電路混合模型等效電路圖、 頻率響應(yīng)的表達(dá)式及波特圖繪制 。1、晶體管、場效應(yīng)管的混合模型。4.1頻率響應(yīng)的概念研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性 由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。 小信號等效模型只適用于低頻信號的分析。 本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的描述方法。

2、頻率響應(yīng)的概念1.頻率響應(yīng)與通頻帶 放大電路的電壓放大倍數(shù)Au是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱為放大電路的頻率響應(yīng)或頻率特性。 Au( f )表示電壓放大倍數(shù)的模與頻率f的關(guān)系，稱為幅頻響應(yīng) ( f )表示放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與頻率f的關(guān)系，稱為相頻響應(yīng) 放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。2. 通頻帶 在中頻區(qū)各種電容的影響均可以忽略不計(jì)，電壓放大倍數(shù)Au基本上不隨信號頻率而變化，保持常數(shù)。 在低頻區(qū)，放大電路的耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響不可忽略，會使放大倍數(shù)下降； 在高頻區(qū)，此時(shí)三極管的極間電容和接線電容的影響不可忽略，也會使放大倍數(shù)下降。 2. 通頻帶 在繪制頻率響應(yīng)曲線

3、時(shí)，常常采用對數(shù)坐標(biāo)。 幅頻特性的縱坐標(biāo)為 ，單位為分貝（dB）。 相頻特性的縱坐標(biāo)仍為，不取對數(shù)。這時(shí)得到的頻率響應(yīng)曲線稱為對數(shù)頻率響應(yīng)或波特圖。 在波特圖中，放大器的下限頻率fL和上限頻率fH也就是中頻電壓增益下降3dB時(shí)所對應(yīng)的兩個頻率。3.幅頻失真和相頻失真 放大器不能使不同頻率的信號得到同樣的放大，使輸出波形產(chǎn)生失真，這種失真稱為頻率失真，又稱為線性失真 。頻率失真又包括幅度失真和相位失真。 幅度失真：是由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同 而引起輸出波形產(chǎn)生的失真。相位失真：是由于放大器對不同頻率信號的相位移不同而 引起輸出波形產(chǎn)生的失真。幅頻失真和相頻失真4.1.2 RC電路的

4、頻率響應(yīng)1. RC低通電路時(shí)間常數(shù)H=R1C1，令幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： （1）幅頻響應(yīng)：當(dāng)ffH 時(shí)， 隨著f的上升，越來越小兩條直線的交點(diǎn)f H稱為轉(zhuǎn)折頻率。 當(dāng)ffH 時(shí)， (2)相頻響應(yīng)： 當(dāng)f = fH 時(shí)， 隨著f的上升，越來越小可以利用RC低通電路來模擬放大電路的高頻響應(yīng)。 則有：放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。(3) 低通電路的波特圖對數(shù)幅頻特性：0.1 fHfH 10 fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻對數(shù)相頻特性：fH 10 fH-455.715.71-45/十倍頻-900.1 fH0f在高頻段，低通電路產(chǎn)生0 90的滯后相移。（3）低通電路的波特圖2. RC高通

5、電路時(shí)間常數(shù)L=R2C2，令幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： （1）幅頻響應(yīng)：當(dāng)ffL 時(shí)， 隨著f的下降，越來越小當(dāng)ffH 時(shí)， (2)相頻響應(yīng)： 當(dāng)f = fH 時(shí)， 隨著f的下降，越來越小可以利用RC高通電路來模擬放大電路的低頻響應(yīng)。 則有：放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。(3) 高通電路的波特圖對數(shù)幅頻特性： 實(shí)際幅頻特性曲線：幅頻特性當(dāng) f fL(高頻)，當(dāng) f fT 時(shí)，三極管失去放大作用； f = fT 時(shí)，由式得：3.共基截止頻率 f 值下降為低頻 0 時(shí) 的 0.707 時(shí)的頻率。 【f 與 f 、 fT 之間關(guān)系】：因?yàn)榭傻谩菊f明：】所以：1. f 比 f 高很多，等于 f 的 (1

6、 + 0) 倍；2. f fT f 3. 低頻小功率管 f 值約為幾十至幾百千赫，高頻小功率管的 fT 約為幾十至幾百兆赫。4.3 場效應(yīng)管的高頻等效模型 與晶體管一樣，場效應(yīng)管的各電極之間也會存在極間電容，根據(jù)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，可得出它的高頻等效模型如圖（a）所示。由于一般情況下rgs和rds都比外接電阻大得多，因此可以忽略，認(rèn)為它們開路。這樣就可以得到圖（b）所示的簡化高頻等效模型。 4.4 單管共發(fā)射極放大電路的頻率響應(yīng)利用晶體管混合型等效模型就可以分析放大電路的頻率響應(yīng) 單管共射放大電路的頻率響應(yīng)C1Rb+VCCC2Rc+Rs+單管共射放大電路中頻段：各種電抗影響忽略，Au 與 f 無關(guān)

7、；低頻段：隔直電容壓降增大， Au 降低。與電路中電阻構(gòu)成 RC 高通電路；高頻段：三極管極間電容并聯(lián)在電路中， Au 降低。而且，構(gòu)成 RC 低通電路。4.4 單管共發(fā)射極放大電路的頻率響應(yīng)密勒定理 折合到b-e之間為： 折合到c-e之間為 1 中頻電壓放大倍數(shù)式中 2 低頻電壓放大倍數(shù)并令由上面的推導(dǎo)可以看出，fL1與C1所在回路的時(shí)間常數(shù)成反比。同理，當(dāng)只考慮C2的影響時(shí)，可以得出其下限截止頻率fL2為 分壓式偏置放大電路來說，還應(yīng)考慮射極旁路電容Ce的影響分壓式偏置放大電路來說，還應(yīng)考慮射極旁路電容Ce的影響在回路中其時(shí)間常數(shù)為 則下限截止頻率fL3為 3 高頻電壓放大倍數(shù)在高頻區(qū)，由

8、于容抗變小，則耦合電容和旁路電容可忽略不計(jì)，視為短路，但并聯(lián)的極間電容的影響應(yīng)予以考慮，其等效電路如圖（a）所示。由于所在回路的時(shí)間常數(shù)比輸入回路C的時(shí)間常數(shù)小得多，所以將C忽略不計(jì)，如圖（b）所示。3 高頻電壓放大倍數(shù)并令4 完整的頻率響應(yīng)放大倍數(shù)在全部頻率范圍內(nèi)的表達(dá)式 ：四、波特圖繪制波特圖步驟： 1. 根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算 、fL 和 fH ； 2. 由三段直線構(gòu)成幅頻特性。 中頻段：對數(shù)幅值 = 20lg 低頻段： f = fL開始減小，作斜率為 20 dB/十倍頻直線； 高頻段：f = fH 開始增加，作斜率為 20 dB/十倍頻直線。3. 由五段直線構(gòu)成相頻特性。 圖 5.4.5幅頻

9、特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270-225-135-180相頻特性-9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO通頻帶f|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、 造成f 270 180 90相頻特性O(shè)放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積1.為了改善放大電路頻率響應(yīng)，應(yīng)降低下限頻率，放大電路可采用直接耦合方式，使得fL 02.為了改善單管放大電路的高頻特性，應(yīng)增大上限頻率fH。3.增益帶寬積中頻電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積。說明：式不很嚴(yán)格，但從中可以看出一個大概的趨勢，即選定放大三極管后，

10、rbb 和 Cbc 的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時(shí)，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問題是選用 rbb 和 Cbc 均小的高頻三極管。復(fù)習(xí)：1.晶體管、場效應(yīng)管的混合 模型2.單管共射放大電路的頻率響應(yīng)表達(dá)式：波特圖的繪制：三段直線構(gòu)成幅頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性4.5多級放大電路的頻率響應(yīng)4.5.1多級放大電路頻率特性的定性分析多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：對數(shù)幅頻特性為： 在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效電路中有多個低通電路。在阻容耦合放大電路中，如有多個耦合電容或旁路電容，則在低頻等

11、效電路中就含有多個高通電路。多級放大電路的總相位移為：兩級放大電路的波特圖圖 5.5.1fHfL幅頻特性fOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一 級二 級-20dB/十倍頻-40dB/十倍頻圖 5.5.1相頻特性-270-360fL1fH1fO-540-180-450-90一 級二 級多級放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級的通頻帶為窄。4.5.2多級放大電路的上限頻率和下限頻率的估算在實(shí)際的多級放大電路中，當(dāng)各放大級的時(shí)間常數(shù)相差懸殊時(shí)，可取其主要作用的那一級作為估算的依據(jù)即：若某級的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級的下限頻率，則可認(rèn)為整個電路的下限頻率就是該級的下限頻率。同理若某

12、級的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級的上限頻率，則可認(rèn)為整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率。例4.5.1已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻特性如圖所示。求下限頻率、上限頻率和電壓放大倍數(shù)。（2）高頻段只有一個拐點(diǎn)，斜率為-60dB/十倍頻程，電路中應(yīng)有三個電容，為三級放大電路。解：（1）低頻段只有一個拐點(diǎn)，說明影響低頻特性的只有一個電容，故電路的下限頻率為10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）電壓放大倍數(shù)1.考慮C1對低頻特性的影響(b) C1所在回路的等效電路2.考慮C2對低頻特性的影響(c) C2所在回路的等效電路3.考慮Ce對低頻特性的影響(d) C

13、e所在回路的等效電路4.考慮結(jié)電容對高頻特性的影響(e)結(jié)電容所在回路的等效電路比較C1、C2、Ce所在回路的時(shí)間常數(shù)1、2、e,當(dāng)取C1C2Ce時(shí)，e將遠(yuǎn)小于1,2，即fLe遠(yuǎn)大于fL1和fL2因此，fLe就約為電路的下限頻率。4.6 放大電路的階躍響應(yīng) 研究放大電路在不同頻率的正弦波輸入信號的作用下的頻率響應(yīng)，這種分析方法稱為頻域法。 優(yōu)點(diǎn):是分析簡單，實(shí)際測試方便 缺點(diǎn):是用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路的波形失真， 采用階躍信號作為測試信號，研究放大電路的輸出波形隨時(shí)間變化的情況，稱為放大電路的階躍響應(yīng)，其分析方法稱為時(shí)域法。 優(yōu)點(diǎn):是可以很直觀地判斷放大電路的波形失真缺點(diǎn):

14、是分析比較復(fù)雜1.階躍信號2.單級放大電路的階躍響應(yīng)（1）上升時(shí)間t r上升部分可以采用RC低通電路來模擬 （1）上升時(shí)間t r 定義上升時(shí)間t r來表示前沿失真，上升時(shí)間t r是指輸出電壓從終始值的10%上升到90%所需的時(shí)間。 說明：上升時(shí)間tr與上限頻率fH成反比，fH越高，則上升時(shí)間愈短，前沿失真越小。 （2）平頂降落平頂部分可以采用RC高通電路來模擬 輸出電壓是按指數(shù)規(guī)律下降的現(xiàn)象稱為平頂降落。 下降速度取決于時(shí)間常數(shù)RC，平頂降落：是指在規(guī)定的時(shí)間tp內(nèi)，輸出電壓比終始值下降的百分?jǐn)?shù)。即當(dāng) 時(shí)，有考慮到： 平頂降落與低頻下限頻率fL成正比fL越低，平頂降落越小 則tp代表方波的半個周期，即 則平頂降