模擬電路第5章課件

第5章放大電路的頻率響應(yīng)重點(diǎn)：1.頻率響應(yīng)的基本概念、波特圖。2.晶體管（場(chǎng)效應(yīng)管）的高頻等效模型

（混合模型）。3.單管放大電路的頻率響應(yīng)。4.多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)。5.15.1.1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(hào)等效模型只適用于低頻信號(hào)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。頻率響應(yīng)概述一、

高通電路+_+_CR

RC

高通電路令：5.1.2頻率響應(yīng)的基本概念fL稱為下限截止頻率對(duì)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<fL

(低頻)，高通特性：且頻率愈低，的值愈小，低頻信號(hào)不能通過(guò)。f最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fL處。0.1

fLfL

10

fL0-20-403dB20dB/十倍頻對(duì)數(shù)相頻特性

相頻特性5.71o-45o/十倍頻fL0.1fL

10

fL45o90o0

f誤差

在低頻段，高通電路產(chǎn)生0~90°的超前相移。5.71o二、RC低通電路的波特圖

RC低通電路圖+_+_CR令：則：fH稱為上限截止頻率小結(jié)（1）電路的截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)τ，即決定了fL和fH

。（2）當(dāng)信號(hào)頻率等于fL或fH放大電路的增益下降3dB，且產(chǎn)生+450或-450相移。（3）近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。5.2.1晶體管的混合模

型一、完整的混合模型5.2(b)混合模型(a)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖晶體管的高頻等效模型單向化視為∞二、簡(jiǎn)化的混合π模型5.4

5.4.1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(wú)關(guān)；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。單管放大電路的頻率響應(yīng)一、中頻電壓放大倍數(shù)耦合電容

可認(rèn)為交流短路，極間電容可視為交流斷路。1.中頻段等效電路中頻段等效電路由圖可得

bce

+Rb~+++RcRs－~++--2.中頻電壓放大倍數(shù)已知，則

結(jié)論：中頻電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式，與利用簡(jiǎn)化h

參數(shù)等效電路的分析結(jié)果一致。輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)

bce

+Rb~+++RcRs－C1低頻時(shí)間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)相頻特性因電抗元件引起的相移為附加相移。低頻段最大附加相移為+90度三、高頻電壓放大倍數(shù)考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：高頻等效電路

bce

+Rb~+++RcRs

ce

+~++Rc—C'

與R

構(gòu)成RC

低通電路。高頻時(shí)間常數(shù)：上限(-3dB)頻率為：四、波特圖對(duì)頻率從0到∞的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性高頻段最大附加相移為-90度幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHf5.55.5.1

多級(jí)放大電路頻率特性的定性分析多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)：在多級(jí)放大電路中含有多個(gè)放大管，因而在高頻等效電路中有多個(gè)低通電路。在阻容耦合放大電路中，如有多個(gè)耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就含有多個(gè)高通電路。多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的總相位移為：對(duì)數(shù)幅頻特性為：兩級(jí)放大電路具有相同頻率特性的波特圖。5.5.2

截止頻率的估算1.下限頻率多級(jí)放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)：根據(jù)定義，當(dāng)時(shí)，兩邊取平方，得展開得忽略高次項(xiàng)，得修正得2.上限頻率多級(jí)放大電路高頻段的電壓放大倍數(shù)：根據(jù)定義，當(dāng)時(shí)，兩邊取平方，得展開得忽略高次項(xiàng)，得修正得若放大電路是由兩級(jí)頻率特性相同的電路組成，則若放大電路是由三級(jí)頻率特性相同的電路組成，則注：(1)

在實(shí)際的多級(jí)放大電路中，當(dāng)各放大級(jí)的時(shí)間常數(shù)相差懸殊時(shí)，可取其主要作用的那一級(jí)作為估算的依據(jù)，即：若某級(jí)的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級(jí)的下限頻率，則可認(rèn)為整個(gè)電路的下限頻率就是該級(jí)的下限頻率。同理若某級(jí)的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級(jí)的上限頻率，則可認(rèn)為整個(gè)電路的上限頻率就是該級(jí)的上限頻率。(2)有多個(gè)耦合電容和旁路電容的單管放大電路中，在分析下限頻率時(shí)，應(yīng)先求出每個(gè)電容所確定的截止頻率，然后代入

中，求出電路的下限頻率。

已知某電路的各級(jí)均為共射放大電路，其對(duì)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(gè)拐點(diǎn)，斜率為-60dB/十倍頻程，電路中應(yīng)有三個(gè)電容，為三級(jí)放大電路。（1）低頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，說(shuō)明影響低頻特性的只有一個(gè)電容，故電路的下限頻率為10Hz。fH≈0.52fH1=(0.52×2×105)Hz=104kHz（3）電壓放大倍數(shù)例1解：分別求出如圖所示Q點(diǎn)穩(wěn)定電路中C1C2和Ce所確定的下限頻率的表達(dá)式及電路上限頻率表達(dá)式。C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui交流等效電路例2解：1.考慮C1對(duì)低頻特性的影響C1所在回路的等效電路2.考慮C2對(duì)低頻特性的影響

C2所在回路的等效電路3.考慮Ce對(duì)低頻特性的影響4.考慮結(jié)電容對(duì)高頻特性的影響比較C1、C2、Ce所在回路的時(shí)間常數(shù)τ1、τ2、τe,當(dāng)取C1＝C2＝Ce時(shí)，τe將遠(yuǎn)小于τ1、τ2，即fLe遠(yuǎn)大于fL1和fL2。因此，fLe就約為電路的下限頻率。Ce所在回路的等效電路結(jié)電容所在回路的等效電路5.6頻率響應(yīng)：描述放大電路對(duì)不同頻率正弦信號(hào)放大的能力，即在輸入信號(hào)幅值不變的情況下改變頻率，來(lái)考察輸出信號(hào)幅值與相位的變化。階躍響應(yīng)：用階躍函數(shù)作為放大電路的輸入信號(hào)，考察輸出信號(hào)前沿與頂部的變化，稱時(shí)域法。頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)上升時(shí)間：輸出電壓從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時(shí)間。傾斜率：在指定的時(shí)間內(nèi)，輸出電壓頂部的變化量與上升的終了值的百分比。5.6.1階躍響應(yīng)的指標(biāo)超載量：指在輸出電壓上升的瞬態(tài)過(guò)程中，上升值超過(guò)終了值的部分，一般用超過(guò)終了值的百分比來(lái)表示。1.fH愈大，tr愈小，放大電路的高頻特性愈好。2.fL愈低，δ愈小