模擬電子線路放大器的頻率特性

模擬電子線路放大器的頻率特性第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.1基本概念與分析方法3.1.1基本概念1.線性失真信號(hào)在放大過(guò)程中的失真可分為兩種一種是非線性失真，它是由于信號(hào)幅度過(guò)大，使晶體管工作在非線性部分所引起的，他有新的頻率成分產(chǎn)生。另一種失真是線性失真，它是信號(hào)通過(guò)線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)由于各諧波分量的大小比例發(fā)生變化引起的頻率失真或初始相位的延時(shí)不相等所引起的相位失真，他沒(méi)有新的頻率成分產(chǎn)生二次諧波基波二次諧波基波（a）原波形二次諧波基波（b）頻率失真

（c）相位失真合成后大小比例發(fā)生變化合成后初相位發(fā)生變化合成后（b）頻率失真第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件一般地，放大器的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，即：由于線性失真是信號(hào)通過(guò)線性系統(tǒng)時(shí)輸出信號(hào)各諧波份量的大小比例與輸入信號(hào)相比發(fā)生了變化，或輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)的各諧波份量的初始位置的延時(shí)不一致引起的，所以，線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件是：（1）放大倍數(shù)與頻率無(wú)關(guān)，既要求放大倍數(shù)的幅頻特性是一常數(shù)，即：A()=常數(shù)（2）放大器對(duì)各頻率份量的滯后時(shí)間t0相同，即要求放大器的相頻特性正比于角頻率，即：()=t0第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2放大器的頻率響應(yīng)阻容耦合電路中，由于耦合電容、旁路電容和極間電容的影響，其頻率特性一般近似地分為三個(gè)頻段來(lái)分析。低頻段中頻段高頻段中頻段

管子極間電容可視為開路，管子的電路模型可用純電阻電路模型來(lái)表示，耦合電容和旁路電容可視為短路。這時(shí)放大倍數(shù)幾乎與頻率沒(méi)有關(guān)系而保持恒定。低頻段

管子極間電容可視為開路，耦合電容和旁路電容的容抗增大使得低頻段的放大倍數(shù)下降，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器。高頻段

器件的極間電容的容抗變小，分流的作用增大，因而使放大倍數(shù)下降，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器。放大電路的頻率特性實(shí)際上是一個(gè)帶通濾波器，其截止頻率為通頻帶第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2頻率特性的分析方法分析頻率特性的方法復(fù)頻率法在復(fù)頻率法中電阻、電容和電感用復(fù)阻抗表示，在各頻段的微變等效電路中得到增益的傳輸函數(shù)，進(jìn)而得到頻率特性。復(fù)頻率所用數(shù)學(xué)工具是拉氏變換。相量法在相量法中電阻、電容和電感用阻抗表示，在各頻段的微變等效電路上先建立放大電路的相量模型，然后求出各頻段增益的頻率特性和，即可得到放大電路的整個(gè)頻率特性。相量法所使用的數(shù)學(xué)工具是傅氏變換。復(fù)頻率法除了可以得到放大電路的頻率特性外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，復(fù)頻率法能夠引出零極點(diǎn)概念，而這些零極點(diǎn)的分布能唯一地確定網(wǎng)絡(luò)的頻率特性；第二，零極點(diǎn)的分布決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此復(fù)頻率法便于討論放大器的頻率穩(wěn)定性；第三，零極點(diǎn)的分布能夠決定網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域特性。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.1.3單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角（相頻響應(yīng)）①增益頻率函數(shù)研究放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號(hào)頻率變化時(shí)的響應(yīng)。第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日最大誤差-3dB②頻率響應(yīng)曲線描述3.1.3RC電路的頻率響應(yīng)幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線相頻響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時(shí)，輸出滯后輸入因?yàn)樗缘谄唔?yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.1.3RC電路的頻率響應(yīng)2.RC高通電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的電壓增益：幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)輸出超前輸入第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.2放大電路的頻率分析1.三極管的高頻小信號(hào)建模2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日1.三極管的高頻小信號(hào)建模①模型的引出rb'e---發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻

---發(fā)射結(jié)電容---集電結(jié)電阻---集電結(jié)電容

rbb'---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。互導(dǎo)第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日1.三極管的高頻小信號(hào)建模②模型簡(jiǎn)化#

為什么用能反映頻率對(duì)受控源的影響？混合型高頻小信號(hào)模型第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.7.2放大電路頻率分析又因?yàn)樗寓勰Ｐ蛥?shù)的獲得（與H參數(shù)的關(guān)系）1.三極管的高頻小信號(hào)建模低頻時(shí)，混合模型與H參數(shù)模型等效所以又rbe=rb+(1+

)re從手冊(cè)中查出第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日④的頻率響應(yīng)由H參數(shù)可知1.三極管的高頻小信號(hào)建模即根據(jù)混合模型得低頻時(shí)所以當(dāng)時(shí)，第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日——共發(fā)射極截止頻率④的頻率響應(yīng)1.三極管的高頻小信號(hào)建模的幅頻響應(yīng)令則——特征頻率——共基極截止頻率時(shí)當(dāng)?shù)谑捻?yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路<A>等效電路第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路對(duì)節(jié)點(diǎn)c列KCL得<B>電路簡(jiǎn)化忽略的分流得稱為密勒電容等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路<B>電路簡(jiǎn)化最后第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)②高頻響應(yīng)由電路得電壓增益頻響又其中低頻增益上限頻率第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)③增益-帶寬積BJT一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)#

如何提高帶寬？第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日例題解：模型參數(shù)為設(shè)共射放大電路在室溫下運(yùn)行，其參數(shù)為：試計(jì)算它的低頻電壓增益和上限頻率。低頻電壓增益為又因?yàn)樗陨舷揞l率為第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)3.7.2單級(jí)高頻響應(yīng)①高頻等效電路第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)②高頻響應(yīng)列e點(diǎn)的KCL而所以電流增益為其中電壓增益為其中特征頻率忽略第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)③幾個(gè)上限頻率的比較的上限頻率特征頻率共基極上限頻率共發(fā)射極上限頻率共基極電路頻帶最寬，無(wú)密勒電容第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.7.3單極放大電路的低頻響應(yīng)1.低頻等效電路第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3.7.3單極放大電路的低頻響應(yīng)2.低頻響應(yīng)按圖3.7.13參數(shù)計(jì)算中頻增益當(dāng)則下限頻率取決于即第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3-2-4放大電路頻率特性分析舉例例3-4試分析下圖所示電路的頻率特性。已知，，，=50，C1=2uF，C2=10uF，，，1）中頻段分析在中頻區(qū)，所有電容的影響均可忽略不計(jì)，其中頻等效電路為由圖不難求出中頻區(qū)的的電壓放大倍數(shù)式中所以得或第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2）低頻段分析在低頻段，晶體管的結(jié)電容可視為開路，設(shè)CE容量很大，容抗很小，仍認(rèn)為短路。其等效電路為這時(shí)C1和C2的短路時(shí)間常數(shù)分別為相對(duì)應(yīng)的低頻段的兩個(gè)極點(diǎn)為：和。低頻截止頻率為或所以低頻段的頻率特性近似為第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日3）高頻段分析在高頻段，C1、C2和CE更是為短路，其單向化的高頻等效電路為。其中這時(shí)和的開路時(shí)間常數(shù)分別是

其中，，，，可見是主導(dǎo)極點(diǎn)。高頻截止頻率為所以，高頻段的頻率特性為相對(duì)應(yīng)的高頻段的兩個(gè)極點(diǎn)為和或第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日放大器的整個(gè)頻率特性曲線波特圖為-20dB/10倍頻程20dB/10倍頻程幅頻特性波特圖低頻截止頻率高頻截止頻率相頻特性曲線101021031041051061072001027.342.51.610690045000-450-9004.254251.61051.610710102103104105106107()/0第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日例3-5一個(gè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大器。已知IDSS=8mA，Vp=4V，rds=20kΩ，Cgd=1.5pF，Cds=5.5pF，試計(jì)算Aum、和。解先進(jìn)行靜態(tài)分析。由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性和圖示電路可得解得所以1）在中頻段

2）在低頻段由于C1、C3為無(wú)窮大，故低頻等效電路為6K1M5K5K0.1F15V

第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日C2的時(shí)間常數(shù)為故可得其下限截止頻率為

3）在高頻段

高頻等效電路為由于Ci與恒壓源并聯(lián)，所以對(duì)頻率特性無(wú)影響。在輸出端，其密勒電容為其輸出總電容為因此可得其高頻截止頻率為SGDSGD第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日例3-6如圖所示同相輸入放大電路，已知，，RF=100kΩ，R1=10kΩ，試求頻率特性和。A對(duì)于低頻情況，由于無(wú)電容偶合，故和中頻情況是一樣的其等效電路為由等效電路可知由于可得RfR1UiUo第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日高頻情況高頻等效電