第5章放大電路的頻率特性.ppt

1、第五章放大電路的頻率特性是放大電路的一個(gè)重要特性，用來衡量放大電路對(duì)不同輸入信號(hào)頻率的適應(yīng)性。例如，如果音頻放大器(收音機(jī))的頻率范圍小于人耳的頻率響應(yīng)(15千赫)，則放大器不合格。如果放大器的頻率范圍遠(yuǎn)大于15千赫，放大器中的噪聲將被放大，音質(zhì)將會(huì)惡化。有時(shí)，需要放大頻率范圍大于幾兆赫甚至幾十兆赫的寬帶放大電路(如視頻信號(hào)放大器)，5.1頻率響應(yīng)的基本概念和基本表示，5.2單級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)，5.3多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)，返回，5.1頻率響應(yīng)的基本概念和基本表示，1頻率響應(yīng)和通帶，2幅度失真和相位失真，3波特圖，返回， 放大電路的頻率特性是指電壓放大倍數(shù)與頻率之間的關(guān)系，即幅頻特性描述了

2、放大倍數(shù)的幅值隨頻率變化的規(guī)律。 也就是說，相位-頻率特性描述了輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間的相位差隨著頻率的變化而變化的規(guī)律。即幅頻特性和相頻特性包括兩個(gè)內(nèi)容：電壓放大方式與頻率的關(guān)系，稱為幅頻特性；電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關(guān)系稱為相頻特性，1頻率響應(yīng)與通帶，通帶BW=fH-fL，阻容耦合放大電路的下限頻率、上限頻率、幅頻特性曲線，以及回路、放大電路對(duì)不同頻率分量的信號(hào)有不同的相移，導(dǎo)致輸出波形失真，簡(jiǎn)稱相頻失真。(動(dòng)畫5-1)、2振幅失真、相位失真和振幅失真。因?yàn)榉糯笃麟娐穼?duì)于具有不同頻率分量的信號(hào)具有不同的增益，所以輸出波形失真，這被稱為幅度頻率失真，簡(jiǎn)稱幅度頻率失真。相位失真、幅頻失真和相

3、頻失真都是線性失真。放大電路中有電抗元件，如耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等。在研究頻率特性時(shí)，三極管的低頻小信號(hào)模型不再適用，但應(yīng)采用高頻小信號(hào)模型。頻率失真的原因是：返回3波特圖，波特圖是頻率特性的一種繪制方法。在電子技術(shù)領(lǐng)域，輸入信號(hào)頻率有很大范圍的變化。為了在一幅圖像上顯示較寬的頻率范圍，H.W.Bode提出用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，用虛線近似作圖法繪制頻率特性圖。該頻率特性圖稱為波特圖，橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度，因此坐標(biāo)軸上每十倍頻率的長(zhǎng)度相等，稱為十倍頻率范圍。縱坐標(biāo)使用以分貝(dB)為單位的對(duì)數(shù)標(biāo)度，相位頻率特性，橫坐標(biāo)使用對(duì)數(shù)標(biāo)度，而縱坐標(biāo)仍然使用原始值()。例1: RC低通電路

4、，如圖所示，其電壓放大系數(shù)(傳遞函數(shù))是，例如波特作圖法，X軸和Y軸的幅頻特性采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)，而fH稱為上限截止頻率。當(dāng)使用ffH時(shí)，幅頻特性將以20dB的斜率下降，或?qū)懗?20dB/dec。f=FH時(shí)，最大誤差為3dB。時(shí)，相位-頻率特性將滯后45，斜率為-45/dec。實(shí)際相位-頻率特性在0.1和10時(shí)的最大誤差分別為5.7和5.7。用這條虛線畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，它是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。振幅頻率和相位頻率的波特圖由表達(dá)式繪制。請(qǐng)注意，2相頻率特性由三條虛線組成：當(dāng)f為10fH時(shí)，相位頻率特性為-90的水平線；當(dāng)0.1fH f 10fH時(shí)，相位頻率，返回，注意2的相位頻率

5、特性由三條虛線組成：當(dāng)f 10fL時(shí)，相位頻率特性為0 a水平線；當(dāng)0.1fF 10fH時(shí)，相位頻率特性為-45/十倍的斜率；1.幅頻特性是兩條虛線：當(dāng)頻率為f1時(shí)，水平線為0dB，高通電路波特圖的表示，高通電路放大系數(shù)的表達(dá)式，5.2單級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)，1三極管混合高頻小信號(hào)等效電路，2單級(jí)共發(fā)射極放大電路的頻率響應(yīng)，回路，1三極管混合高頻小信號(hào)等效電路，(1)物理模型，(2)電流放大系數(shù)的頻率響應(yīng)，(3)代換，(4)單向，通過三極管的物理模型建立混合高頻小信號(hào)模型。三極管的物理結(jié)構(gòu)如下所示：-發(fā)射極結(jié)電容，也用C符號(hào)，-集電極結(jié)電阻，-集電極結(jié)電容，也用C符號(hào)，(1)物理模型，rbb

6、-基極區(qū)的體電阻，B是虛基極區(qū)的一個(gè)點(diǎn)。(2)電流放大系數(shù)的頻率響應(yīng)可以從物理概念上解釋，即隨著頻率的增加，它將減小。因?yàn)?、等效電路是指在UCE的某些條件下，CE之間的交流可以在等效電路中短路，所以可以構(gòu)成等效電路。由此可以計(jì)算共發(fā)射極連接的交流短路電流的放大系數(shù)?？梢詮南旅娴墓街型茖?dǎo)出來，0=當(dāng)GMRBE是低頻時(shí)，返回，并且根據(jù)這個(gè)物理模型，可以畫出一個(gè)混合高頻小信號(hào)模型，如圖所示。在這個(gè)模型中，gm ube被用來代替ib0，因?yàn)樗穷l率相關(guān)的，gm=0/rbe。gm是0與rbe的比值，與頻率無關(guān)，因此gm與頻率無關(guān)。(3)替換為，如果IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm稱為

7、跨導(dǎo)，在小信號(hào)模型中也可以寫成、return、由于Cbc和rbc的存在，不便于求解，可以通過單向處理進(jìn)行轉(zhuǎn)換。首先，rbc非常大，可以忽略不計(jì)，只剩下Cbc。Cbc可以等效于輸入端和輸出端的兩個(gè)電容，但相關(guān)電流在轉(zhuǎn)換前后應(yīng)保持恒定，如圖所示。(4)單向，輸入側(cè)，從上面，從下面，從(1)=(2)，因?yàn)殡娙軨的容抗C，C比rce大得多，C可以忽略，輸出側(cè)，從上面，從下面，從(1)=(2)在微變量等效電路中沒有電容，這是單級(jí)共發(fā)射極放大器電路的頻率響應(yīng)。中頻帶頻率特性為b。低頻帶耦合電容和旁路電容不能視為短路，雜散電容和結(jié)電容仍可視為開路。微變量等效電路中沒有電容，因此低頻帶的頻率特性為、c，高頻帶

8、的耦合電容和旁路電容可視為短路、雜散電容，高頻帶的頻率特性為、4。完整的表達(dá)式對(duì)應(yīng)于多級(jí)放大電路的頻率。對(duì)于多級(jí)放大電路，其幅頻特性為，相頻特性為。繪制多級(jí)放大電路的波特圖，只要疊加各單級(jí)放大電路的幅頻特性波特圖和相頻特性波特圖即可。對(duì)于多級(jí)放大電路的上限頻率，下限頻率的近似公式。此外，當(dāng)某一級(jí)的上限頻率遠(yuǎn)小于其它級(jí)的上限頻率(一般大于5倍)時(shí)，總的上限頻率約等于該級(jí)的上限頻率。當(dāng)某個(gè)級(jí)別的下限頻率高于其他級(jí)別的下限頻率(通常超過5倍)時(shí)，總的下限頻率大約等于該級(jí)別的下限頻率。眾所周知，單級(jí)共發(fā)射極放大器電路的幅頻特性如圖所示。(1)計(jì)算放大電路的中頻電壓放大系數(shù)、下限頻率和上限頻率。(2)繪

9、制相頻特性波特圖，解決方案如下：(1)可以從圖中讀取當(dāng)頻率從0.1到10時(shí)，波特圖是一條對(duì)角線，斜率為-45/10倍。1在中頻區(qū)域，由于單級(jí)共發(fā)射極放大器電路的反相，中頻頻帶的放大因子的相位為-180。首先，畫出中間頻帶的相頻特性：從10fL到0.1 fH，=-180，圖中的BC部分。在兩級(jí)放大電路中，已知中頻電壓放大系數(shù)Au1=-100，下限頻率fL1=10Hz，上限頻率fH1=20kHz第一階段；在第二階段，中頻電壓放大系數(shù)Au2=-10，低頻fL2=100Hz赫茲，高頻FH2=150千赫茲；(1)計(jì)算放大電路的總中頻電壓放大系數(shù)。(2)寫出電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式。(3)繪制幅頻特性和相頻特性的波特圖。根據(jù)表達(dá)式，(2)畫出幅頻特性，畫出單級(jí)幅頻特性，然后疊