放大電路的頻率特.ppt

1、第三章 放大電路的頻率特性,3.1 頻率特性的一般概念 3.2 三極管的頻率參數(shù) 3.3 共e極放大電路的頻率特性 3.4 多級放大電路的頻率特性,3.1 頻率特性的一般概念,3.1.1 頻率特性的概念 對低頻段, 由于耦合電容的容抗變大, 高頻時1/cR, 可視為短路, 低頻段時1/CR不成立。我們定義: 當放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍時, 即 時的頻率稱為下限頻率fl,圖3 1 考慮頻率特性時的等效電路,對高頻段, 由于三極管極間電容或分布電容的容抗較小, 低頻段視為開路, 高頻段處1/C較小, 此時考慮極間電容影響的等效電路如圖3 - 1(b)所示。 當頻率上升時,容抗減小

2、, 使加至放大電路的輸入信號減小, 輸出電壓減小, 從而使放大倍數(shù)下降。 同時也會在輸出電壓與輸入電壓間產(chǎn)生附加相移。同樣我們定義: 當放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍, 即Auh=(1 )Aum時的頻率稱為上限頻率fh,圖3 2 共射基本放大電路的頻率特性,共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)將是一個復數(shù), 即,其中幅度Au和相角都是頻率的函數(shù), 分別稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性。可用圖3 - 2(a)和(b)表示。我們稱上、 下限頻率之差為通頻帶fbw, 即 fbw=fh-fl 通頻帶的寬度, 表征放大電路對不同頻率的輸入信號的響應能力, 它是放大電路的重要技術指標之一。,3.1.

3、2 線性失真,圖3 3 頻率失真,3.2 三極管的頻率參數(shù),3-4,3-3,圖3 4 的幅頻特性,3.2.1 共發(fā)射極電流放大系數(shù)的截止頻率f,將 值下降到0的0.707倍時的頻率f定義為的截止頻率。按公式(3 - 4)也可計算出, 當f=f時,3.2.2 特征頻率fT 定義 值降為1時的頻率fT為三極管的特征頻率。 將f=fT和 代入(3 - 4)式, 則得,由于通常fTf1, 所以上式可簡化為 fT0f 上式表示了fT和f的關系。,3.2.3 共基極電流放大系數(shù)的截止頻率f,定義當 下降為中頻0的0.707倍時的頻率f為的截止頻率,3-7,f、f、 fT之間有何關系? 將式(3 - 3)代

4、入式(3 - 7)得,3.2.4 三極管混合參數(shù)型等效電路,1.完整的混合型模型,圖3 5 三極管的混合型等效電路,圖3 6 混合型參數(shù)和h參數(shù)之間的關系,2. 簡化的混合型模型,圖3 7 C的等效過程,令,此式表明, 從b、e兩端看進去, 跨接在b、c之間的電容C的作用, 和一個并聯(lián)在b、e兩端, 其電容值為 的電容等效。這就是密勒定理。如圖3- 7(c)所示,3.3 共e極放大電路的頻率特性,圖3 8 共e極放大電路及其混合型等效電路,具體分析時, 通常分成三個頻段考慮: (1) 中頻段: 全部電容均不考慮, 耦合電容視為短路, 極間電容視為開路。 (2) 低頻段: 耦合電容的容抗不能忽略

5、, 而極間電容視為開路。 (3) 高頻段: 耦合電容視為短路, 而極間電容的容抗不能忽略。 這樣求得三個頻段的頻率響應, 然后再進行綜合。 這樣做的優(yōu)點是, 可使分析過程簡單明了, 且有助于從物理概念上來理解各個參數(shù)對頻率特性的影響,3.3.1 中頻放大倍數(shù)Ausm,圖3 - 9 中頻段等效電路,3-18,3.3.2 低頻放大倍數(shù)Ausl及波特圖,圖3 10 低頻段等效電路,3-19,式中p、ri同中頻段的定義。將 、 代入式(3 - 19), 得,將公式(3 - 18)代入, 并令,則,當f=fl時, ， fl為下限頻率。由(3 - 20)式可看出, 下限頻率fl主要由電容C1所在回路的時間

6、常數(shù)l決定,3-20,3-21,將式(3 - 21)分別用模和相角來表示,3-22,3-23,根據(jù)公式(3 - 22)畫對數(shù)幅頻特性, 將其取對數(shù), 得,3-24,先看式(3 - 24)中的第二項, 當ffl時,故它將以橫坐標作為漸近線；當ffl時,圖3 11 低頻段對數(shù)頻率特性,低頻段的相頻特性, 根據(jù)式(3 - 23)可知, 當ffl時, 趨于0, 則-180; 當ffl時, 趨于90, -90;當f=fl時, , =-135。 這樣可以分三段折線來近似表示低頻段的相頻特性曲線, 如圖3- 11(b)所示。 f10fl時, =-180 f0.1fl時, =-90 0.1flf10fl時,

7、斜率為-45/10倍頻程的直線。 可以證明, 這種折線近似的最大誤差為5.71, 分別產(chǎn)生在0.1fl和10fl處。,3.3.3 高頻電壓放大倍數(shù)Aush及波特圖,圖3 12 高頻等效電路,由等效電路可求得,則,為求出 與 的關系, 利用戴維寧定理將圖3 - 12進行簡化, 如圖3 - 13所示, 其中,由圖3 -13可得,圖3 13 簡化等效電路,令,上限頻率為,則,3-28,式(3 - 28)也可以用模和相角來表示,高頻段的對數(shù)幅頻特性為,圖3 14 高頻段對數(shù)頻率特性,3.3.4 完整的頻率特性曲線(波特圖,圖3 15 共射極基本放大電路的幅頻和相頻特性曲線,3.3.5 其它電容對頻率特

8、性的影響,1,圖3 16 C2的下限頻率的等效電路,耦合電容C2,2,圖3 17 Ce對頻率特性的影響,射極旁路電容Ce,3) 輸出端分布電容Co,3.4 多級放大電路的頻率特性,3.4.1 多級放大電路的通頻帶fbw,中頻區(qū)時,在上、 下限頻率處, 即fl=fl1=fl2, fh=fh1=fh2處, 各級的電壓放大倍數(shù)均下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍, 即,而此時的總的電壓放大倍數(shù)為,截止頻率是放大倍數(shù)下降至中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707時的頻率。 所以, 總的截止頻率fhfh1=fh2;flfl1=fl2?？偟念l帶為,3.4.2 上、下限頻率的計算,下限頻率滿足下述近似關系,多級放大器中, 其中某一級的上限頻率fhk比其它各級小很多, 而下限頻率flk比其它各級大很多時, 則總的上、下限頻率近似為,例1】共e極放大電路如圖3 - 18所示, 設三極管的=100, rbe=6k, rbb=100, fT=100MHz, C=4pF。 (1) 估算中頻電壓放大倍數(shù)Ausm; (2) 估算下限頻率fl; (3) 估算上限頻率fh。 解 (1) 估算Ausm。 由公式(3 - 18,圖3-18 例1電路圖,故,其中,2) 估算下限頻率fl。電路中有兩個隔直電容C1和C2以及一