在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念

1、在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念    在放大 幅度頻率特性相位頻率特性幅頻特性是描繪輸入信號(hào)幅度固定,輸出信號(hào)的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律.即 = =相頻特性是描繪輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律.即第五章 放大電路的頻率響應(yīng)這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應(yīng)幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真;相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真.放大電路的幅頻特性和相頻特性,也稱為頻率響應(yīng).因放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的增益不同,從而使輸出波形產(chǎn)生失真,稱為幅度頻率失真,簡(jiǎn)稱幅頻失真.放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的相移不同,從而使輸出波形產(chǎn)

2、生失真,稱為相位頻率失真,簡(jiǎn)稱相頻失真.幅頻失真和相頻失真是線性失真.產(chǎn)生頻率失真的原因是:1.放大電路中存在電抗性元件,例如耦合 器,分布電感等;2.三極管的 ( )是頻率的函數(shù).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,而要采用高頻小信號(hào)模型.5.1.2頻率響應(yīng)的基本概念一,高通電路幅值:相角:幅頻特性相頻特性分析:下限截止頻率二,低通電路時(shí)間常數(shù):令則幅值:相角:上限截止頻率分析:通頻帶:5.1.3波特圖輸入信號(hào)的頻率范圍常常設(shè)置在幾赫到上百兆赫,電路的放大倍數(shù)可以從幾倍到上百萬(wàn)倍,為了在同一個(gè)坐標(biāo)系中表示如此寬的變化范圍,在畫頻率特性曲線時(shí)常采用對(duì)數(shù)坐標(biāo),稱為波特圖.對(duì)數(shù)幅頻特

3、性:對(duì)數(shù)相頻特性:橫軸采用對(duì)數(shù)刻度縱軸采用單位:分貝(dB)橫軸采用對(duì)數(shù)刻度縱軸采用圖5.1.3 高通電路與低通電路的波特圖高通電路低通電路5.2 晶體管的高頻等效模型5.2.1.混合型高頻小信號(hào)模型5.2.2 電流放大系數(shù)的頻響5.2.1混合型高頻小信號(hào)模型混合型高頻小信號(hào)模型是通過三極管的物理模型而建立的,三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖05.05所示.rb'e- re歸算到基極回路的 -發(fā)射結(jié)電容,也用C 這一符號(hào)-集電結(jié)電阻-集電結(jié)電容,也用C 這一符號(hào)rbb' -基區(qū)的體電阻,b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn).圖05.05 雙極型三極管 物理模型(1)物理模型- 發(fā)射結(jié)電阻re

4、根據(jù)這一物理模型可以畫出混合型高頻小信號(hào)模型,如圖05.06所示.圖05.06高頻混合型小信號(hào)模型電路這一模型中用 代替 ,這是因?yàn)楸旧砭团c頻率有關(guān),而gm與頻率無關(guān).推導(dǎo)如下: (2)用 代替由此可見gm是與頻率無關(guān)的 0和rb'e的比,因此gm與頻率無關(guān).若IE=1mA,gm=1mA/26mV38mS.gm稱為跨導(dǎo),還可寫成0反映了三極管內(nèi)部,對(duì)流經(jīng)rb'e的電流 的放大作用. 是真正具有電流放大作用的部分,0 即低頻時(shí)的.而在型小信號(hào)模型中,因存在Cb'c 和rb'c,對(duì)求解不便,可通過單向化處理加以變換.首先因rb'c很大,可以忽略,只剩下Cb&

5、#39;c .可以用輸入側(cè)的C '和輸出側(cè)的C ''兩個(gè)電容去分別代替Cb'c ,但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變,如圖05.07所示.(3)單向化圖05.07高頻混合型小信號(hào)電路輸入側(cè)圖05.07高頻混合型小信號(hào)電路輸出側(cè)所以由于C "<> f ,所以, fT 0 f 使|a|下降到70%a0的頻率為共基截止頻率共基電路的截止頻率遠(yuǎn)高于共射電路的截止頻率5.4單管放大電路的頻率響應(yīng)對(duì)于如圖所示的共射放大電路,分低,中,高三個(gè)頻段加以研究.共射放大電路1 .中頻段所有的電容均可忽略.可用前面講的h參數(shù)等效電路分析.中頻電壓放大倍數(shù):2. 低

6、頻段在低頻段,三極管的極間電容可視為開路,耦合電容C1,C2不能忽略.方便分析,現(xiàn)在只考慮C1,將C2歸入第二級(jí).畫出低頻等效電路如圖所示.低頻等效電路可推出低頻電壓放大倍數(shù):該電路有 一個(gè)RC電路高通環(huán)節(jié).有下限截止頻率:共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng) : 相頻響應(yīng) : 在高頻段,耦合電容C1,C2可以可視為短路,三極管的極間電容不能忽略.這時(shí)要用混合等效電路,畫出高頻等效電路如圖所示.3. 高頻段用"密勒定理"將集電結(jié)電容單向化.高頻等效電路用"密勒定理"將集電結(jié)電容單向化:其中:忽略CN,并將兩個(gè)電容合并成一個(gè)電容,得簡(jiǎn)化的高頻等效電路.其中:

7、該電路有 一個(gè)RC電路低通環(huán)節(jié).有上限截止頻率:可推出高頻電壓放大倍數(shù):其中:共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應(yīng) : 相頻響應(yīng) : 4. 完整的共射放大電路的頻率響應(yīng)(1)通頻帶:(2)帶寬-增益積:fbw×AumBJT 一旦確定,帶寬增益積基本為常數(shù)5. 頻率失真由于放大器對(duì)不同頻率信號(hào)的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的失真.兩個(gè)頻率響應(yīng)指標(biāo):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率為多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)兩級(jí)放大電路中頻電壓增益圖5.5.1 兩級(jí)放大電路的波特圖兩級(jí)放大電路的通頻帶比組成他的單級(jí)電路窄相移為-9

8、0度對(duì)于N級(jí)放大電路,各級(jí)放大電路的下限頻率為fL1,fl2,上限頻率為fh1,fh2,通頻帶為fbw1,fbw25.2.2截止頻率的估算低頻電壓放大倍數(shù)5.2.2截止頻率的估算高頻電壓放大倍數(shù)兩級(jí)放大電路三級(jí)放大電路放大電路的級(jí)數(shù)越多,頻帶越窄,在多級(jí)放大電路中,若某級(jí)的下限頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它各級(jí)的下限頻率,則整個(gè)電路的下限頻率就是該級(jí)的下限頻率,同理,若上限頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它各級(jí)的上限頻率,則整個(gè)電路的上限頻率就是該級(jí)的上限頻率例5.5.1 求下限,上限頻率fL和fH,以及電壓放大倍數(shù)Au(1)低頻段只有一個(gè)拐點(diǎn),斜率為20DB/十倍頻,說明影響低頻段只有一個(gè)電容,下限頻率為10HZ(2)低頻

9、段只有一個(gè)拐點(diǎn),斜率為-60DB/十倍頻,說明影響高頻段有三個(gè)電容,上限頻率為Fh=0.52fH1=0.52*2*105HZ=106kHZ(3)因?yàn)楦骷?jí)均為共射電路,所以在中頻段輸出電壓與輸入電壓相反,在中頻段20lg|Au|=80,Ausm=10000例5.5.2,分別求出圖2.4.2(B)所示Q點(diǎn)穩(wěn)定電路中C1,C2,Ce所確定的下限頻率的表達(dá)式及上限頻率的表達(dá)式.將耦合電容和旁路電容短路,將極間電容開路考慮C1,將C2,Ce短路,C'開路考慮C2,將C1,Ce短路,C'開路考慮Ce,將C1,C2短路,C'開路,見圖d比較C1,C2,Ce所在回路的時(shí)間常數(shù),可知,當(dāng)

10、C1=C2=Ce時(shí),fLe>>Fl1,fL2,fLe為下限頻率,若Ce很大,就可以用在考慮C'對(duì)高頻特性的影響時(shí),將C1,C2,Ce短路5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償為什么加頻率補(bǔ)償 存在頻率f0,當(dāng)f=f0時(shí),相移為180度,當(dāng)f0小于單位增益帶寬fc,電路將產(chǎn)生頻率為f0的自激振蕩,從而使電路不能正常工作,加補(bǔ)償電容后改變頻率響應(yīng),破壞自激振蕩的條件.圖5.6.1 未加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放的頻率響應(yīng)5.6.1集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)5.6.2集成運(yùn)放的頻率補(bǔ)償圖5.6.2 穩(wěn)定裕度幅值裕度:相位裕度:一,滯后補(bǔ)償1,簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償加入補(bǔ)償電路后,是運(yùn)放的幅頻特性在大于0dB的

11、頻率范圍內(nèi)只有一個(gè)拐點(diǎn),并按-20dB/十倍頻的斜率下降.在0dB處的可能最大相移為-90度,第2拐點(diǎn)的最大相移為-135度,達(dá)到要求.保證電路的穩(wěn)定性.圖5.6.3 滯后補(bǔ)償前后集成運(yùn)放的幅頻特性圖5.6.4 簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償2,密勒效應(yīng)補(bǔ)償圖5.6.5 密勒效應(yīng)補(bǔ)償將電容C跨接在某級(jí)放大電路的輸入端和輸出端,折合到輸入端的等效電容C'是C的|Auk|倍,電容C應(yīng)跨接在RC時(shí)間常數(shù)最大的那級(jí)放大電路的輸入端與輸出端之間.二,超前補(bǔ)償圖5.6.6 超前相位補(bǔ)償電路未加補(bǔ)償電容之前條件R1C=R2Ci,Fh4=fH5加補(bǔ)償電容之后只有當(dāng)信號(hào)頻率趨于無窮大時(shí),相位才趨于-180度,此時(shí)增益遠(yuǎn)小于0dB,電路必然穩(wěn)定.5.7頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)頻率響應(yīng)是描述放大電路對(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信號(hào)的頻率,來考察輸出信號(hào)幅值與相位的變化,這種方法稱為頻域法.可以用階躍函數(shù)作為放大電路的輸入,考察輸出信號(hào)前沿和頂部的變化.來研究電路的放大能力