放大電路的頻率特性

1、放大電路的頻率特性第1頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.1放大電路的頻率特性5.1.2 放大電路頻率特性的研究方法5.1.3 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率特性5.1.1 放大電路頻率特性的基本概念第2頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.1.1 放大電路頻率特性的基本概念RsUs+-Uo+-第3頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三fOAum1.頻率特性Au( f ) 幅頻特性 ( f ) 相頻特性0.707AumfOAuf L 下限截止頻率 f H 上限截止頻率 2. 頻帶寬度(帶寬)BW(Band Width)BW = f

2、 H - f L f HfLfH第4頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三3頻率失真幅頻失真:通頻帶不夠?qū)挘斎胄盘?hào)的頻譜分布又很廣，那么輸入信號(hào)的不同頻率成分，就會(huì)得不到同倍數(shù)的放大，輸出波形就會(huì)產(chǎn)生失真 放大倍數(shù)模的不同所造成的失真. 相頻失真 :附加相移不同而造成的失真 兩種失真總稱頻率失真 電路中由于線性的電抗元件，引起的頻率失真 ，叫做線性失真。 第5頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三 4.波特圖 （1）用分貝（dB）表示放大倍數(shù) （2）波特圖 畫(huà)頻率特性曲線時(shí)，為了縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，簡(jiǎn)化分析，代表頻率的橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度。此時(shí)，每一個(gè)

3、十 倍頻率范圍在橫坐標(biāo)軸上所占的長(zhǎng)度是相等的；用分貝 表示放大倍數(shù)和用角度表示相位的縱坐標(biāo)采用線性分度。 （dB） 第6頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.1.2 放大電路頻率特性的研究方法1.三個(gè)頻段的劃分（1).中頻區(qū)(段)特點(diǎn):Aus與f無(wú)關(guān) 與f無(wú)關(guān)原因:不考慮電路中電容的影響（2).低頻區(qū)(段)第7頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三特點(diǎn):Aus與f有關(guān)(f下降A(chǔ)us也下降,與頻率有關(guān))原因:由于C1和C2的存在在頻率比較低時(shí)電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略,使輸出電壓下降.所以Aus下降第8頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，

4、星期三（3).高頻區(qū)(段)特點(diǎn):Aus與f有關(guān)(f增大Aus下降,與f有關(guān))原因:由晶體管的極間電容的存在,分布電容的存在引起第9頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三2.研究方法 分頻區(qū)用等效電路法分析計(jì)算（1）中頻區(qū)前邊已經(jīng)講過(guò)用H參數(shù)微變等效電 路分析計(jì)算（2）.低頻區(qū)用中頻區(qū)的等效電路并把C1和C2的影響考慮進(jìn)去,畫(huà)出等效電路,進(jìn)行分析計(jì)算（3）.高頻區(qū)晶體管的H參數(shù)模型不能采用,因?yàn)闆](méi)有考慮晶體管的極間電容的作用.所以首先介紹晶體管的高頻小信號(hào)模型.第10頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.1.3 單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率特性1RC低通電

5、路第11頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第12頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三2RC高通電路第13頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第14頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三3.時(shí)間常數(shù)的估算(1)單個(gè)電容多個(gè)電阻(2)單個(gè)電阻多個(gè)電容第15頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三(3)多個(gè)電阻多個(gè)電容第16頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.2 晶體管的高頻物理模型 -混合等效電路混合等效電路的引出用晶體管物理模型引出NNP基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電

6、結(jié) 基區(qū) 集電區(qū)base發(fā)射極 E第17頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三BEBCrbbrberbcCbcCbe第18頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三r bb-基區(qū)電阻幾歐幾百歐r be-發(fā)射極電阻與工作點(diǎn)Q有關(guān)r bc-集電極電阻 一般在幾兆以上,可以看作無(wú)窮大r c和re可以忽略不計(jì)Cbc-集電結(jié)電容 可以用C來(lái)表示Cbe-發(fā)射結(jié)電容可以用C 來(lái)表示r ce-輸出電阻一般在幾百K以上,可以看作第19頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三gmUbe-發(fā)射結(jié)電壓控制集電結(jié)電流gm-跨導(dǎo) 混合參數(shù)和H參數(shù)的關(guān)系第20頁(yè)，共64

7、頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第21頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三混合等效電路的簡(jiǎn)化第22頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.2.4 三極管電流放大系數(shù)的頻率響應(yīng) = 0.7070f 共發(fā)射極截止頻率fT 特征頻率 = 1同樣可求得：可見(jiàn)：ffo0.707o1fTO第23頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.3 單管共射放大電路的頻率特性 1.畫(huà)出全頻段的微變等效電路第24頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三2.中頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffH ffL(1). 微變等效電路 C1看作短

8、路 C看作開(kāi)路 (2). 寫(xiě)出Ausm的表達(dá)式 第25頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三(3).寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位3.高頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffH(1). 微變等效電路 C1看作短路第26頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三(2). 寫(xiě)出表達(dá)式 第27頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三=第28頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三(3).寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位第29頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三4.低頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffL(1). 微變等效電路 C看作開(kāi)路 (2). 寫(xiě)出表達(dá)式 第

9、30頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第31頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第32頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三(3).寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位第33頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.波特圖的畫(huà)法(1).坐標(biāo)軸的選擇1).幅頻響應(yīng) 縱軸用分貝 橫軸用對(duì)數(shù)表示的頻率2).相頻響應(yīng) 縱軸用度 橫軸用對(duì)數(shù)表示的頻率(2).中頻區(qū)的畫(huà)法設(shè): (3).高頻區(qū)的畫(huà)法(4).低頻區(qū)的畫(huà)法第34頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三將前面畫(huà)出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段 、低頻段和高

10、頻段畫(huà)在同一張圖上就得到了如圖所示的完整的頻率特性（波特）圖 。 共射電路完整波特圖實(shí)際上，同時(shí)也可得出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式， 即(5).完整的單管共射電路頻率響應(yīng)第35頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第36頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三，由上圖可看出，畫(huà)單管共射 放大電路的頻率特性時(shí)，關(guān)鍵在于算出下限和上限截止頻率和下限截止頻率取決于低頻時(shí)輸入回路的時(shí)間數(shù) ，由圖可知： ，其中， 而同樣，上限截止頻率取決于高頻時(shí)輸入回路的 時(shí)間常數(shù) ；由圖可知： ，第37頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三其中因此，

11、只要能正確的畫(huà)出低頻段和高頻段的交流等效電路，算出輸入回路的時(shí)間常數(shù) 和 ，則可以方便的畫(huà)出放大電路的頻率特性圖。對(duì)數(shù)幅頻特性：在 到 之間，是一條水平直線；在 時(shí)，是一條斜率為+20Db/十倍頻程的直線；在 時(shí)，是一第38頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三條斜率為+20Db/十倍頻程的直線；在 時(shí)，是一條斜率為-20Db/十倍頻程的直線。放大電路的通頻帶 。相頻特性：在 時(shí)， ； 在 時(shí)， ； 在 時(shí)， ；第39頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三而在f從 到 以及從 到 的范圍內(nèi)，相頻特性都是斜率為 十倍頻程的直線。 前面已經(jīng)指出在畫(huà)波特圖時(shí)，

12、用折線代替實(shí)際的曲線是有一定誤差的。對(duì)數(shù)幅頻特性的最大誤差為3dB，相頻特性的最大誤差為 ，都出現(xiàn)在線段轉(zhuǎn)折處。 第40頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三如果同時(shí)考慮耦合電容 和 ，則可分別求出對(duì)應(yīng)于輸入回路和輸出回路的兩個(gè)下限截止頻率這時(shí)，放大電路的低頻響應(yīng)，應(yīng)具有兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率。如果二者之間的比值在45倍以上，則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。 第41頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三否則，應(yīng)該可以用其他方法處理。此時(shí)，波特圖的畫(huà)法要復(fù)雜一些。 如果放大電路中，晶體管的射極上接有射極電阻 和旁路電容 ，而且 的電容量不夠大，則在低頻時(shí)不能被

13、看作短路。因而，由 又可以決定一個(gè)下限截止頻率。需要指出的是，由于 在射極電路里，射極電流 是基極電流 第42頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三的倍，它的大小對(duì)放大倍數(shù)的影響較大，因此 往往是決定低頻響應(yīng)的主要因素。第43頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.4 放大電路的增益帶寬積對(duì)放大電路頻率響應(yīng)的要求 只有在通頻帶的范圍內(nèi),放大電路的電壓放大倍數(shù)才有不變的幅值和相位，才能對(duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行同樣的放大。否則就要產(chǎn)生頻率失真。 頻率失真又分為：“幅值失真”和“相位失真”頻率響應(yīng)的要求是： 放大電路的 要低于輸入信號(hào)中的最低頻率分量 要高于輸入

14、信號(hào)中的最高頻率分量第44頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.4.2 對(duì)放大電路頻率響應(yīng)的改善1.減小 改善 低頻響應(yīng) 方法：加大C1、C2和Ce 或采用直接耦合2.增大 改善 高頻響應(yīng) 方法： 減小 C、 C 或采用高頻管3.引入負(fù)反饋 5.4.3 放大電路的增益帶寬積第45頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第46頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三結(jié)論當(dāng)管子和信號(hào)源選定后，放大電路的增益帶寬積就是一個(gè)常數(shù)。如果同頻帶擴(kuò)大幾倍，則電壓放大倍數(shù)就減小同樣的倍數(shù)為了即使同頻帶寬又要要求電壓放大倍數(shù)高， 則應(yīng)選 和 都很小的高

15、頻管 第47頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三一、小信號(hào)頻率參數(shù)1. 開(kāi)環(huán)帶寬BWBW = f H5.4.4 集成運(yùn)算放大器高頻參數(shù)及其響f / Hz20lgAud (f ) /dBf HOf T0第48頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三2. 單位增益帶寬 BWGBWG = f T運(yùn)放閉環(huán)工作時(shí)， 帶寬增益積= Aud f HfH 為開(kāi)環(huán)增益下降 3 dB 時(shí)的頻率通用型集成運(yùn)放帶寬較窄(幾赫茲)f T 為開(kāi)環(huán)增益下降至 0 dB(即Aud = 1)時(shí)的頻率帶寬增益積 = 1 f T= f T = BWG= Aud f HBWG = Aud BW

16、f = 0，使 Auf = 1，當(dāng) Auf 降為 0.707 時(shí)，此時(shí)的頻率 即為 fT。BWG = Auf BWf如 741 型運(yùn)放: Aud = 104，BW = 7 Hz，Auf = 10，則 BWf = 7 kHz第49頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三二、大信號(hào)頻率參數(shù)1. 轉(zhuǎn)換速率 SR輸入輸出A 741 為 0.5 V/ s高速型 SR 10 V/ s否則將引起輸出波形失真例如：則：須使：SR 2 f UomA741Uom= 10 V最高不失真頻率為 8 kHz第50頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三2. 全功率帶寬 BWP輸出為最

17、大峰值電壓時(shí)不產(chǎn)生明顯失真的最高工作頻率當(dāng) BWG 2 MHz，BWP 20 kHz，SR 6 V/s選高速寬帶運(yùn)放第51頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.5 多級(jí)放大電路的頻率特性 如果放大器由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，那么，總增益第52頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.5.1 多級(jí)放大器的上限頻率fH 設(shè)單級(jí)放大器的增益表達(dá)式為第53頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三 式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級(jí)放大器中頻增益。令第54頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.5.2 多級(jí)放

18、大器的下限頻率fL 設(shè)單級(jí)放大器的低頻增益為(569) (570) (571) (572) 第55頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三 解得多級(jí)放大器的下限角頻率近似式為若各級(jí)下限角頻率相等，即L1=L2=Ln,則第56頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三5.5.3 多級(jí)放大電路的通頻帶設(shè)某一兩級(jí)放大電路是由兩個(gè)相同的單級(jí)放大電路所組成 第57頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三第 5章 小 結(jié)第58頁(yè)，共64頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)35分，星期三一、簡(jiǎn)單 RC 電路的頻率特性RC 低通電路RCRCRC 高通電路第59頁(yè)，共64頁(yè)，