放大電路的頻率響應(yīng)

1、放大電路的頻率響應(yīng)第1頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四知識目標(biāo)1、掌握頻率響應(yīng)的基本概念 2、了解頻率失真的含義3、了解三極管頻率參數(shù)的含義能力目標(biāo)1、掌握單管共射放大電路中fL、fH的估算方法2、理解波特圖的意義和畫法3、掌握多級放大電路波特圖的分析教學(xué)目標(biāo)第2頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四教學(xué)重點(diǎn)利用混合等效電路定量分析單管共射放大電路的頻率特性多級放大電路的頻率響應(yīng)教學(xué)難點(diǎn)第3頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四5.1.1研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性1、由于放大電路中存在電抗性元件2、晶體管極間電容所以電路的放大倍數(shù)為

2、頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。f第4頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四放大電路對不同頻率信號的放大能力耦合電容造成三極管結(jié)電容造成fL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線ffbw= fH fL第5頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四 在低頻段：耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。高通電路低通電路 在高頻段：晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。下限頻率上限頻率結(jié)電容第6頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四頻率響應(yīng)

3、的概念頻率響應(yīng)幅度頻率響應(yīng)相位頻率響應(yīng)放大電路幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)統(tǒng)稱放大電路的頻率響應(yīng)。的幅值與頻率的函數(shù)關(guān)系幅頻特性的相位與頻率的函數(shù)關(guān)系 相頻特性第7頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四 頻率失真（線性失真）-由于放大電路對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的波形失真1、幅度失真：放大電路對不同頻率的信號增益不同，產(chǎn)生的失真。第8頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四、相位失真：放大電路對不同頻率的信號產(chǎn)生不同的相移所造成的輸出波形失真。第9頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四該圖稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對數(shù)坐標(biāo)放大電路的對數(shù)頻率特

4、性將頻率特性的頻率坐標(biāo)改用對數(shù)分度電壓放大倍數(shù)用分貝(dB)為單位表示優(yōu)點(diǎn):1、壓縮坐標(biāo),擴(kuò)大視野 2、將放大倍數(shù)相乘化為相加第10頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四一、 高通電路：信號頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。+_+_CR圖 5.1.1（a) RC 高通電路令：5.1.2頻率響應(yīng)的基本概念fL稱為下限截止頻率耦合電容負(fù)載第11頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四第12頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四頻率響應(yīng)f=fL第13頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四高通回路波特圖 40 20 6 3 0 -

5、3- 20- 4010010210.7070.10.011、對數(shù)幅頻特性：橫軸刻度： lgf縱軸刻度：單位是分貝（dB）用對數(shù)坐標(biāo)畫放大電路的頻率特性?？梢员硎竞軐挼臄?shù)據(jù)范圍。第14頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四0.1 fLfL 10 fLf0-20-403dB20dB/十倍頻 實(shí)際幅頻特性曲線第15頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四0.1 fLfL 10 fLf0-20-403dB20dB/十倍頻近似分析中，可以用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。折線以截止頻率fL做拐點(diǎn)，兩段直線近似曲線。當(dāng) f fL(高頻)，當(dāng) f fH)和與橫軸平

6、行的直線(ffH)即為幅頻特性。 第27頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四在相頻特性的橫坐標(biāo)上定出0.1 H 、H 、10H 三個點(diǎn)，分別對應(yīng)于=0、-45、 -90，連接此三點(diǎn)(0.1 H 10H )和=0 ( 10H )的三條直線即為相頻特性。第28頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四對于高通電路同理可得： =RC=10103 1 10-6=10-2S L=1/2=1/2 3.14 10-216 Hz由此可定出波特圖中有關(guān)的各點(diǎn)。第29頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四5.2.1晶體管的混合 模 型一、完整的混合 模型5.2晶

7、體管的高頻等效模型(a)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖可從手冊中查出rbb：基區(qū)體電阻rbe：發(fā)射結(jié)電阻C：發(fā)射結(jié)電容re：發(fā)射區(qū)體電阻rbc：集電結(jié)電阻C：集電結(jié)電容rc：集電區(qū)體電阻結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。第30頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四1. 模型的建立：由結(jié)構(gòu)而建立，形狀像，參數(shù)量綱各不相同。 gm為跨導(dǎo)，它不隨信號頻率的變化而變。阻值小阻值大連接了輸入回路和輸出回路第31頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四由于晶體管兩個結(jié)電容的存在，使得輸入電流ib、輸出電流ic的大小和相角均與頻率有關(guān)。第32頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)

8、51分，星期四2、 混合模型的單向化（使信號單向傳遞）等效變換后電流不變第33頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四圖5.2.2簡化混合 模型的簡化 (b)單向化后的混合 模型圖5.2.2簡化混合 模型的簡化 (C) 忽略C的混合 模型因?yàn)镃 ，且一般情況下。 的容抗遠(yuǎn)大于集電極總負(fù)載電阻R， 中的電流可忽略不計(jì)，得簡化模型圖（C）。第34頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四混合模型 與H參數(shù)模型關(guān)系0為低頻電流放大系數(shù)又從手冊中查出低頻時二者等效：簡化的h參數(shù)模型簡化的混合 模型簡化的混合 模型第35頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期

9、四5.2.2 晶體管電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng) 當(dāng)信號頻率發(fā)生變化時，電流放大系數(shù)不是常量，而是頻率的函數(shù)。 電流放大系數(shù)的定義：簡化的混合 模型第36頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四為什么短路？第37頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四共射截止頻率第38頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四對數(shù)幅頻特性fTfOf20lg 0-20dB/十倍頻f0對數(shù)相頻特性10 f0.1f-45-90第39頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四1.共射截止頻率 f 值下降到 0.707 0 (即 )時的頻率。當(dāng) f = f 時，值下

10、降到中頻時的 70% 左右。或?qū)?shù)幅頻特性下降了 3 dB。幾個頻率的分析第40頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四2.特征頻率 f T 值降為 1 時的頻率。f fT 時，三極管失去放大作用； f = fT 時，由式得：第41頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四3.共基截止頻率 f 值下降為低頻 0 時 的 0.707 時的頻率。第42頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四說明：所以：1. f 比 f 高很多，等于 f 的 (1 + 0) 倍；2. f fT f 3. 低頻小功率管 f 值約為幾十至幾百千赫，高頻小功率管的 fT 約為

11、幾十至幾百兆赫。第43頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四5.3場效應(yīng)管的高頻等效模型場效應(yīng)管各極之間存在極間電容，其高頻等效模型如下圖5.3.1場效應(yīng)管的高頻等效模型（a)一般情況下 rgs和 rds比外接電阻大得多，可認(rèn)為是開路 Cgd可進(jìn)行等效變化，使電路單向化第44頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四 Cgd等效變化g-s之間的等效電容為d-s之間的等效電容為由于輸出回路的時間常數(shù)比輸入回路的小得多，故分析頻率特性時可忽略的影響。圖5.3.1場效應(yīng)管的高頻等效模型(b)簡化模型第45頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四討論二

12、電路如圖。已知各電阻阻值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電極電流ICQ2mA；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個參數(shù)。第46頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四晶體管簡化的高頻等效電路？第47頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四討論二第48頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四5.4 放大電路的頻率響應(yīng)5.4.1、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)5.4.2、多級放大電路的頻率響應(yīng)第49頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)適用于信號頻率從0的交流

13、等效電路簡化的混合 模型極間電容耦合電容第50頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四低頻段：考慮C 的影響， 開路。極間電容（小電容、幾十幾百PF）耦合電容（大電容、幾十微法）低頻段：相當(dāng)于高通電路，存在下限截止頻率fL。第51頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四高頻段：考慮 的影響，C 短路。高頻段：相當(dāng)于低通電路，存在上限截止頻率fH。極間電容（小電容、幾十幾百PF）第52頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四中頻段：C 短路， 開路。第53頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四單管共射的頻率響應(yīng)第54頁，共95頁，

14、2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)C1RcRb+VCCC2RL+Rs+1、分別畫出單管共射放大電路的中頻、低頻和高頻的混合等效模型。2、分別分析單管共射放大電路在中頻、低頻和高頻的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系第55頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四C1RcRb+VCCC2RL+Rs+一、中頻段C1 和C2可認(rèn)為交流短路；極間電容可視為交流斷路。直流電壓VCC交流接地。1. 中頻段等效電路第56頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四結(jié)論：中頻時單管共射放大電路的電壓放大倍數(shù)與頻率無關(guān)。1. 中頻段電壓放大倍數(shù)第57頁，

15、共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四二、 低頻段考慮隔直電容的作用C與輸出電阻構(gòu)成一個RC 高通電路1. 低頻段等效電路第58頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四2. 低頻電壓放大倍數(shù)下限截止頻率：電壓放大倍數(shù)：第59頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四三、高頻段考慮并聯(lián)在極間電容的影響C與R構(gòu)成一個 RC 低通電路。1. 高頻段等效電路R第60頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四2. 高頻電壓放大倍數(shù)上限截止頻率：電壓放大倍數(shù)：第61頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四耦合電容造成三極管結(jié)電容造成

16、fL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線ffbw= fH fL阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應(yīng)第62頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四二級共射放大電路的頻率響應(yīng)如何？多級放大電路的頻率響應(yīng)？討論：第63頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四一. 中頻電壓放大倍數(shù)帶負(fù)載時：空載時：電壓放大倍數(shù)與頻率無關(guān),相位為-180o第64頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四二. 低頻電壓放大倍數(shù):定性分析（相當(dāng)于高通電路）第65頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四二. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分

17、析C所在回路的時間常數(shù)？高通電路第66頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四第67頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四二. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析中頻段20dB/十倍頻第68頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四三. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析(低通電路）+-CecRcRLR+-b+-利用戴維南定理求得：+-第69頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四戴維南定理第70頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四+-CecRcRLR+-b+-輸入端相當(dāng)于低通電路。第71頁，共95頁，2022年，5

18、月20日，0點(diǎn)51分，星期四3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析+-CecRcRLR+-b+-低通電路 第72頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四+-CecRcRLR+-b+-第73頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四三. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析第74頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四四、波特圖繪制波特圖步驟： 1. 根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算 、fL 和 fH ； 2. 由三段直線構(gòu)成幅頻特性。 中頻段：對數(shù)幅值 = 20lg 低頻段： f = fL開始減小，作斜率為 20 dB/十倍頻直線； 高頻段：f = fH 開始增加，作斜

19、率為 20 dB/十倍頻直線。3. 由五段直線構(gòu)成相頻特性。 第75頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270-225-135-180相頻特性-9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO第76頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四-135-180-90f-225-270ffH1fL104030201001021031041051063.2263103三、單級共射放大電路的對數(shù)幅頻特性第77頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四5.4.2單管共源放大電路的頻率響應(yīng)圖5.4.7單管

20、共源放大電路及其等效電路在中頻段開路，C短路，中頻電壓放大倍數(shù)為第78頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四在高頻段，C短路，考慮的影響，上限頻率為：在低頻段，開路，考慮C的影響，下限頻率為：電壓放大倍數(shù)第79頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四歸納：單管共射放大電路的頻率響應(yīng)的分析2、將等效電路中電容短路、開路，計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù)；1、畫出信號頻率從零到無窮大的交流等效電路；3、將等效電路中極間電容開路，計(jì)算下限截止頻率；4、將等效電路中耦合電容短路，計(jì)算上限截止頻率；5、寫出全頻段電壓放大倍數(shù)表達(dá)式；6、畫出波特圖。第80頁，共95頁，2022年，5

21、月20日，0點(diǎn)51分，星期四例在圖示電路中,已知VCC=15V,Rs=1k,Rb=20k ,Rc=RL=5k ,C=5F；晶體管的UBEQ=0.7V,rbb=100,=100,f =0.5MHz,Cob=5F試估算電路的截止頻率f H和f L ，并畫出的波特圖。解：（1）求解Q點(diǎn)可見，放大電路的Q點(diǎn)合適。RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-第81頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四（2）求解混合模型中的參數(shù)，畫適用于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路。rbb+-+-+-CbecbRbRcRLCRs+-第82頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四（3）求解中頻電 壓放大倍數(shù)rbb+-+-+-CbecbRbRcRLCRs+-第83頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四（4）求解f H和f L因?yàn)镽s fL1， fH fH1，頻帶變窄！fHfL幅頻特性fOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一 級二 級-20dB/十倍頻-40dB/十倍頻第91頁，共95頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)51分，星期四相頻特性-270-360fL1fH1fO-540-180