模擬電子線路放大器的頻率特性

1、模擬電子線路放大器的頻率特性第1頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.1 基本概念與分析方法3.1.1 基本概念1.線性失真信號在放大過程中的失真可分為兩種 一種是非線性失真，它是由于信號幅度過大，使晶體管工作在非線性部分所引起的，他有新的頻率成分產(chǎn)生。 另一種失真是線性失真，它是信號通過線性時不變系統(tǒng)時由于各諧波分量的大小比例發(fā)生變化引起的頻率失真或初始相位的延時不相等所引起的相位失真，他沒有新的頻率成分產(chǎn)生 二次諧波基波二次諧波基波（a）原波形 二次諧波基波（b）頻率失真 （c）相位失真合成后大小比例發(fā)生變化合成后初相位發(fā)生變化合成后（b）頻率失真第2頁，共34頁，2

2、022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件 一般地，放大器的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，即：由于線性失真是信號通過線性系統(tǒng)時輸出信號各諧波份量的大小比例與輸入信號相比發(fā)生了變化，或輸出信號相對于輸入信號的各諧波份量的初始位置的延時不一致引起的，所以，線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件是：（1）放大倍數(shù)與頻率無關(guān)，既要求放大倍數(shù)的幅頻特性是一常數(shù)，即：A()=常數(shù)（2）放大器對各頻率份量的滯后時間t0相同，即要求放大器的相頻特性正比于角頻率，即：()=t0第3頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2 放大器的頻率響應(yīng)阻容耦合電路中，由于耦合電容、旁路電容和極間電容的影響，

3、其頻率特性一般近似地分為三個頻段來分析。低頻段中頻段高頻段中頻段 管子極間電容可視為開路，管子的電路模型可用純電阻電路模型來表示，耦合電容和旁路電容可視為短路。這時放大倍數(shù)幾乎與頻率沒有關(guān)系而保持恒定。 低頻段 管子極間電容可視為開路，耦合電容和旁路電容的容抗增大使得低頻段的放大倍數(shù)下降 ，這時，放大器實(shí)際上是一個高通濾波器。 高頻段 器件的極間電容的容抗變小，分流的作用增大，因而使放大倍數(shù)下降，這時，放大器實(shí)際上是一個低通濾波器。 放大電路的頻率特性實(shí)際上是一個帶通濾波器，其截止頻率為通頻帶第4頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.1.2 頻率特性的分析方法分析頻率特性

4、的方法復(fù)頻率法 在復(fù)頻率法中電阻、電容和電感用復(fù)阻抗表示，在各頻段的微變等效電路中得到增益的傳輸函數(shù)，進(jìn)而得到頻率特性。復(fù)頻率所用數(shù)學(xué)工具是拉氏變換。 相量法 在相量法中電阻、電容和電感用阻抗表示，在各頻段的微變等效電路上先建立放大電路的相量模型，然后求出各頻段增益的頻率特性 和 ，即可得到放大電路的整個頻率特性。相量法所使用的數(shù)學(xué)工具是傅氏變換。復(fù)頻率法除了可以得到放大電路的頻率特性外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，復(fù)頻率法能夠引出零極點(diǎn)概念，而這些零極點(diǎn)的分布能唯一地確定網(wǎng)絡(luò)的頻率特性；第二，零極點(diǎn)的分布決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此復(fù)頻率法便于討論放大器的頻率穩(wěn)定性；第三，零極點(diǎn)的分布能夠決定網(wǎng)絡(luò)的時域

5、特性。第5頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.1.3 單時間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1. RC低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角（相頻響應(yīng)）增益頻率函數(shù) 研究放大電路的動態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應(yīng)。第6頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四最大誤差 -3dB頻率響應(yīng)曲線描述3.1.3 RC電路的頻率響應(yīng)幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為 -20dB/十倍頻程 的直線相頻響應(yīng)1. RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時，輸出滯后輸入因?yàn)樗缘?

6、頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.1.3 RC電路的頻率響應(yīng)2. RC高通電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的電壓增益：幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)輸出超前輸入第8頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.2 放大電路的頻率分析1. 三極管的高頻小信號建模2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng)3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng)第9頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四1. 三極管的高頻小信號建模模型的引出 rbe-發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容-集電結(jié)電阻 -集電結(jié)電容 rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點(diǎn)?；?dǎo)第10頁，共34頁，2

7、022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四1. 三極管的高頻小信號建模模型簡化# 為什么用能反映頻率對受控源的影響？混合型高頻小信號模型第11頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四 3.7.2 放大電路頻率分析又因?yàn)樗阅Ｐ蛥?shù)的獲得（與H參數(shù)的關(guān)系）1. 三極管的高頻小信號建模低頻時，混合模型與H參數(shù)模型等效所以又 rbe= rb + (1+ ) re 從手冊中查出第12頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四的頻率響應(yīng)由H參數(shù)可知1. 三極管的高頻小信號建模即根據(jù)混合模型得低頻時所以當(dāng)時，第13頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四共發(fā)射極

8、截止頻率的頻率響應(yīng)1. 三極管的高頻小信號建模的幅頻響應(yīng)令則特征頻率共基極截止頻率時當(dāng)?shù)?4頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng)型高頻等效電路等效電路第15頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng)型高頻等效電路對節(jié)點(diǎn) c 列KCL得電路簡化忽略 的分流得稱為密勒電容等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系第16頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng)型高頻等效電路電路簡化最后第17頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2. 共射極放大電路的高頻響

9、應(yīng)高頻響應(yīng)由電路得電壓增益頻響又其中低頻增益上限頻率第18頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2. 共射極放大電路的高頻響應(yīng)增益-帶寬積BJT 一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)# 如何提高帶寬？第19頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四例題 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率為第20頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng) 3.7.2 單級高頻響應(yīng)高頻等效電路第21頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3. 共

10、基極放大電路的高頻響應(yīng)高頻響應(yīng)列 e 點(diǎn)的KCL而所以電流增益為其中電壓增益為 其中 特征頻率忽略第22頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3. 共基極放大電路的高頻響應(yīng)幾個上限頻率的比較的上限頻率特征頻率共基極上限頻率共發(fā)射極上限頻率共基極電路頻帶最寬，無密勒電容第23頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.7.3 單極放大電路的低頻響應(yīng)1. 低頻等效電路第24頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3.7.3 單極放大電路的低頻響應(yīng)2. 低頻響應(yīng)按圖3.7.13參數(shù)計(jì)算中頻增益當(dāng)則下限頻率取決于即第25頁，共34頁，2022年，5月2

11、0日，6點(diǎn)39分，星期四3-2-4 放大電路頻率特性分析舉例例3-4 試分析下圖所示電路的頻率特性。已知 ， ， ， =50，C1 = 2uF，C2 = 10uF， ， ，1）中頻段分析在中頻區(qū)，所有電容的影響均可忽略不計(jì)，其中頻等效電路為 由圖不難求出中頻區(qū)的的電壓放大倍數(shù)式中所以得 或 第26頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四2） 低頻段分析在低頻段，晶體管的結(jié)電容可視為開路，設(shè)CE容量很大，容抗很小，仍認(rèn)為短路。其等效電路為 這時C1和C2的短路時間常數(shù)分別為相對應(yīng)的低頻段的兩個極點(diǎn)為： 和 。低頻截止頻率為 或所以低頻段的頻率特性近似為第27頁，共34頁，2022

12、年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3）高頻段分析在高頻段，C1、C2和CE更是為短路，其單向化的高頻等效電路為。 其中 這時和的開路時間常數(shù)分別是 其中 ， ， ， ， 可見是主導(dǎo)極點(diǎn) 。高頻截止頻率為 所以，高頻段的頻率特性為相對應(yīng)的高頻段的兩個極點(diǎn)為 和 或第28頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四放大器的整個頻率特性曲線波特圖為 -20dB/10倍頻程20dB/10倍頻程幅頻特性波特圖低頻截止頻率高頻截止頻率相頻特性曲線101021031041051061072001027.342.51.610690045000-450-9004.254251.61051.61071

13、0102103104105106107()/0第29頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四例3-5 一個結(jié)型場效應(yīng)管放大器。已知IDSS =8mA，Vp = 4V，rds=20k，Cgd=1.5pF，Cds=5.5pF，試計(jì)算Aum、 和 。解 先進(jìn)行靜態(tài)分析。由結(jié)型場效應(yīng)管的特性和圖示電路可得解得 所以1）在中頻段 2）在低頻段由于C1、C3為無窮大，故低頻等效電路為6K1M5K5K0.1F15V 第30頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四C2的時間常數(shù)為 故可得其下限截止頻率為 3）在高頻段 高頻等效電路為 由于Ci與恒壓源并聯(lián)，所以對頻率特性無影響。 在輸出端，其密勒電容為 其輸出總電容為因此可得其高頻截止頻率為SGDSGD第31頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四例 3-6 如圖所示同相輸入放大電路，已知 ， ，RF =100k，R1=10 k，試求頻率特性和 。A對于低頻情況，由于無電容偶合，故和中頻情況是一樣的 其等效電路為由等效電路可知 由于 可得 R fR1UiUo第32頁，共34頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四高頻情況 高頻等效電路為為求時間常數(shù)，先求從Ci看進(jìn)去的等效