第5章 放大電路頻率響應(yīng)

5.1頻率響應(yīng)的基本概念和波特圖第5章放大電路的頻率響應(yīng)

5.4多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)小結(jié)5.3放大電路的頻率響應(yīng)5.2高頻小信號(hào)混合等效電路

5.1.1放大電路頻率響應(yīng)的基本概念一.頻率響應(yīng)Au(f)—幅頻特性(f)—相頻特性二.三個(gè)頻段的劃分1).中頻區(qū)(段)特點(diǎn):Au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特點(diǎn):Au與f有關(guān)(f下降A(chǔ)u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)，耦合電容和旁路電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略,使輸出電壓下降，所以Au下降2).低頻區(qū)(段)3).高頻區(qū)(段)特點(diǎn):Au與f有關(guān)(f增大Au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f

L

—下限截止頻率f

H

—上限截止頻率三.頻帶寬度(帶寬)BWBW=f

H

-

f

L

f

H一、RC低通電路的頻率特性1.頻率特性的描述RC?????令1/RC=H則fH=1/2RC

5.1.2

RC低通和高通電路的頻率特性?滯后????fO|Au

|10.707O–45–90

fHf幅頻特性相頻特性2.頻率特性的波特圖1.為什么波特圖開(kāi)闊了視野？討論一102030405060Of10102103104105106f橫軸采用對(duì)數(shù)刻度，幅頻特性的縱軸采用20lg|Au|表示，單位是分貝(dB);相頻特性的縱軸仍用φ表示。2.若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？縱軸采用20lg|Au|表示，使得“×”→“＋”。?

/dB

0

/dB0f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°0f低通電路的波特圖0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻fH

10fH-45o5.71o5.71o-45o/十倍頻-90o0.1fH二、RC高通電路的頻率特性???令1/RC=L則fL=1/2RC超前RC??波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°注意結(jié)論：(1)畫(huà)RC電路波特圖的關(guān)鍵是求對(duì)數(shù)頻率特性的轉(zhuǎn)折頻率，即fL或fH，而它們的大小又取決于電路的時(shí)間常數(shù)。(2)畫(huà)復(fù)雜電路或系統(tǒng)的波特圖，關(guān)鍵在于能畫(huà)出一些基本因子的波特圖，如K，jf/fp，1/(1+jf/fp)，等。例1求已知一階低通電路的上限截止頻率。0.01F1k1k1//1k0.01F戴維寧定理等效時(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3）多個(gè)電阻多個(gè)電容例2畫(huà)出下列頻率響應(yīng)函數(shù)的波特圖。5.2晶體管的高頻物理模型---混合∏等效電路一.混合∏等效電路的引出由晶體管的結(jié)構(gòu)引出物理模型，形狀像Π。NNP基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—集電區(qū)發(fā)射極E—發(fā)射區(qū)r

bb---基區(qū)電阻幾歐—幾百歐rbe---發(fā)射結(jié)電阻與工作點(diǎn)Q有關(guān)rbc---集電結(jié)電阻一般在幾兆以上,可以看作無(wú)窮大rc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rce---輸出電阻一般在幾百K歐以上,可以看作∞gmUbe---發(fā)射結(jié)電壓控制集電結(jié)電流gm---跨導(dǎo)be連接了輸入回路和輸出回路阻值大二.混合∏等效電路的單向化根據(jù)密勒定理其中，根據(jù)密勒定理根據(jù)密勒定理其中，一般，所以

一般可忽略密勒定理

設(shè)有一個(gè)具有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的線(xiàn)性電路，其中節(jié)點(diǎn)0為參考點(diǎn)。而節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間有一阻抗Z相接，如圖1所示。

圖1圖2設(shè)，則等效電路如圖2所示。其中：三.混合參數(shù)和H參數(shù)的關(guān)系＝？四.的頻率響應(yīng)(1)頻率響應(yīng)=0.7070f

—共發(fā)射極截止頻率fT

—

特征頻率=1可求得：ffo0.707o1fTO(2)特征頻率fT及其與f、的關(guān)系

f

=

fT時(shí)，由式將和的表達(dá)式代入上式整理即可得到混合∏等效電路及其參數(shù)晶體管的頻率參數(shù)共射截止頻率共基截止頻率特征頻率集電結(jié)電容手冊(cè)查得f比f(wàn)高很多

5.3放大電路的頻率響應(yīng)一、研究方法分頻段研究法1.中頻區(qū)的頻率響應(yīng)f≤fHf＞fL(1).微變等效電路C1看作短路C∏’看作開(kāi)路

(2).寫(xiě)出Ausm的表達(dá)式二、頻率響應(yīng)(3).寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位2.低頻區(qū)的頻率響應(yīng)

f≤fL(1)微變等效電路C∏’看作開(kāi)路

(2)寫(xiě)AusL的表達(dá)式式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC1輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)低頻時(shí)間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則(3)寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位對(duì)數(shù)幅頻特性對(duì)數(shù)相頻特性中頻段20dB/十倍頻3.高頻區(qū)的頻率響應(yīng)f＞fH(1).微變等效電路C1看作短路(2)寫(xiě)出AusH的表達(dá)式(3)寫(xiě)出表達(dá)式的模和相位的對(duì)數(shù)幅頻特性和相頻特性高頻段最大附加相移為-90度將中頻段、低頻段和高頻段畫(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可得出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式，即4.完整的單管共射電路頻率響應(yīng)5.幾點(diǎn)說(shuō)明(1)按照規(guī)律畫(huà)波特圖1)計(jì)算Ausm2）由三段直線(xiàn)構(gòu)成幅頻特性。

中頻段：對(duì)數(shù)幅值=20lg低頻段：

f=fL開(kāi)始減小，作斜率為20dB/十倍頻直線(xiàn)；高頻段：f=fH開(kāi)始增加，作斜率為–20dB/十倍頻直線(xiàn)。（2）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)轉(zhuǎn)折頻率如果二者之間的比值在4~5倍以上，則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。否則，應(yīng)該可以用下節(jié)介紹的方法處理。

3）由五段直線(xiàn)構(gòu)成相頻特性。（3）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，它往往是決定低頻響應(yīng)的主要因素。例3求如圖所示電路的上限截止頻率、下限截止頻率。C2、Ce短路，開(kāi)路，求出C1、Ce短路，開(kāi)路，求出C1、C2短路，開(kāi)路，求出C1、C2、Ce短路，求出因?yàn)橐话阌兴栽撾娐奉l率響應(yīng)表達(dá)式為（4）共基和共集放大電路的高頻響應(yīng)共基放大電路的上限截止頻率很大，適用于高頻和寬帶放大電路。共集放大電路的上限截止頻率也較大，高頻響應(yīng)特性也較好。討論二直接耦合放大電路的頻率響應(yīng)？例4已知某電路的波特圖如下所示，試寫(xiě)出的表達(dá)式。

例5某放大電路的頻率響應(yīng)表達(dá)式為（1）中頻電壓放大倍數(shù)、上、下限轉(zhuǎn)折頻率各為多少?

（2）畫(huà)出波特圖fL=5HzfH=10kHz變換表達(dá)式時(shí)注意要使變換后的fL<fH解：要按照標(biāo)準(zhǔn)形式變換表達(dá)式。三、放大電路頻率的改善和增益帶寬積1.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；要高于輸入信號(hào)中的最高頻率分量。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3.放大電路的增益帶寬積定性分析fbw＝fH－fL≈fH矛盾當(dāng)提高增益時(shí)，帶寬將變窄；反之，增益降低，帶寬將變寬。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)。如果通頻帶擴(kuò)大幾倍，則電壓放大倍數(shù)就減小同樣的倍數(shù)。為了既要通頻帶寬又要電壓放大倍數(shù)高，則應(yīng)選和都很小的高頻管，必要時(shí)需采用共基電路。

定量分析:若rbe<<RB，Rs<<RB，，則可以證明說(shuō)明決定于管子參數(shù)約為常量根據(jù)5.4

多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)

如果放大器由多級(jí)級(jí)聯(lián)而成，那么，總增益一個(gè)兩級(jí)放大電路每一級(jí)（已考慮了它們的相互影響）的幅頻特性均如圖所示。6dB3dBfLfHfL>fL1，fH<fH1，頻帶變窄！5.4.1多級(jí)放大器的上限頻率fH

設(shè)單級(jí)放大器的高頻增益表達(dá)式為|AuI|=|AuI1||AuI2|…|AuIn|5.4.2

多級(jí)放大器的下限頻率fL

設(shè)單級(jí)放大器的低頻增益為解得多級(jí)放大器的下限角頻率近似式為一、小信號(hào)頻率參數(shù)f

/

Hz20lgAud(f)

/dBfHOfT01.開(kāi)環(huán)帶寬BWBW=

f

H

5.4.3集成運(yùn)算放大器高頻參數(shù)增益帶寬積=Aud

fHfH為開(kāi)環(huán)增益下降3dB時(shí)的頻率通用型集成運(yùn)放帶寬較窄(幾赫茲)2.單位增益帶寬BWGBWG=

f

T運(yùn)放閉環(huán)工作時(shí)，

fT為開(kāi)環(huán)增益下降至0dB(即Aud=1)時(shí)的頻率增益帶寬積=1

f

T=

fT=BWG=Aud

f

HBWG=AudBWBWG=AufBWf如741型運(yùn)放:Aud

=104，BW=7Hz，Auf

=10，則BWf=7kHz。二、大信號(hào)頻率參數(shù)1.轉(zhuǎn)換速率SR輸入輸出A741為0.5V/s高速型SR>10V/s否則將引起輸出波形失真例如：則：須使：SR>2fUom2.全功率帶寬BWP輸出為最大峰值電壓時(shí)不產(chǎn)生明顯失真的最高工作頻率A741Uom=10V最高不失真頻率為8kHz。例6某電路的各級(jí)均為共發(fā)射極放大電路，其對(duì)數(shù)幅頻特性如圖，試確定其放大倍數(shù)，高頻轉(zhuǎn)折頻率、低頻轉(zhuǎn)折頻率，寫(xiě)出的表達(dá)式，并求下限、上限截止頻率。解得fH=105kHz。解：例7

已知兩級(jí)共射放大電路的電壓放大倍數(shù)求：（1）