放大電路基本分析及仿真方法-頻率特性

模擬電路基礎(chǔ)UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina第二章基本放大電路§2.1放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)§2.2基本共射放大電路的工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定§2.5晶體管放大電路的三種接法§2.6場效應(yīng)管基本放大電路§2.7放大電路的頻率響應(yīng)特性§2.7放大電路的頻率響應(yīng)§2.7.1頻率響應(yīng)的有關(guān)概念§2.7.2晶體管的高頻等效電路§2.7.3放大電路的頻率響應(yīng)§2.7.1頻率響應(yīng)的有關(guān)概念一、本章要研究的問題二、高通電路和低通電路三、放大電路中的頻率參數(shù)例如:音頻信號

f=20Hz~20KHz視頻信號

f=0~6MHz

由于受到電路中的電抗元件及放大器件內(nèi)部的分布電容影響，電路對不同頻率的信號所具有的放大能力就有差別。放大器的頻率響應(yīng)是輸出信號隨輸入信號頻率變化的響應(yīng)。uiuo放大器

實際放大器的輸入信號不是簡單的單頻信號，通常由許多不同相位、不同頻率信號分量組成，占有一定的頻譜。

一、研究的問題10010k50M

理想放大器要求對不同的頻率輸入信號具有相同的放大作用。uiuo放大器0tuiUim設(shè)：ui為非正弦周期信號

uo=AVui，要輸出信號不失真必須保證ui的每一個分量都得到相同的放大。理想放大器的AV為常量與工作頻率無關(guān)。實際放大器的AV是頻率的函數(shù)：

頻率響應(yīng)是放大器的重要性能指標(biāo)，它反映了放大器對不同頻率信號的放大能力。二、放大器的頻率響應(yīng)其中:

A(jw)稱為放大器的幅頻響應(yīng)，表示放大器的電壓增益的模與信號頻率的函數(shù)關(guān)系；

j(jw)稱為放大器的相頻響應(yīng)，表示放大器的輸出信號與輸入信號的相位差與頻率的關(guān)系。

相頻響應(yīng)與幅頻響應(yīng)統(tǒng)稱為放大器的頻率響應(yīng)。放大器放大輸入信號時，為了不產(chǎn)生失真，必須對所有輸入信號的每一個頻率分量作同等增益和同等相移的放大。

頻率失真（線性失真）產(chǎn)生原因：輸入信號的頻率范圍與放大電路通頻帶不符合幅頻失真相頻失真頻率失真特點：輸出信號中沒有產(chǎn)生新的頻率分量。

放大器對輸入信號不同頻率分量的增益不同，輸出波形就會畸變，這種輸出失真叫幅頻失真。

放大器對輸入信號不同頻率分量的相移不同，輸出波形就會畸變，這種輸出失真叫相頻失真。注意區(qū)別：頻率失真與非線性失真

但當(dāng)頻率較低時XC增大，對電路的頻率響應(yīng)造成影響。1.影響放大電路低端頻率響應(yīng)的主要因素

在CE電路中耦合電容C1、C2、C3一般取值為幾十F。頻率較高時容抗XC很小，交流通路中電容可視為短路。

ui的幅度不變時,隨著工作頻率的降低，會造成uO減小，電路的放大倍數(shù)減小。當(dāng)f=10kHz時：如果f=100Hz

電路工作頻率較低時，交流通路中的耦合電容及旁路電容不能視為短路。fL0

由于BJT存在PN結(jié)電容Cj，其容量(幾十pf)很小。頻率低時不起作用。但當(dāng)頻率很高時：會造成放大器輸入端趨于短路。2.

影響放大電路高端頻率響應(yīng)的主要因素當(dāng)：CjAM0.707AMfHf0f（1）放大電路中的大容量電容（耦合電容與旁路電容）是引起低頻段頻響的主要因素。（2）晶體管的PN結(jié)電容和分布電容是引起放大電路高頻段頻響的主要原因。綜上所述：如圖電路中的C1、C2、C3發(fā)射結(jié)PN結(jié)電容—Cbe

（C）；集電結(jié)PN結(jié)電容—Cbc（C

）。PN結(jié)電容：3.典型阻容耦合放大器的全頻率幅頻特性曲線ffLfH通頻帶BW中頻段高頻段低頻段AVM0fL稱為放大器的低端轉(zhuǎn)折頻率，

fH稱為放大器的高端轉(zhuǎn)折頻率。

BW(＝fH

－fL)稱為放大器的通頻帶，又稱為放大器的3分貝帶寬。三、RC

低通電路令

RC低通電路如圖所示，其電壓放大倍數(shù)為：電壓比的幅頻特性、相頻特性分別為四、RC

高通電路令

RC高通電路如圖所示，其電壓放大倍數(shù)為：電壓比的幅頻特性、相頻特性分別為五、波特圖

為了在同一個坐標(biāo)系下對比大范圍變化的放大倍數(shù)和很寬的頻率響應(yīng)范圍，將前頻率響應(yīng)改用對數(shù)坐標(biāo)—即所謂的“波特圖”，它也包含幅頻特性和相頻特性兩個部分。

幅頻特性改用波特圖后將級聯(lián)放大器增益的“乘/除”運算變?yōu)榱恕凹?減”運算！RC高通電路的波特圖RC低通電路的波特圖（1）電路的截止頻率取決于電容所在回路的時間常數(shù)。（2）當(dāng)信號頻率等于下限頻率或上限頻率時，放大電路的增益下降3dB，且產(chǎn)生+45或-45相移。結(jié)論：（3）在近似分析中，可用折線化的近似波特圖描述放大電路的頻率特性?！?.7.2

晶體管的高頻等效電路

--考慮結(jié)電容的影響一、混合π模型二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)三、晶體管的頻率參數(shù)3.

晶體管簡化的高頻等效電路§2.7.3

放大電路的頻率響應(yīng)一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)二、多級放大電路的頻率響應(yīng)

將輸入信號分為三個頻段：中頻段、低頻段和高頻段。來進(jìn)行分析。

在中頻段，

PN結(jié)電容視為開路，耦合電容（或旁路電容）視為短路。

在低頻段，主要考慮耦合電容及旁路電容的影響，PN結(jié)電容視為開路

。

在高頻段，主要考慮PN結(jié)電容的影響，耦合電容（或旁路電容）視為短路。一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng)全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：適用于信號頻率從0～∞的交流等效電路1.

中頻電壓放大倍數(shù)帶負(fù)載時：空載時：2.

高頻電壓放大倍數(shù)2.高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析3.

低頻電壓放大倍數(shù)時間常數(shù)分析(短路時間常數(shù)法)C2、Ce短路，求出C1、Ce短路，求出C1、C2短路，求出若電容值均相等，則τe<<

τ1、τ2對n級放大電路，若各級的下、上限頻率分別為fL1～fLn、fH1～fHn，整個電路的下、上限頻率分別為fL、

fH，則3.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4.電壓放大倍數(shù)的波特圖全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：ffLefH0fL2fL120dB/十倍頻40dB/十倍頻60dB/十倍頻20dB/十倍頻4.電壓放大倍數(shù)的波特圖5.Multisim仿真測量fbw＝fH－fL＝21.46MHz－723.6

21.46MHz6.帶寬增益積：定性分析fbw＝fH－fL≈fH矛盾

當(dāng)提高增益時，帶寬將變窄；反之，增益降低，帶寬將變寬。6.帶寬增益積：定量分析若rbe<<Rb、Rs<<Rb、,則可以證明圖示電路的說明決定于管子參數(shù)

對于大多數(shù)放大電路，增益提高，帶寬都將變窄。要想制作寬頻帶放大電路需用高頻管，必要時需采用共基電路。約為常量根據(jù)二、多級放大電路的頻率響應(yīng)1.討論：一個兩級放大電路每一級（已考慮了它們的相互影響）的幅頻特性均如圖所示。6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL>fL1，fH<fH1，頻帶變窄！2.多級放大電路的頻率響應(yīng)與各級的關(guān)系

對于n級放大電路，若各級的下、上限頻率分別為fL1～fLn、fH1～fHn，整個電路的下、上限頻率分別為fL、

fH，則由于求解使增益下降3dB的頻率，經(jīng)修正，可得1.1為修正系數(shù)清華大學(xué)華成英hchya@討論一1.該放大電路為幾級放大電路?2.耦合方式?3.在f＝104Hz時，增益下降多少？附加相移φ’＝？4.在f＝105Hz時，附加相移φ’≈？5.畫出相頻特性曲線；6.fH＝？

已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討論下列問題：作業(yè)5.15.2