模拟电路第5章ppt课件

1、第第5 5章章 放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应重点：重点：1.1.频率呼应的根本概念、波特图。频率呼应的根本概念、波特图。2.2.晶体管场效应管的高频等效模型晶体管场效应管的高频等效模型 混合混合模型。模型。3.3.单管放大电路的频率呼应。单管放大电路的频率呼应。4.4.多级放大电路的频率呼应。多级放大电路的频率呼应。5.15.15.1.1研讨放大电路频率呼应的必要性研讨放大电路频率呼应的必要性 由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率呼应或频率特性。

2、系称为频率呼应或频率特性。 小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率呼应的描画方法。和通频带的求解方法，以及频率呼应的描画方法。频率呼应概述频率呼应概述一、一、 高通电路高通电路+_+_CRi UO U RC 高通电路高通电路RCCRRUUAu j111j1iO 令：令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu 2LL1 ffffAu模：模：)arctan(90Lff 相角：相角：5.1.2频

3、率呼应的根本概念频率呼应的根本概念fL称为下限截止频率称为下限截止频率2LL1lg20lg20lg20 ffffAu那么有：那么有：dB 020lg L uAff时时，当当LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 时，时，当当dB32lg20lg20 L uAff时时，当当2LL1 ffffAu放大电路的对数频率特性称为波特图。放大电路的对数频率特性称为波特图。对数幅频特性：对数幅频特性： 实践幅频特性曲线：实践幅频特性曲线： 幅频特性幅频特性当当 f fL(高频高频)，当当 f fL (低频低频)，1 uA1 uA高通特性：高通特性：且频率愈低，的值愈小，且频率愈低，的值愈小，低频信

4、号不能经过。低频信号不能经过。uAf最大误差为最大误差为 3 dB，发生在发生在 f = fL处。处。0.1 fLfL 10 fLdB/lg20uA0202040403dB20dB/十倍频十倍频对数相频特性对数相频特性 相频特性相频特性5.7145/45/十倍十倍频频fL0.1 fL 10 fL45900 f 误差误差 在低频段，高通电路产生在低频段，高通电路产生 0 90的超前相移。的超前相移。5.71 45;90;0LLL 时，时，时，时，时，时，ffffff)arctan(90Lff 相角：相角：二、二、 RC RC 低通电路的波特图低通电路的波特图RC 低通电路图低通电路图+_+_CR

5、iUOURCCRCAu j11j1j1 令令 ：RCf 2121HH 那么：那么：HHj11j11ffAu 2H11 ffAu Harctanff fH称为上限截止频率称为上限截止频率低通电路的波特图低通电路的波特图对数幅频特性：对数幅频特性：0.1 fHfH 10 fHfdB/lg20uA0202040403dB20dB/20dB/十倍频十倍频对数相频特性：对数相频特性：fH 10 fH45455.715.7145/45/十倍十倍频频90900.1 fH0f在高频段，低通电在高频段，低通电路产生路产生0 90的滞的滞后相移。后相移。)(1lg20lg20H2ffuA Hffarctan 小结

6、小结1电路的截止频率决议于电容所在回路的时间电路的截止频率决议于电容所在回路的时间常数常数，即决议了，即决议了fL和和fH 。2当信号频率等于当信号频率等于fL或或fH放大电路的增益下降放大电路的增益下降3dB，且产生，且产生+450或或-450相移。相移。3近似分析中，可以用折线化的近似波特图近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。表示放大电路的频率特性。5.2.1晶体管的混合晶体管的混合 模模 型型一、完好的混合一、完好的混合 模模型型5.2(b)(b)混合混合 模型模型(a)(a)晶体管的构造表示图晶体管的构造表示图晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型 CCCXU

7、KXUUIebceeb)1( KXIUXCCC 1eb CKCKC|)|1()1( CKCKKC )11(1同同理理可可得得，cecbrr二、简化的混合二、简化的混合模型模型 C 忽忽略略 CKCC|)|1( 三、混合三、混合 模型的主要参模型的主要参数数将混合将混合 模型和简化的模型和简化的h h参数等效模型相比较，参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全一样。它们的电阻参数完全一样。EQ0bbbeebbb26)1 (Irrrr EQ0bbbeeb26)1 (Irrr b0ebbmebm IrIgUg 26EQeb0mIrg C可从手册中查得可从手册中查得Cob ， Cob与与C近似相等。近似

8、相等。C数据可从手册中给定的特征频率数据可从手册中给定的特征频率fT和放大电路的和放大电路的Q点求解。点求解。5.45.45.4.1 单管共射放大电路的频率呼应单管共射放大电路的频率呼应C1Rb+VCCC2Rc+Rs+SUOUiU+单管共射放大电路单管共射放大电路中频段：各种电中频段：各种电抗影响忽略，抗影响忽略，Au 与与 f 无关；无关；低频段：低频段： 隔直隔直电容压降增大，电容压降增大，Au 降低。与电路中电阻降低。与电路中电阻构成构成 RC 高通电路；高通电路；高频段：三极管极间电容并联在电路中，高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au 降低。降低。而且，构成而且，构成 RC 低通电

9、路。低通电路。单管放大电路的频率呼应单管放大电路的频率呼应一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数耦合电容耦合电容 可以为交流短路，极间电容可视为交流断路。可以为交流短路，极间电容可视为交流断路。1. 中频段等效电路中频段等效电路中频段等效电路中频段等效电路由图可得由图可得bebisbeebisieb/rRRUrrRRRU 式式中中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU b eb rebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUiUsRiRsU.iU.+-2. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数知知 ，那么，那么ebm rg becisismrRRRRAu 结论：中

10、频电压放大倍数的表达式，与利用简化结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h 参数等效电路的分析结果一致。参数等效电路的分析结果一致。cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu 二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数思索隔直电容的作用，其等效电路：思索隔直电容的作用，其等效电路：C1 与 输与 输入电阻构成一入电阻构成一个个 RC 高通电高通电路路sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 式中式中 Ri = Rb / rbeb eb rebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUiUC1SUsbeeb1isiebj1UrrCRRRU 输出电压输出电压s1iscmbe

11、ebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU 低频电压放大倍数低频电压放大倍数1issmsosL)(j111CRRAUUAuu b eb rebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUiUC1SU低频时间常数为：低频时间常数为：1isL)(CRR 下限下限(-3 dB)频率为：频率为：1isLL)(2121CRRf 那么那么LLuLuluffffAffAAj1jj11smsms 对数幅频特性对数幅频特性2)(1lg20lg20lg20LLusmuslffffAA 对数相频特性对数相频特性LLffffarctan90)arctan90(180000 因电抗元件引

12、起的相移为附加相移。因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为低频段最大附加相移为+90度度三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数思索并联在极间电容的影响，其等效电路：思索并联在极间电容的影响，其等效电路：高频等效电路高频等效电路b ebm Ugbb rbce +RbSU +RcRseb UoUiUC cb1 CKKeb r高频等效电路的简化高频等效电路的简化(a)(a)由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。数，故可忽略输出回路的结电容。用戴维南定理将上图简化。用戴维南定理将上图简化。 )R/R(r/rRUrr

13、RRRUSbsbbebsbeebisi CRgCKC)1(C)1(Ccm ssebj11j1j1UCRUCRCU ebm Ugce +sU +RcoUeb UR C C 与与 R 构成构成 RC 低通低通电路。电路。 CRAUUAuu j11smsosh高频时间常数：高频时间常数： CR H上限上限(-3 dB)频率为：频率为： CRf 2121HHHsmsh11:ffjAAuu 故故SUCRRgrrRRRRUgU j11cmbeebisicmoeb四、波特图四、波特图)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu 对频率从对频率从0到到的电压放大倍

14、数表达式为的电压放大倍数表达式为sHuA的对数幅频特性和相频特性的对数幅频特性和相频特性2H)(1lg20lg20lg20ffAAusmush H0arctan180ff 高频段最大附加相移为高频段最大附加相移为-90度度1. 根据电路参数计算根据电路参数计算 、fL 和和 fH ； smuA2. 由三段直线构成幅频特性。由三段直线构成幅频特性。 smlg20uA 中频段：对数幅值中频段：对数幅值 低频段：低频段： f = fL开场减小，作斜率为开场减小，作斜率为 20 dB/十倍频直线；十倍频直线； 高频段：高频段：f = fH 开场添加，作斜率为开场添加，作斜率为 20 dB/十倍频直线。

15、十倍频直线。3. 由五段直线构成相频特性。由五段直线构成相频特性。 绘制波特图步骤：绘制波特图步骤： 幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL20dB/20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频smlg20uA270270225225180180相频特性相频特性909010 fL0.1fL0.1fH10 fHf 5.55.55.5.1 多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数： N1Kuk21AAAAAunuuu 在多级放大电路中含有多个放大管，因此在高频等效在多级放大电路中含有多个放大管，因此在高频等效电路中有

16、多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，那么在低频等效电路中就含有多个耦合电容或旁路电容，那么在低频等效电路中就含有多个高通电路。个高通电路。多级放大电路的频率呼应多级放大电路的频率呼应多级放大电路的总相位移为：多级放大电路的总相位移为： nkkn121 对数幅频特性为：对数幅频特性为： nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20两级放大电路具有一样频率特性的波特图。两级放大电路具有一样频率特性的波特图。fHfL幅频特性幅频特性f/dBlg20uAOfH16 dB3 dB3 dBfBW1f

17、BW2一一 级级二二 级级20dB/20dB/十倍频十倍频40dB/40dB/十倍频十倍频相频特性相频特性270270360360f 5405401801804504509090一一 级级二二 级级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。225225fL15.5.2 截止频率的估算截止频率的估算1. 下限频率下限频率 NkkumkulffAA12L1|多级放大电路低频段的电压放大倍数：多级放大电路低频段的电压放大倍数：根据定义，当根据定义，当 时，时，Lff Nkkff12LL21两边取平方，得两边取平方，得 Nkkff12L

18、L21展开得展开得212LL 高高次次项项ffk忽略高次项，得忽略高次项，得 Nkkff12LL修正得修正得 Nkkff12LL1 .1 2. 上限频率上限频率 NkkumkffAA12Huh1|多级放大电路高频段的电压放大倍数：多级放大电路高频段的电压放大倍数：根据定义，当根据定义，当 时，时，Hff Nkkff12HH21两边取平方，得两边取平方，得 nkkff12HH21展开得展开得212 高高次次项项HkHff忽略高次项，得忽略高次项，得 NkKff12HH11修正得修正得 NkKff12H11 .11H L1L1LH11HH2H1H56. 121 . 1643. 021 . 1 ,2

19、1 . 11ffffffff 假设放大电路是由两级频率特性一样的电路组成，假设放大电路是由两级频率特性一样的电路组成，那么那么假设放大电路是由三级频率特性一样的电路组成，假设放大电路是由三级频率特性一样的电路组成，那么那么L1L1LH1H1H2H1H91. 131 . 152. 031 . 1 ,31 . 11ffffffff 注：注：(1) 在实践的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相在实践的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的根据，差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的根据，即：假设某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，那即：假设某级的下

20、限频率远高于其它各级的下限频率，那么可以为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理么可以为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理假设某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，那么可假设某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，那么可以为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。以为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。 nKkff12LL1 . 1(2)有多个耦合电容和旁路电容的单管放大电路中，在分析有多个耦合电容和旁路电容的单管放大电路中，在分析下限频率时，应先求出每个电容所确定的截止频率，然后下限频率时，应先求出每个电容所确定的截止频率，然后代入代入 中，求出电路的下限频率。中，求出电路的下

21、限频率。 知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如下图。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。如下图。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。2高频段只需一个拐点，高频段只需一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。1低频段只需一个拐点，低频段只需一个拐点，阐明影响低频特性的只需阐明影响低频特性的只需一个电容，故电路的下限一个电容，故电路的下限频率为频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=104kHz3电压放大倍数电压放大倍数353)102j

22、1)(10j1 (j10 fffAu例例1解：解： 分别求出如下图分别求出如下图Q点点稳定电路中稳定电路中C1 C2和和Ce所确所确定的下限频率的表达式及电定的下限频率的表达式及电路上限频率表达式。路上限频率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1Reui交流等效电路交流等效电路例例2解：解：1. 思索思索C1对低频特性的影响对低频特性的影响C1所在回路的等效电路所在回路的等效电路2. 思索思索C2对低频特性的影响对低频特性的影响 C2所在回路的等效电路所在回路的等效电路 2222121CRRfLcL 112111L212121CRRCr/R/RRfiSbebbS 3. 思索思索Ce对低频特性的影响对低频特性的影响4. 思索结电容对高频特性的影响思索结电容对高频特性的影响 CRRRrrfSbbbbeb /212121HH比较比较C1、C2、Ce所在回路的时间常所在回路的时间常数数1、2、e,当取当取C1C2Ce时，时，e将远小于将远小于1、2，即，即fLe远大于远大于fL1和和fL2。因此，因此，fLe就约为电路的下限频率。就约为电路的下限频率。esbbbeeeeCRRRrRf 1/212121LCe所在回路的等效电路所在回路的等效电路结电容所在回路的等效电路结电容所