模拟电子技术基础简明教程第三版第三章.ppt

1 1 第三章 放大电路的频率响应 第一节第一节 频率响应的一般概念频率响应的一般概念 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 下限频率、上限频率和通频带下限频率、上限频率和通频带 频率失真频率失真 波特图波特图 高通电路和低通电路高通电路和低通电路 下页下页总目录总目录 一、 幅频特性和相频特性 A A umum 0.7070.707A Aum um f f HH f f L L BWBW 9090 0 0 180180 0 0 -270-270 0 0 | |A A u u | | f f O O f f 0 00 0 单管共射放大电路的频率特性 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 由于电抗性元件的作用，由于电抗性元件的作用， 使正弦波信号通过放大电路时，使正弦波信号通过放大电路时， 不仅信号的幅度得到放大，不仅信号的幅度得到放大， 而且还将产生一个相位移。而且还将产生一个相位移。 此时，电压放大倍数可表示如下：此时，电压放大倍数可表示如下： 下页下页上页上页 首页首页 二、 下限频率、上限频率和通频带 A A umum 0.7070.707A Aum um f f HH f f L L BWBW 9090 0 0 180180 0 0 -270-270 0 0 | |A A u u | | f f O O f f 0 00 0 单管共射放大电路的频率特性 f f L L ：称为下限频率称为下限频率 f f HH ：称为上限频率称为上限频率 BWBW ：称为通频带称为通频带 A A umum ：称为中频电压放大倍数称为中频电压放大倍数 下页下页上页上页 首页首页 三、 频率失真 由于放大电路通频带的宽度有一定限制，由于放大电路通频带的宽度有一定限制， 因此，当输入信号的频率升高或降低时，因此，当输入信号的频率升高或降低时， 电压放大倍数的幅值可能减小，电压放大倍数的幅值可能减小， 同时，可能产生滞后或超前的相位移。同时，可能产生滞后或超前的相位移。 所以，当输入信号包含多次谐波时，所以，当输入信号包含多次谐波时， 经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。 下页下页上页上页 首页首页 由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同， 造成造成u u o o 波形产生的失真，称为相频失真。波形产生的失真，称为相频失真。 频率失真与非线性失真产生的原因不同。频率失真与非线性失真产生的原因不同。 频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而 产生的；产生的； 而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。 由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同，由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同， 导致导致u u o o 的波形产生的失真，称为幅频失真。的波形产生的失真，称为幅频失真。 下页下页上页上页 首页首页 四、 波特图 在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。 这种对数频率特性又称为波特图。这种对数频率特性又称为波特图。 所谓对数频率特性是指：所谓对数频率特性是指： 绘制频率特性时基本上采用对数坐标。绘制频率特性时基本上采用对数坐标。 幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。 相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。 根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式，根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式， 可以画出放大电路的频率特性曲线。可以画出放大电路的频率特性曲线。 下页下页上页上页 首页首页 五、 高通电路和低通电路 1. 1. RCRC高通电路的波特图高通电路的波特图 U U i i U Uo o - - + + + + - - R R C C RC 高通电路 时间常数时间常数 L L = = RCRC 令令 f f L L = = 2 2 L L 1 1 = = 2 2 RCRC 1 1 A Au u = = R R + + R R 1 1 j j C C A Au u = = 1 1 + + 1 1 1 1 j j R RC C = = 1 1 + + 1 1 1 1 j j L L = = 1 1 - - j j 1 1 f f f f L L 下页下页上页上页 首页首页 f f L L 0.10.1f f L L 1010f f L L f f 0 0 4545 0 0 9090 0 0 f f L L 0.10.1f f L L 1010f f L L f f 20lg|20lg|A Au u |/dB |/dB 0 0 -20-20 -40-40 最大误差最大误差 5.715.71 0 0 最大误差最大误差 3 dB3 dB -45-45 0 0 / /十倍频十倍频 20dB /20dB /十倍频十倍频 下页下页上页上页 首页首页 仿真仿真 2. 2. RCRC低通电路的波特图低通电路的波特图 时间常数时间常数 H H = = RCRC U U i i U Uo o - - + + + + - - R R C C RC 低通电路 令令 下页下页上页上页 首页首页 f f HH0.1 0.1f fH H 1010f fH H f f 0 0 f f HH0.1 0.1f fH H 1010f fH H f f 20lg|20lg|A Au u |/dB |/dB 0 0 -20-20 -40-40 最大误差最大误差 3 dB3 dB 最大误差最大误差 5.715.71 0 0 20dB/20dB/十倍频十倍频 -45-45 0 0 -90-90 0 0 -45-45 0 0 / /十倍频十倍频 最大误差最大误差 5.715.71 0 0 上页上页 首页首页 仿真仿真 第二节第二节 三极管的频率参数三极管的频率参数 共射截止频率共射截止频率 特征频率特征频率 共基截止频率共基截止频率 下页下页总目录总目录 下页下页上页上页 三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信 号的适应能力。号的适应能力。 在中频时，在中频时， 一般认为三极管的一般认为三极管的 基本上是一个常数。基本上是一个常数。 当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大 作用将被削弱，作用将被削弱， 0 0 是三极管低频时的共射电流放大系数。是三极管低频时的共射电流放大系数。 首页首页 所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为：所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为： f f O O 20lg20lg| | |/dB|/dB f f f f -20dB/-20dB/十倍频十倍频 20lg 20lg 0 0 O O 0.10.1f f 1010f f f f -45-45 0 0 -90-90 0 0 的波特图的波特图 下页下页上页上页 首页首页 一、共射截止频率 | | | | 值下降到值下降到0.7070.707 0 0 时的频率，时的频率， 用符号用符号 f f 表示。 表示。 f f T T f f O O -20dB/-20dB/十倍频十倍频 20lg20lg| | |/dB|/dB f f f f 20lg 20lg 0 0 O O 0.10.1f f 1010f f f f -45-45 0 0 -90-90 0 0 的波特图的波特图 当当 f f = = f f 时，时， 根据根据f f 的定义，所谓共射截止频率的定义，所谓共射截止频率 ，并非说明此时三极管已经完全失，并非说明此时三极管已经完全失 去放大作用，而只是共射电流放大去放大作用，而只是共射电流放大 系数的幅频特性下降了系数的幅频特性下降了3dB3dB。 下页下页上页上页 首页首页 二、 特征频率 | | | | 值下降到值下降到 1 1 时的频率时的频率 用符号用符号 f f T T 表示。表示。 特征频率是三极管的一个重要参数，特征频率是三极管的一个重要参数， 当当f f f f T T 时，三极管已失去放大作用，时，三极管已失去放大作用， 所以，不允许三极管工作在如此高的所以，不允许三极管工作在如此高的 频率范围。频率范围。 f f T T = = 0 0 f f 下页下页上页上页 f f T T f f O O -20dB/-20dB/十倍频十倍频 20lg20lg| | |/dB|/dB f f f f 20lg 20lg 0 0 O O 0.10.1f f 1010f f f f -45-45 0 0 -90-90 0 0 的波特图的波特图 首页首页 三、 共基截止频率 f f = =（1 1+ + 0 0 ） f f 考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频 率的函数。率的函数。 通常将通常将 值下降为低频时值下降为低频时 0 0 的的 0.7070.707倍时的频率定倍时的频率定 义为义为共基截止频率共基截止频率，用符号，用符号 f f 表示。 表示。 下页下页上页上页 首页首页 上页上页 三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。 通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，通常，在要求通频带比较宽的放大电路中， 应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。 如对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。如对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。 一般小功率三极管的一般小功率三极管的 f f 值约为几十至几百千赫，值约为几十至几百千赫， 高频小功率三极管的高频小功率三极管的 f f T T 约为几十至几百兆赫。约为几十至几百兆赫。 首页首页 第三节第三节 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应 三极管的混合三极管的混合型等效电路型等效电路 阻容耦合单管共射放大电路的频率响应阻容耦合单管共射放大电路的频率响应 直接耦合单管共射放大电路的频率响应直接耦合单管共射放大电路的频率响应 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 下页下页总目录总目录 中频段：中频段： 各种容抗的影响可忽略不计， 电压放大倍数基本与频率无关。 低频段：低频段： 隔直电容构成RC高通电路， 电压放大倍数将降低。 高频段：高频段： 极间电容构成RC低通电路， 电压放大倍数将降低。 定性分析频率响应 Rb Rc VT + - 考虑极间电容时的单管共 射放大电路 + - C1 C2 +VCC Rs + + + - 下页下页上页上页 首页首页 一、三极管的混合型等效电路 r r b bcc 很大可忽略不计。 很大可忽略不计。 C C b bee 发射结结电容。 发射结结电容。 C C b bcc 集电结结电容。 集电结结电容。 g g m m 跨跨导导 g g mm U Ub b e e 受受控源。控源。 b b b b c c e e r r b bee r r b bcc r r b bb b C C b bcc C C b bee 结构示意图 下页下页上页上页 r r b bb b r r b bee C C b bee C C b bcc b b b b c c e e U U bebe g g mm U Ub b e e U U cece U Ub b e e + + - - - - + + 三极管的混合型等效电路 I I b b I Ic c 首页首页 r r b bb b + + r rb bee = = r rb be e 可得：可得： r rb be e = =（ （1 1+ + ） 2626 I I EQEQ g g mm U Ub b e e = = g g m m I I b b r r b bee = = I Ib b 可得：可得： g g m m = = r r b bee = = （1 1+ + ） 2626 I I EQEQ 2626 I I EQEQ r r b bb b = = r r b be e - - r r b bee C C b bee 2 2 f f T T g g mm C C b bcc可查到 可查到 混合参数与h参数之间的关系 2626 I I EQEQ = = r rb bb b + +（1 1+ + ） 下页下页上页上页 r r b bb b r r b bee b b b b c c e e U U bebe g g mm U Ub b e e U U cece U Ub b e e + + - - - - + + + + - - I I b b I Ic c r r b be e b b c c e e U U bebe U U cece + + - - - - + + I Ic c I I b b I I b b 首页首页 C C = = C C b bee + +（ （1 1- -K K ） C C b bcc 应用密勒定理将电路简化应用密勒定理将电路简化 K K U U cece U Ub b e e 将将 C C b bcc分别等效到输入回路和输出回路。 分别等效到输入回路和输出回路。 下页下页上页上页 r r b bb b r r b bee C C b b b b c c e e U U bebe g g mm U Ub b e e U U cece U Ub b e e + + - - - - + + C C b bcc K K-1-1 K K 简化的混合型等效电路 首页首页 二、 阻容耦合单管共射放大电路的频率响应 可将可将 C C2 2 和和 R R L L 看成是下一级的 看成是下一级的 输入端耦合电容和输入电阻。输入端耦合电容和输入电阻。 U U i i + + - - U Uo o - - + + R R c c R Rb b 先分别讨论中频、低频和高频先分别讨论中频、低频和高频 时的频率响应，时的频率响应， 然后综合得到完整的波特图。然后综合得到完整的波特图。 R R s s U Us s + + - - 下页下页上页上页 R Rb bR R c c + + - - + + - - C C1 1 C C2 2 +V+VCC CC R R s s U U s s U Uo o U U i i R RL L + + - - + + + + r r b bb b c c e e U Ub b e e r r b bee C C b b b b g g mm U Ub b e e C C b bcc K K-1-1 K K 首页首页 1. 1. 中频段中频段 其中其中 U Ub b e e = = r r b bee r r b be e U U i i = = r r b bee r r b be e U U s s R R i i R R i i R R i i + + R R s s = = r r b bee r r b be e U Uo o = = U Ub b e e - - g g m m R R c c = -= - U U s s R R i i + + R R s s r r b bee r r b be e g g m m R R c c A A usmusm = = U U s s U Uo o R R i i = -= - R R i i + + R R s s r r b bee r r b be e g g m m R R c c R R i i = -= - R R i i + + R R s s r r b be e R R c c R Ri i = = R R b b / / r rbe be 下页下页上页上页 + - R R s s U U s s + - r r b bb b r r b bee b b b b c c e e U Uo o g g mm U Ub b e e U U i i U Ub b e e - - + + + + - - I I b b I Ic c Rc R Rb b 中频等效电路 首页首页 2. 2. 低频段低频段 下页下页上页上页 + - R R s s U U s s + - r r b bb b r r b bee b b b b c c e e U Uo o g g mm U Ub b e e U U i i U Ub b e e - - + + + + - - I I b b I Ic c Rc R Rb b 低频等效电路 首页首页 3. 3. 高频段高频段 一般情况下，输出回路的时间常数比输入回路的小得多， 因此，输出回路的电容可忽略不计。输入回路可简化。 开路电压： 等效电阻： 下页下页上页上页 + + - - Rs Us + + - - r r b bb b r r b bee b b b b c c e e U Uo o g g mm U Ub b e e U U i i U Ub b e e - - + + + + - - I I b b I Ic c Rc Rb C C 高频等效电路 C C b bee K K K K-1-1 首页首页 下页下页上页上页 C C c c e e U U s s g g mm U Ub b e e U Uo o U Ub b e e + + - - - - + + 高频等效电路的简化 R R c c R R + + - - 首页首页 4. 4. 完整的波特图完整的波特图 20lg20lg| |A Ausm