放大电路的频率响应A.ppt

第6章放大电路的频率响应 6 1放大电路频率响应概述 6 3晶体管和场效应管的高频等效模型 6 4单管放大电路的频率响应 6 2RC电路的频率响应 6 5多级放大电路的频率响应 作业 6 1 6 4 6 5 1 6 13 本章重点 1 频率响应产生的原因和表示方法 低频Au下降的主要因素取决于耦合电容C 高频Au下降的主要因素取决于管子的极间电容 2 RC低通和高通电路的频率响应 幅频特性和相频特性 通频带和截止频率 3 单管共射 多级放大电路的频率响应及相应参数的计算中频响应 低频响应 高频响应 完整波特图 6 1频率响应概述 6 1 1频率响应产生的原因 原因 晶体管的极间电容放大电路的耦合电容 旁路电容和分布电容电容的容抗均随着信号频率的变化而变化 因而使放大电路对不同频率信号的放大效果将不完全相同 这说明放大电路的电压放大倍数 增益 是频率的函数 这种函数关系叫做 频率响应 或者 频率特性 6 1频率响应概述 中频段 耦合电容 旁路电容容抗小 短路晶体管结电容的容抗大 开路不考虑放大电路的频率特性 低频段 晶体管结电容 开路但是 耦合电容和旁路电容的容抗增大 对信号传输的作用不可忽略 6 1频率响应概述 高频段 耦合电容 旁路电容 短路晶体管结电容和线路分布电容的容抗很小 对电流的并联分流作用不可忽略 同样会使增益的幅值减小 同时产生附加相位移 6 1 2频率响应的表示方法 电路的频率特性包括 幅频特性相频特性 幅频特性 指电压增益的幅值和频率的关系 相频特性 指输出电压与输入电压之间的相位差和频率的关系 通常把中频段的电压增益用Aum表示 当Aum在高频端和低频段下降到0 707Aum时所对应的两个频率点叫做放大电路的 截止频率 6 1 2频率响应的表示方法 图6 1放大电路的幅频特性和相频特性 重要技术指标 不失真放大的频率范围 6 2RC电路的频率响应 1 高通电路及频率响应 2 低通电路及频率响应 3 波特图 Bodeplot 用对数坐标画频率特性曲线 由对数幅频特性和对数相频特性组成 略去 开路 得到简化的晶体管的高频小信号等效模型 考虑到晶体三极管发射结和集电结电容的作用 每个PN结均可用一个并联的结电容和结电阻等效 6 3晶体管和场效应管的高频等效模型6 3 1晶体管的高频等效模型 1 晶体管的混合参数 形模型 图6 6晶体管的高频物理模型 表示受发射结电压控制的集电结电流 压控电流源 晶体管混合参数型等效电路 2 晶体管的混合参数形等效电路 简化H参数等效电路中低频时混合 形等效电路 当频率不高时 晶体管的结电容和的数值都很小 它们的影响可以忽略 这时混合参数形等效电路就可以转化为H参数等效电路 比较两个电路 可推导出 将混合 形等效电路通过密勒定理进行单向化转换 将C 等效在输入回路和输出回路中 3 混合参数 形等效电路的简化 晶体管共射混合参数 型等效电路的简化图 通常的值很小 可以忽略 把输入端并联电容合并 令 6 3 2场效应管的高频等效模型 共源接法场效应管的混合参数 形等效电路如图 rgs rds大 开路 场效应管等效电路中的输入电容较大 它的高频特性要比双极型晶体管差些 6 3单管共射放大电路的频率响应 在中频段 极间电容因为容抗大而视为开路 耦合电容和旁路电容因为容抗小而视为短路 在低频段 主要考虑耦合和旁路电容的影响 将极间电容视为开路 在高频段 主要考虑极间电容的影响 而耦合和旁路电容可以视为短路 1 基本放大电路的中频响应 单管共射放大电路电路图和中频等效电路 中频段电压增益 幅频特性和相频特性 Ausm和 均为实数 其波特图的中频段都是一条水平线 2 基本放大电路的低频响应 低频段电压增益为 基本放大电路在低频段是一个RC高通特性 其中 低频段波特图 3 基本放大电路的高频响应 应用戴维南定理 高频段电压增益为 基本放大电路在高频段是一个RC低通特性 其中 高频段波特图 4 完整的单管共射放大电路的频率响应 完整的电压增益表达式 完整波特图 低频段Au下降且产生相移 主要受耦合电容 旁路电容的影响 高频段Au下降且产生相移 主要受晶体管极间电容 电路中寄生电容的影响 注意 6 4 4放大电路频率响应的改善和增益带宽积 1 对放大电路频率响应的要求只有在放大电路的通频带内 对于不同频率的信号 放大电路电压增益的幅值和相位才不会发生变化 如果输入信号包含很多频率分量 输出信号不可能完全复现输入信号的波形而产生失真 这种失真叫做 频率失真 频率失真包括 幅值失真 和 相位失真 6 4 4放大电路频率响应的改善和增益带宽积 为了减小频率失真 可以采取相应的手段扩大放大电路的通频带 通常采用的方法有 1 减小fL 改善低频响应 一方面使有关电容 耦合电容和旁路电容 的电容量增大 一方面使相应回路的电阻增大 当然 最好的办法是去掉耦合电容而采取直接耦合的方式 6 4 4放大电路频率响应的改善和增益带宽积 3 引入负反馈 在电路中引入负反馈 可以扩大放大电路的通频带 2 增大fH 改善高频响应 有其中 所以应减小电阻和电容 选择特征频率高 小的高频管 还要减小gmR L 但是 减小gmR L会时放大电路电压增益下降 可见扩展频带和提高电压增益是有矛盾的 6 4 4放大电路频率响应的改善和增益带宽积 增益带宽积 GBP 它是中频电压放大倍数Ausm和通频带fBW的乘积 是衡量放大电路性能的一项重要指标 由于 增益带宽积为GBP 可以看出 在一般情况下 当晶体管和信号源选定后 增益带宽积也就大体确定 如果要使放大电路的通频带宽 同时又要使它的电压增益高 则应选用和都很小的高频管 6 5多级放大电路的频率响应6 5 1多级放大电路的频率响应表达式和波特图 设多级放大电路每一级的电压增益分别为 则总的电压增益为 由式 6 45 可写出多级放大电路电压增益的波特图的表达式为 6 45 因此 只要把各级电压增益的波特图进行叠加 就可以得到多级放大电路总电压增益波特图 1 放大器的增益与频率有关 称幅频特性 放大器的相移也与频率有关 称相频特性 两者统称为频率响应 高频响应 由晶体管的极间电容 结电容 引起的 低频响应 由电路中耦合电容和旁路电容引起的 3 衡量放大电路性能的一项重要指标 增益带宽积 4 CB组态放大电路由于输入电容小 pF 所以CB组态放大电路的上限截止频率fH比CE组态要高许多 频响分析 几点结论 2 分析放大器频响的重要指标 增益函数 带宽和高低频截频 本章内容 1 频率响应产生的原因和表示方法低频Au下降的主要因素取决于耦合电容C 高频Au下降的主要因素取决于管子的极间电