放大器的频率响应vPPT课件.ppt

第5章放大器的频率响应 1 5 1频率响应概述 5 2单级共射放大器的频率响应 主要内容 2 5 1概述 放大器输入信号 频率范围 音频 话音 300 3400Hz 音乐 20 15KHz视频 图象 0 6MHz 3 5 1 1研究频率响应的必要性 原因1 实测表明Au是f的函数 对不同频率信号的放大程度不同 1 产生频率响应的原因 观察一组实验 阻容耦合共基放大电路 实验条件 输入信号Ui Uimsin t Uim不变 改变 4 低频 Au减小 中频 Au较大 高频 Au减小 5 1 频率响应 频率响应与通频带 幅频特性 相频特性 表示电压放大倍数的模与频率的关系 称为幅频特性 表示放大器输出电压与输入电压之间的相位差与频率的关系 称为相频特性 6 AU随f变化的原因之一 放大电路中有电容 电感等电抗元件 其阻抗随f变化而变化 前面的分析中 隔直电容处理为 直流开路 交流短路 7 计算电容的电抗 C1 20 F f 100HzXc1与rbe 863 不能短路 f 100HzXc1 rbe 863 可以短路 f Xc1 Ib AU 8 AU随f变化的原因之二 三极管 场效应管具有极间电容效应 其阻抗随f变化而变化 前面的分析中 极间电容处理均为开路 在频率响应分析中 采用晶体管的高频等效模型 从晶体管的物理结构出发 考虑发射结和集电结电容的影响 就可以得到在高频信号作用下的物理模型 称为混合 型模型 9 通频带带宽BW 上限频率fH 下限频率fL 高频区 中频区 低频区 2 通频带 典型放大电路频率响应 10 原因2 信号有多个频率成分 若放大程度不同 会产生频率失真 频率失真 线性失真 幅度失真 相位失真 频率响应表达式 5 1 1研究频率响应的必要性 11 幅度失真 相位失真 线性失真 12 频率响应的表示 波特图 工程上采用渐近直线来近似 波特图是指绘制在两张半对数坐标纸上的幅频特性和相频特性曲线图 幅频特性横坐标是频率f 采用对数分度 纵坐标是 单位分贝dB 采用线性分度 相频特性横坐标是频率f 采用对数分度 纵坐标是 单位度 采用线性分度 13 RC低通电路 一阶低通电路 幅频特性 相频特性 14 幅频特性 相频特性 一阶高通电路 15 预备知识 晶体管的高频等效模型 混合 型等效电路 16 混合 型高频小信号模型 混合 型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的 三极管的物理结构如图所示 发射结电容 也用符号C 表示 集电结电阻 集电结电容 也用符号C 表示 rbb 基区的体电阻 b 是假想的基区内的一个点 双极型三极管物理模型 1 物理模型 17 1 混合 型等效电路的导出 发射结等效电阻 折算到基极 集电结等效电阻 集电极输出电阻 发射结电容 集电结电容 混合 型高频小信号模型 18 2 gm的确定 由于考虑了结电容的影响 和已不再保持正比关系 所以用电流源gm 来表示基极回路对集电极回路的控制作用 gm称为跨导 定义为 19 2 gm的确定 考虑到 1 在T 300K时 3 H参数与混合 型参数之间的转换 20 2 简化的混合 模型 通常情况下 rce远大于c e间所接的负载电阻 而rb c也远大于C 的容抗 因而可认为rce和rb c开路 混合 模型的简化 a 简化的混合 模型 21 C 跨接在输入与输出回路之间 电路分析变得相当复杂 常将C 等效在输入回路和输出回路 简化混合 模型的简化 b C 等效变换后的混合 模型 简化混合 模型的简化 C 忽略C 的混合 模型 因为C 且一般情况下 的容抗远大于集电极总负载电阻R 中的电流可忽略不计 得简化模型图 C 22 Cu将输入回路和输出回路联结起来 为便于分析 可据密勒定理 将Cu分别折合到输入回路和输出回路中 密勒定理简介 跨接导纳Y s 可用并接在输入和输出端的两个等效导纳Y1 s 和Y2 s 来等效 23 用两个电容来等效C 分别接在b e和c e两端 其中 电容值分别为 24 混合 模型的简化 因为C 且一般情况下的容抗远大于集电极总负载电阻R 中的电流可忽略不计 得简化模型图 25 1 中频时 耦合电容C1 C2可视为短路 三极管的结电容效应可忽略 2 低频时 必须考虑耦合电容的影响 3 高频时 必须考虑结电容的影响 5 2单级共射放大器的频率响应 C1 C2 CE F量级 称为大电容Cb e Cb c pF量级 称为小电容 26 1 中频段 大电容视为短路小电容视为开路放大器的交流通路是阻性网络 增益A 常数 27 2 低频段 大电容不能视为短路 小电容更能视为开路 28 低频段放大器的交流通路含有大电容 如下图所示 大电容的存在使低频增益是频率的函数 29 3 高频段 大电容更能视为短路 小电容不能视为开路 30 高频段放大器的交流通路含有小电容 如下图所示 大电容的存在使高频增益是频率的函数 31 三极管的频率参数 共发截止频率 中频时共发电流放大倍数 f 时 1 共发截止频率 32 f fT时 三极管已失去电流放大作用 共基截止频率 3 共基截止频率 2 特征频率 33 和之间关系 4 发射结电容C 与fT的关系 特征频率fT可从手册上查到 发射结电容的计算 式中gm是三极管的跨导 由工作点电流决定 CB接法频率响应比CE接法好 34 二 共发基本放大器中频段源电压增益 35 二 共发基本放大器中频段源电压增益 与前面基本放大器的源增益表达式一致 是一个与频率无关的常数 36 三 共发基本放大器低频段源电压增益 在低频段 三极管结电容可忽略 耦合电容C1 C2的容抗必需考虑 等效电路如图 37 低频段等效电路 38 式中 将输出回路等效为电压源形式 39 共发基本放大器低频段源电压增益有两个转折频率fL1和fL2 如果两者的比值在四倍以上 可取较大的值作为放大电路的下限频率fL 为了降低放大电路的下限频率fL 应该增大耦合电容C1 C2 增大电阻Rs Ri Rc和RL 40 四 共发基本放大器高频段源电压增益 41 四 共发基本放大器高频段源电压增益 42 输出回路时间常数远远小于输入回路 可将忽略 43 fH越大 高频响应越好 44 五 共发放大器完整的频率特性 45 五 共发放大器完整的频率特性 fH 5 16 波特图 46 五 共发放大器完整的频率特性 5 16 波特图 47 例 某放大电路的对数频率特性如图所示 并已知中频段的相移 m 180o 1 写出频率特性表达式 2 画出其相频特性 并写出相频特性 f 的表达式 48 49 一 多级放大器的幅频特性和相频特性 5 4多级放大器的频率特性 50 上两式说明 多级放大器的对数增益 等于各级对数增益的代数和 总相位也是各级相位的代数和 因此 当绘制多级放大器的幅频特性曲线和相频特性曲线时 只要把各级的特性曲线在同一横坐标上的纵坐标值叠加起来就可以了 51 多级放大电路的频率响应 52 53 二 多级放大器的下限频率fL 设多级放大器在低频段的增益表达式是 令总的中频电压放大倍数 则 当时 得 54 将上式展开 考虑到 1 i 1 n 忽略高次项得 为了得到更准确的结果 在该式前面乘以修正系数1 1 得 从上式可以看出 多级放大器的下限频率fL大于每一级的下限频率fLi i 1 n 55 多级放大器的通频带 在单级的上下限频率处 设两级增益和频带均相同 fL fH 在多级的上下限频率处 56 经过类似推导 考虑到 经过修正 可得 从上式可以看出 多级放大器的上限频率fH小于每一级的上限频率fHi