第五章--放大电路的频率响应.ppt

1,2,正弦量的基本概念,一.正弦量的三要素,在选定的参考方向下，可以用数学式表达瞬时值电流i(t)：,i(t)=Imsin(t+),Im,这3个量一确定，正弦量就完全确定了。所以，称这3个量为正弦量的三要素。,波形：,3,(1)幅值(amplitude)(振幅、最大值)Im：反映正弦量变化幅度的大小。,(2)角频率(angularfrequency)：反映正弦量变化快慢。=d(t+)/dt为相角随时间变化的速度。,正弦量的三要素：,相关量：频率f(frequency)和周期T(period)。,频率f：每秒重复变化的次数。,周期T：重复变化一次所需的时间。,f=1/T,单位：rads-1，弧度秒-1f：Hz，赫(兹)T：s，秒,T=2,=2f,4,(3)初相位(initialphaseangle)：反映了正弦量的计时起点。,(t+)表示正弦量随时间变化的进程，称之为相位角。当t=0时，相位角(t+)=，故称为初相位角，简称初相位。,一般规定：|。,5,二.相位差(phasedifference)：两个同频率正弦量相位角之差。,设u(t)=Umsin(t+u),i(t)=Imsin(t+i),则相位差=(t+u)-(t+i)=u-i,0，u领先(超前)i角，或i落后(滞后)u角(u比i先到达最大值)；,0，i领先(超前)u角，或u落后(滞后)i角(i比u先到达最大值)。,从波形图上看相位差可取变化趋势相同点来看。,6,=0，同相：,=(180o)，反相：,规定：|(180)。,特例：,7,=/2：u领先i/2,不说u落后i3/2；i落后u/2,不说i领先u3/2。,同样可比较两个电压或两个电流的相位差。,8,复数复习,复数A表示形式：,一个复数A可以在复平面上表示为从原点到A的向量，此时a可看作与实轴同方向的向量，b可看作与虚轴同方向的向量。由平行四边形法则。则a+jb即表示从原点到A的向量，其模为|A|，幅角为。所以复数A又可表示为,A=a+jb,9,两种表示法的关系：,或,10,电阻、电感和电容元件的正弦电压电流及相量关系,一.电阻,时域形式：,相量形式：,相量模型,有效值关系：UR=RI,相位关系：u=i(u,i同相),11,波形图及相量图：,12,二.电感,时域形式：,相量形式：,相量模型,有效值关系：U=LI,相位关系：u=i+90(u超前i90),13,感抗的物理意义：,(1)表示限制电流的能力；,(2)频率和感抗成正比,0直流（XL=0),开路；,(3)由于感抗的存在使电流落后电压.。,XL=L，称为感抗，单位为(欧姆)BL=-1/L，感纳，单位为S(同电导),波形图：,14,三、电容,时域形式：,相量形式：,相量模型,有效值关系：IC=CU,相位关系：i=u+90(i超前u90),15,令XC=-1/C，称为容抗，单位为(欧姆)BC=C，称为容纳，单位为S,频率和容抗成反比,0，|XC|直流开路(隔直)，|XC|0高频短路(旁路作用),波形图：,16,第五章放大电路的频率响应,5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.3场效应管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应5.6集成运放的频率响应和频率补偿5.7频率响应与阶跃响应,17,5.1频率响应概述,5.1.1研究放大电路频率响应的必要性,放大电路中，由于电抗（电容、电感）元件和晶体管极间电容的存在，使放大倍数的大小随频率变化，同时输入输出的相位移也随着频率变化。,放大电路的放大倍数和输入输出的相位移是输入信号频率的函数放大电路的频率响应（频率特性）,频率响应,分析放大电路必须讨论在不同频率下的响应。即它的上、下限截止频率及通频带。,在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。,18,5.1.2频率响应的基本概念,一、高通电路,令,则,频率比较高的信号能够通过，频率低的信号不能通过,19,-f下降10倍，下降10倍,高通,fL：下限截止频率，简称下限频率,fL,f=fL时，放大倍数的幅值下降到70.7%，相移为450。,20,二、低通电路,则,因此,令,21,fH：上限截止频率，简称上限频率,f=fH时，放大倍数的幅值下降到70.7%，相移为-450。,22,5.1.3波特图,波特图,用对数坐标画放大电路的频率特性。,对数幅频特性：,横轴刻度：lgf,纵轴刻度：,单位是分贝（dB）,对数相频特性：,横轴刻度：lgf,纵轴刻度：,可以表示很宽的数据范围。,23,一、高通电路的对数幅频特性,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。折线以截止频率fL做拐点，两段直线近似曲线。,24,二、低通电路的对数幅频特性,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。折线以截止频率fH做拐点，两段直线近似曲线。,25,几个结论,电路低频段的放大倍数需乘因子,当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB），相角超前45；当f=fH时放大倍数幅值约降到0.707倍（增益下降3dB）相角滞后45。,截止频率决定于电容所在回路的时间常数,电路高频段的放大倍数需乘因子,频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。,26,放大电路的频率参数,在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。,高通电路,低通电路,在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。,下限频率,上限频率,27,5.2晶体管的高频等效模型,5.2.1晶体管的混合模型,结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。,rbb：基区体电阻rbe：发射结电阻C：发射结电容re：发射区体电阻rbc：集电结电阻C：集电结电容rc：集电区体电阻,混合模型：形状像，参数量纲各不相同,因多子浓度高而阻值小,因面积大而阻值小,28,一、完整的混合模型,29,二、简化的混合模型,C连接了输入回路和输出回路，引入了反馈，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化,30,二、简化的混合模型,混合模型的单向化（即使信号单向传递）,等效变换后电流不变,31,简化的混合模型,32,三、混合模型的主要参数,从半导体器件手册中可查得。,C计算得到。,33,5.2.2晶体管电流放大倍数的频率响应,34,共射截止频率,20lg,fT,35,共基截止频率,36,根据,在器件手册中查出f（或fT）和Cob（近似为C），并估算发射极静态电流IEQ,37,晶体管的频率参数,共射截止频率,共基截止频率,特征频率,集电结电容,通过以上分析得出的结论：低频段和高频段放大倍数的表达式；截止频率与时间常数的关系；波特图及其折线画法；C的求法。,38,5.3场效应管的高频等效模型,高频等效模型,简化等效模型,忽略rgs，rds，cds，得简化等效模型。,39,场效应管的主要参数,40,讨论一,1.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？,41,讨论二,电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ2mA；晶体管的rbb=200，Cob=5pF，f=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。,42,43,5.4单管放大电路的频率响应,5.4.1单管共射放大电路的频率响应,适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路,44,45,一、中频电压放大倍数,输入电阻,电压放大倍数,46,二、低频电压放大倍数,单管共射放大电路的低频等效电路,低频等效电路要考虑耦合电容C,47,48,49,单管共射放大电路的高频等效电路,三、高频电压放大倍数,高频等效电路要考虑结电容C,50,51,52,四、波特图,在信号频率从0时，要综合考虑耦合电容C和结电容C,53,四、波特图,54,上限频率和下限频率均可表示为1/2，分别是极间电容C和耦合电容所在回路的时间常数，其值为从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。可见，求解上、下限截止频率的关键是正确求出回路的等效电阻。,适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路,55,例在图示电路中,已知VCC=15V,Rs=1k,Rb=20k,Rc=RL=5k,C=5F；晶体管的UBEQ=0.7V,rbb=100,=100,f=0.5MHz,Co