模拟电子线路(模电)频率特性.ppt

1概述2RC电路的频率响应3三极管的高频小信号模型4共射放大电路的频率特性5多级放大器频率特性,放大电路的频率特性,一、频率响应：放大器对不同频率信号的稳态响应,一.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,二、频率特性,幅度频率特性相位频率特性,幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即,相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即,阻容耦合放大的频率特性和频率失真,中频段：电压放大倍数近似为常数。低频段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高频段：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。,波特图（Bode）半对数坐标,dB(decibel):分贝Au(db)=20logAu,Au:1010210310-110-2Au(db):204060-20-40-3,优点：1、乘加2、人耳对声能的辨别能力与其对数成正比,产生原因:1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容等;,2.三极管的()是频率的函数。低频小信号模型不再适用,幅频失真相频失真,线性失真（组合失真）,频率失真,设计电路时，要合适选择耦合电容和旁路电容,放大器的失真,频率失真,放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。,失真类型,一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：,波特图,在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。,(对数刻度),(对数刻度),(线性刻度),(线性刻度),增益分贝值：,通频带：,对应上限频率fH、,及下限频率fL。,增益下降到时，,fH,fL,频率特性的三个频段,中频段：通频带以内的区域,放大器的增益、相角均为常数，不随f变化。,特点：,原因：,所有电抗影响均可忽略不计。,高频段：ffH的区域,频率增大，增益减小并产生附加相移。,特点：,原因：,极间电容容抗分流不能视为开路。,即极间电容开路、耦合旁路电容短路。,低频段：ffL的区域,频率减小，增益降低并产生附加相移。,特点：,原因：,耦、旁电容容抗分压不能视为短路,幅度失真与相位失真,实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：,若不同频率信号呈现不同增益,幅度失真,相位失真,幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。,若不同频率信号呈现不同相角,由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。,注意：线性失真不产生新的频率成份。,一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。,视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。,指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。,瞬变失真,非线性失真,非线性失真由三极管产生，它产生了新的频率成份。,假设三极管基射间外加电压:,则,利用付氏级数展开得：,非线性失真系数：,RC电路的频率响应,一、RC低通电路二、RC高通电路,频率特性曲线,一、RC低通电路,传递函数为：,模：,相角：,绘制渐近波特图：,渐近波特图画法：,幅频,p时，,=p时，,相频,10p时，,=p时，,-20dB/十倍频,-45/十倍频,低通滤波器的渐近线Bode图,在ffH处幅频特性渐近线有3dB的最大误差，在其它频率上的误差均小于3dB。,一般认为,f10fH即为ffH。幅频特性在ffH时为一条斜率为20dB/10倍频程的直线；相频特性在ffH时为一条等于90的直线。由此得到的其幅频特性和相频特性的Bode图。,确定上限角频率：,-20dB/十倍频,-45/十倍频,归纳一阶因子渐近波特图画法：,幅频渐近波特图：,已知,自0dB水平线出发，经p转折成斜率为（20dB/十倍频）的直线。,相频渐近波特图：,自0水平线出发，经0.1p处转折，斜率为(45/十倍频)，再经10p处转折为-90的水平线。,因=p时，,H=p,频率特性曲线,传递函数为：,模：,相角：,二、RC高通电路,绘制渐近波特图：,20dB/十倍频,-45/十倍频,幅频渐近波特图：,p：0dB水平线；P1,由主极点概念：,HP1,某运放技术指标：运放开环增益A140dB，3dB带宽7Hz。若组成反相比例运算电路，放大倍数100，问此电路通频带为多少？20lgA=140dB,A=10000000开环增益A140dB10000000，增益带宽比为常数，10000000*7100XX=700000Hz=700kHz,例题,解：,模型参数为,低频电压增益为,又因为,所以上限频率为,5.4多级放大器的频率响应,一，多级放大器的频率响应1、多级放大器的幅频特性n级放大器的幅频特性为,只要将各级放大器的幅频特性曲线在同一个坐标系中叠加，就可得到多级放大器的幅频特性曲线。多级放大器的下限频率比任何一个单级放大器的下限频率都高，而上限频率比任何一个单级放大器的上限频率都低。,2、多级放大器的相频特性n级放大器的相频特性为,只要将各级放大器的相频特性曲线在同一个坐标系中叠加，就可得到多级放大器的幅频特性曲线。,二，多级放大器的通频带1、多级放大器的上限频率在高频段，多级放大器的放大倍数可表示为,令,则,因为fH是下降到的倍时对应的工作频率，因此有,利用fH/fHkR2C2R3C3,频率特性表达式：,幅频及相频表达式：,均为单阶因子波特图的叠加。,-20dB/十倍频,-40dB/十倍频,-60dB/十倍频,-45/十,-90/十,-45/十,归纳多极点系统渐近波特图画法：,幅频渐近波特图：,自中频增益AvI(dB)的水平线出发，经pn转折成斜率为（20ndB/十倍频）的直线。,相频渐近波特图：,自0水平线出发，经0.1p1处开始转折，斜率为：(45/十倍频）乘以（单阶因子重叠的段数），再经10pn，转折成-90n的水平线。,已知,确定上限角频率：,根据定义，当=H时：,即,整理并忽略高阶小量得：,若p24p1，则称p1为主极点，p2、p3为非主极点。,上限角频率取决于主极点角频率：,电子设备中，为改善电路频率响应，常要求放大器具有很高的上限频率（几MHz几千MHz）。,宽带放大器,扩展上限频率的方法：,改进集成工艺，通过提高管子特征频率fT扩展fH。,在放大电路中引入负反馈扩展上限频率fH。,利用电流模技术扩展上限频率fH。,利用组合电路扩展上限频率fH。,组合电路宽带放大器,共发共基组合电路,三种组态中，共发电路上限频率最低，因此，组合电路上限频率主要由共发电路决定。为扩展整个电路上限频率，应设法使共发电路的输入、输出为低阻节点。,共集共发组合电路,因为共基电路Ri2小,因此扩展了上限频率。,则共发电路具有低阻输出节点,因为共集电路RO1小,因此扩展了上限频率。,则共发电路具有低阻输入节点,CA3040集成宽带放大器：,Av=30dB，fH=55MHz,电流放大器,跨导线性环电流放大器,由图,则,化简得,改变输入输出偏置电流，即可改变电流增益。,两输入节点B1、B2均为低阻节点，故上限频率高。,二级宽带放大器,电流模电路,以电压作为电路中的处理变量电压模电路。,两者主要区别：表现在节点阻抗电平的高低上。,电流放大器、跨导线性电路、开关电流电路、动态电流镜等。,低阻节点上的变量：主要表现为电流量。,以电流作为电路中的处理变量电流模电路。,高阻节点上的变量：主要表现为电压量。,利用低节点阻抗的特点，电流模电路特点：,频带宽、速度高、动态范围大、非线性失真小。,常用的电流模电路：,1，放大器输出产生非线性失真的原因是，产生线性失真的原因是。2，当信号频率等于放大电路的fL或fH时，放大倍数的值约下降到中频时的倍，即增益下降dB。1,放大器件存