模拟电子技术基础简明教程第三版杨素行 课件 第三章

1、第三章,放大电路的频率响应,3.1,频率响应的一般概念,3.2,三极管的频率参数,3.3,单管共射放大电路的频率响应,3.4,多级放大电路的频率响应,3.1,频率响应的一般概念,由于放大电路中存在电抗性元件，所以电路的放大倍,数为频率的函数，这种关系称为,频率响应或频率特性,3.1.1,幅频特性和相频特性,电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数,即,f,f,A,A,u,u,幅频特性,f,A,u,相频特性,f,典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性,图,3.1.1,u,A,O,f,f,L,f,H,BW,A,u,m,0.707,A,u,m,90o,180o,270o,f,0,3.1.2,下限频

2、率、上限频率和通频带,f,L,f,H,BW,A,u,m,0.707,A,u,m,u,A,O,f,图,3.1.1,f,L,下限频率,f,H,上限频率,BW,通频带,BW,f,H,f,L,3.1.3,频率失真,图,3.1.2,频率失真,a,幅频失真,b,相频失真,3.1.4,波特图,放大电路的,对数频率特性,称为波特图,之间的对应关系,与,表,lg,20,1,3,u,u,A,A,u,A,u,A,lg,20,40,20,6,3,0,3,20,40,100,10,2,1,0.707,0.1,0.01,2,一,RC,高通电路的波特图,_,_,C,R,i,U,O,U,图,3.1.2,RC,高通电路,RC,

3、C,R,R,U,U,A,u,j,1,1,1,j,1,i,O,令,L,L,2,1,2,1,RC,f,f,f,A,u,L,L,j,1,1,j,1,1,1,2,L,1,1,f,f,A,u,模,arctan,L,f,f,相角,2,L,1,1,f,f,A,u,2,L,1,lg,20,lg,20,f,f,A,u,则有,dB,0,20lg,L,u,A,f,f,时,当,L,L,L,lg,20,lg,20,lg,20,f,f,f,f,A,f,f,u,时,当,dB,3,2,lg,20,lg,20,L,u,A,f,f,时,当,对数幅频特性,实际幅频特性曲线,图,3.1.4(a,幅频特性,当,f,f,L,高频,当,f

4、,f,L,低频,1,u,A,1,u,A,高通特性,且频率愈低,的值愈小,低频信号不能通过,u,A,0.1,f,L,f,L,10,f,L,f,dB,lg,20,u,A,0,20,40,3dB,最大误差为,3 dB,发生在,f,f,L,处,20dB,十倍频,对数相频特性,图,3.1.4(b,相频特,性,5.71o,45o,十倍频,f,L,0.1,f,L,10,f,L,45o,90o,0,f,误差,由式,可得,arctan,L,f,f,在低频段，高通电路产生,0 90,的超前,相移,5.71o,45,90,0,L,L,L,时,时,时,f,f,f,f,f,f,二,RC,低通电路的波特图,图,3.1.5

5、,RC,波特图,_,_,C,R,i,U,O,U,RC,C,R,C,A,u,j,1,1,j,1,j,1,令,RC,f,2,1,2,1,H,H,则,H,H,j,1,1,j,1,1,f,f,A,u,2,H,1,1,f,f,A,u,H,arctan,f,f,图,3.1.6,低通电路的波特图,对数,幅频特性,0.1,f,H,f,H,10,f,H,f,dB,lg,20,u,A,0,20,40,3dB,20dB,十倍频,对数相频特性,f,H,10,f,H,45o,5.71o,5.71o,45o,十倍频,90o,0.1,f,H,0,f,在高频段,低通电路产生,0,90,的,滞,后相移,3.2,三极管的频率参数

6、,三极管,f,为,值下降至,时的频率,0,2,1,0,低频共射电流放大系数,f,f,j,1,0,f,f,f,f,arctan,1,2,0,2,0,1,lg,20,lg,20,lg,20,f,f,的波特图,图,1,2,3,对数幅频特性,f,T,f,dB,lg,20,O,f,20lg,0,20dB,十倍频,f,0,对数相频特性,10,f,0.1,f,45o,90o,3.2.1,共射截止频率,f,值下降到,0.707,0,即,时的频率,0,2,1,当,f,f,时,0,0,707,0,2,1,dB,3,lg,20,2,lg,20,lg,20,lg,20,0,0,值下降到中频时的,70,左右。或对数幅频

7、特,性下降了,3 dB,3.2.2,特征频率,f,T,值降为,1,时的频率,1,f,f,T,时,三极管失去放大作用,f,f,T,时，由,式,1,1,2,T,0,f,f,得,f,f,0,T,3.2.3,共基截止频率,f,值下降为低频,0,时,的,0.707,时的频率,f,f,j,1,0,f,与,f,f,T,之间关系,因为,1,f,f,j,1,0,可得,f,f,f,f,f,f,1,j,1,1,j,1,1,j,1,0,0,0,0,0,比较，可知,与,f,f,j,1,0,f,f,1,1,0,0,0,0,说明,f,f,1,1,0,0,0,0,因为,所以,1,f,比,f,高很多，等于,f,的,1,0,倍,

8、2,f,f,T,f,3,低频小功率管,f,值约为几十至几百千赫，高,频小功率管的,f,T,约为几十至几百兆赫,3.3,单管共射放大电路的频率响应,定性分析,C,1,R,b,V,CC,C,2,R,c,R,s,S,U,O,U,i,U,图,3.3.1,单管共射放大电路,中频段,各种电,抗,影,响,忽,略,A,u,与,f,无关,低频段,隔直,电容压降增大,A,u,降低。与电路中电阻,构成,RC,高通电路,高频段,三极管极间电容并联在电路中,A,u,降低,而且，构成,RC,低通电路,3.3.1,混合,型等效电路,一、混合,型等效电路,图,3.3.1,混合,型等效电路,a,三极管结构示意图,c,b,e,b

9、,b,r,e,b,r,b,c,b,r,b,等效电路,b,b,I,e,b,U,c,I,be,U,e,b,r,ce,U,e,b,m,U,g,e,b,C,c,b,C,b,b,r,b,c,e,二、混合,参数与,h,参数的关系,低频时，不考虑极间电容作用，混合,等,效电路和,h,参数等效电路相仿，即,b,b,I,c,I,e,b,r,e,b,m,U,g,b,b,r,b,c,e,b,I,c,I,be,r,b,I,b,c,e,图,3.3.1,混合,参数与,h,参数之间的关,系,通过对比可得,EQ,b,b,be,e,b,b,b,26,1,I,r,r,r,r,EQ,b,b,be,e,b,b,b,26,1,I,r,

10、r,r,r,则,e,b,be,b,b,EQ,b,b,be,e,b,26,1,r,r,r,I,r,r,r,b,e,b,b,m,e,b,m,I,r,I,g,U,g,则,26,26,1,EQ,EQ,e,b,m,I,I,r,g,一般小功率三极管,k,1,m,e,b,b,b,几十毫西门子,几十至几百欧,g,r,r,三、混合,型等效电路中电容,b,b,I,e,b,U,c,I,be,U,e,b,r,ce,U,e,b,m,U,g,e,b,C,c,b,C,b,b,r,b,c,e,图,3.3.2,b,等效电路,可从器件手册中查到；并且,c,b,C,T,m,e,b,2,f,g,C,c,b,e,b,C,C,估算,f,

11、T,要从器件手册中查到,注意,c,b,C,将输入回路与输出,回路直接联系起来，使解电,路的过程变得十分麻烦,可用密勒定理简化电路,b,b,I,e,b,U,c,I,be,U,e,b,r,ce,U,e,b,m,U,g,e,b,C,c,b,C,b,b,r,b,c,e,图,3.3.2,b,等效电路,密勒定理,用两个电容来等效,C,b,c,分别接在,b,e,和,c,e,两,端,图,3.3.4,单向化的混合,型等效,电路,b,b,I,c,I,e,b,r,e,b,m,U,g,b,b,r,b,c,e,be,U,e,b,U,ce,U,C,c,b,1,C,K,K,其中,e,b,ce,U,U,K,电容值分别为,c,

12、b,c,b,1,1,C,K,K,C,K,c,b,e,b,C,K,C,C,1,的并联值,与等效电容,是,c,b,e,b,1,C,K,C,C,3.3.2,阻容耦合单管共射放大电路,的频率响应,图,3.3.5,阻容耦合单管共射放大电路,C,1,R,c,R,b,V,CC,C,2,R,L,s,U,o,U,R,s,i,U,将,C,2,和,R,L,看成下一级的输入耦合电容和输入电阻,一、中频段,C,1,可认为交流短路；极间电容可视为交流断路,1,中频段等效电路,图,3.3.6,中频段等效电路,b,e,b,r,b,b,r,b,c,e,R,b,s,U,R,c,R,s,e,b,m,U,g,e,b,U,o,U,i,

13、U,由图可得,be,b,i,s,be,e,b,i,s,i,e,b,r,R,R,U,r,r,R,R,R,U,式中,s,c,m,be,e,b,i,s,i,c,e,b,m,o,U,R,g,r,r,R,R,R,R,U,g,U,2,中频电压放大倍数,c,m,be,e,b,i,s,i,s,o,sm,R,g,r,r,R,R,R,U,U,A,u,已知,则,e,b,m,r,g,be,c,i,s,i,sm,r,R,R,R,R,A,u,结论,中频电压放大倍数的表达式，与利用简化,h,参数等效电路的分析结果一致,二、低频段,考虑,隔直电容,的作用，其等效电路,图,3.3.7,低频等效电路,b,e,b,r,e,b,m,

14、U,g,b,b,r,b,c,e,R,b,s,U,R,c,R,s,e,b,U,o,U,i,U,C,1,C,1,与,输,入电阻构成一,个,RC,高通电,路,s,be,e,b,1,i,s,i,e,b,j,1,U,r,r,C,R,R,R,U,式中,R,i,R,b,r,be,s,be,e,b,1,i,s,i,e,b,j,1,U,r,r,C,R,R,R,U,输出电压,s,1,i,s,c,m,be,e,b,i,s,i,c,e,b,m,o,j,1,1,1,U,C,R,R,R,g,r,r,R,R,R,R,U,g,U,低频电压放大倍数,1,i,s,sm,s,o,sL,j,1,1,1,C,R,R,A,U,U,A,u

15、,u,低频时间常数为,1,i,s,L,C,R,R,下限,3 dB,频率为,1,i,s,L,L,2,1,2,1,C,R,R,f,则,f,f,A,A,L,u,u,j,1,1,sm,sL,三、高频段,考虑,并联在极间电容,的影响，其等效电路,b,e,b,r,e,b,m,U,g,b,b,r,b,c,e,R,b,s,U,R,c,R,s,e,b,U,o,U,i,U,C,c,b,1,C,K,K,图,3.3.8,高频等效电路,三、高频段,考虑,并联在极间电容,的影响，其等效电路,图,3.3.9,高频等效电路的简化,e,b,m,U,g,c,e,s,U,R,c,o,U,e,b,U,R,C,由于输出回路时间常数远小

16、于输入回路时间常数，故,可忽略输出回路的结电容。并用戴维南定理简化,e,b,m,U,g,c,e,s,U,R,c,o,U,e,b,U,R,C,图中,b,s,b,b,e,b,s,be,e,b,i,s,i,s,R,R,r,r,R,U,r,r,R,R,R,U,c,b,c,m,e,b,c,b,e,b,1,1,C,R,g,C,C,K,C,C,C,与,R,构成,RC,低通电路,s,s,e,b,j,1,1,j,1,j,1,U,C,R,U,C,R,C,U,s,c,m,be,e,b,i,s,i,c,e,b,m,o,j,1,1,U,C,R,R,g,r,r,R,R,R,R,U,g,U,C,R,A,U,U,A,u,u,

17、j,1,1,sm,s,o,sH,高频时间常数,C,R,H,上限,3 dB,频率为,C,R,f,2,1,2,1,H,H,H,sm,sH,1,1,f,f,A,A,u,u,故,四、完整的波特图,j,1,j,1,H,L,sm,s,f,f,f,f,A,A,u,u,绘制波特图步骤,1,根据电路参数计算,f,L,和,f,H,sm,u,A,2,由三段直线构成幅频特性,sm,u,A,中频段,对数幅值,20lg,低频区,f,f,L,开始减小，作斜率为,20 dB,十倍,频直线,高频段,f,f,H,开始增加，作斜率为,20 dB,十倍,频直线,3,由五段直线构成相频特性,图,3.3.10,幅频特性,f,dB,lg,

18、20,u,A,O,f,L,20dB,十倍频,f,H,20dB,十倍频,sm,lg,20,u,A,270o,225o,135o,180o,相频特性,90o,10,f,L,0.1,f,L,0.1,f,H,10,f,H,f,O,五、增益带宽积,中频电压放大倍数与通频带的乘积,C,R,f,R,g,r,r,R,R,R,A,u,2,1,H,c,m,be,e,b,i,s,i,sm,因为,b,s,b,b,e,b,R,R,r,r,R,c,b,c,m,e,b,1,C,R,g,C,C,R,i,R,b,r,be,假设,R,b,R,s,R,b,r,be,1,g,m,R,c,C,b,c,C,b,e,C,R,R,g,r,r,R,R,R,f,A,u,2,1,c,m,be,e,b,i,s,i,H,sm,故,c,b,b,b,s,2,1,C,r,R,c,b,b,b,s,H,sm,2,1,C,r,R,f,A,u,说明,H,sm,f,A,u,式很不严格，但从中可以看出一个大,概的趋势，即选定放大三极管后,r,bb,和,C,b,c,的值即被,确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数,提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数,如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的,放大电路，首要的问题是选用,r,bb