放大电路的频率响应6

1、1第五章 放大电路的频率响应2第五章 放大电路的频率响应5.1 5.1 频率响应的有关概念频率响应的有关概念5.2 5.2 晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路5.3 5.3 放大电路的频率响应放大电路的频率响应35.1 5.1 频率响应的有关概念一、本章要研究的问题一、本章要研究的问题二、二、高通电路和低通电路高通电路和低通电路三、放大电路中的频率参数三、放大电路中的频率参数4一、研究的问题 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器

2、件极间电容的存在，使放大倍数为频率的体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的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，应满足信号频适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。率的范围要求。5二、高通电路和低通电路。超前，时；，当超前900 0 iooioUUUfUUUi.I.Ui.Uo.I.1. 高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。L Lf f 在低频段，随着信号频率逐渐降低，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，使耦合电容、旁路电容

3、等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。动态信号损失，放大能力下降。下限截止频率下限截止频率61、频率响应表达式、频率响应表达式L LL LL LL LL LL LL Lu uf ff ff ff ff ff ff ff fj jf ff fj jj jj jA Aarctanarctan) )( (+ +1 1= =+ +1 1= =+ +1 1= =2 2. .-90 RCRCj jRCRCj jC Cj jR RR RU UU UA Ai io ou u + +1 1= =1 1+ += = =. . . .RCRCf fRCRCL LL LL L 2 21 1= =2 2= =,

4、,1 1= =1 1= =令令I IR RC Cj jI IR RI IC Cj jU Ui i) )+ +1 1( (= =+ +1 1= = I IR RU UO O= =2 2. .) )( (+ +1 1= =L LL Lu uf ff ff ff fA AL Lf ff farctanarctan= =-90 幅频特性幅频特性相频特性相频特性212Lfj RCjjfRC则则72 2. .) )( (+ +1 1= =L LL Lu uf ff ff ff fA AL Lf ff farctanarctan= =-90 幅频特性幅频特性相频特性相频特性L Lf f0 0; ;1 1.

5、. u uL LA Af ff f时，时，讨论讨论：4545+ += =; ;707707. .0 02 21 1= = =. . u uL LA Af ff f时，时，0 09 9= =; ;0 0 . . . dBdBA AA Af ff fu uu uL L时，时，4545+ += =, ,3 3lglg2020; ;707707. .0 02 21 1= = =. . . dBdBA AA Af ff fu uu uL L时，时，0 09 9+ +; ;= =l lg g2 20 0 . .时，时， u uH HA Af ff f讨论讨论：4545= =; ;707707. .0 02

6、 21 1= = =. .时，时， u uH HA Af ff f0 0= =; ;1 1 . .时，时， f ff fA Af ff fH Hu uH H4545= =, ,3 3lglg2020; ;707707. .0 02 21 1= = =. . .时，时， dBdBA AA Af ff fu uu uH H0 0, ,0 0l lg g2 20 0, ,1 1 故不考虑故不考虑, ,18二、电流放大倍数的频率响应TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgIcec0b UII cece U UC CC CC CK K+= 0 0, ,0 0所以所以，故故的定义式，的定义式，

7、由由 be12 fr C 令1. 1. 适于频率从适于频率从0 0至无穷大的表达式至无穷大的表达式cmb eIg U 1()bb eb eIUjCCr mbem bebebebe 11jj ()g Ug rr CUCCr bebe2 12 fjr Cjjfr C 01jfjf 0m beg r 192. 电流放大倍数的频率特性曲线02011() 1j tgffffff o-90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，时，；时，ffffffffff203. 电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系20120lg20lg20lg 1()tgffff 特征频率特征频率讨论：

8、讨论：1 时，时，20lg0 ，则则2TT01()ffffT0ff由理论分析知由理论分析知011fjf =0(1)ff共基截止频率共基截止频率 的频率响应具有低通特性的频率响应具有低通特性 共射极截止频率共射极截止频率 f 就是就是 频响的上限频率频响的上限频率 特征频率特征频率fT当当 的幅值下降到的幅值下降到0dB时对应的频率时对应的频率 21三、晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征频特征频率率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 低

9、频段和高频段放大倍数的表达式；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；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法； C的求法。的求法。手册查手册查得得22讨论一1. 若干个放大电路的放大倍数分别为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？，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？率是原来的多少倍？102030405060Of

10、10102103104105106lg f23讨论二 电路如图。已知各电阻阻电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电值；静态工作点合适，集电极电流极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 试求解该电路中晶体管高试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。频等效模型中的各个参数。24讨论二ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC255.35.3 放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应二、多级放大电路的频率响应二、多级放大电路的频率响应26一、单管共射放大电路的频率响应

11、适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 短路。短路。C271. 中频电压放大倍数e ebbo oi ie ebbs si is so osmsmU UU UU UU UU UU UU UU UA Au u=)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu带负载时：带负载时：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空载时：空载时：s si is si ii iU UR RR RR RU U+=e eb bo o=

12、U UR Rg gU UL Lm mi ibebee eb bi ie eb bb bb be eb be eb bU Ur rr rU Ur rr rr rU U=+=) )/(/(e eb bb bb bb bi i+=r rr rR RR Rc co oR RR R=282. 低频电压放大倍数: :定性分析定性分析。为为超前超前，时，时，当，当超前超前90900 00 0o oo oo oo oo o U UU UU Uf fU UU U) )( (c cm mbebee ebbi is si ismosmoR Rg gr rr rR RR RR RU UU UA As so ou u=

13、292. 低频电压放大倍数：定量分析：定量分析 j jL Lc cL Lsmosmoo oo os so os so oslslR RC CR RR RA AU UU UU UU UU UU UA Au uu u+= 1 1) )( (c cm mbebee ebbi is si ismosmoR Rg gr rr rR RR RR RU UU UA As so ou u= j jj jL Lc cL LL Lc cL Lo oi ibebee eb bc cm mo oU UR RC CR RR Rr rr rR Rg gU UR RC CR RR RU U+=+= 1 11 1i ii i

14、e eb bU U U U bebee eb be eb bb bb be eb br rr rr rr rr rU U=+= U UR RR RR Ri ii is si is s+=U U r rr ri ibebee eb bc ce eb bc co oU UR Rg gU UR Rg gU Um mm m=其中其中30L Lc cL Lsmosmoslslj jR RC CR RR RA AA Au uu u+= 1 1jfjff fA AA Au uu uL Lsmsmslsl+=1 11 1C CR RR RA AR RR RC CR RR RR RR RR RR Rg gr r

15、r rR RR RR Ru uc cm mbebee eb b) )( (1 11 1) )1 1( (1 1) )( (L Lc csmsmL Lc cL Lc cL Lc cL Li is si ij j1 1j j+=+= ) )( (c cm mbebee ebbi is si ismosmoR Rg gr rr rR RR RR RA Au u=)/( ( L Lc cm mbebee ebbi is si ismsmR RR Rg gr rr rR RR RR RA Au u=C CR RR Rf fL L) )( (2 21 1L Lc c+= 令令jfjff fj jC CR

16、RR RC CR RR Rj jL L=+=+ 2 2) )( (2 21 1) )( (1 1L Lc cL Lc cfL称为下限截止频率称为下限截止频率312. 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析：低频段频率响应分析)arctan90(180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuu135 dB3lg20 sL，下下降降时时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff时，中频段中频段20dB/十倍频十倍频jfjff fA AA Au uu uL Lsmsmslsl+=1 11 132

17、3. 高频电压放大倍数：定性分析：定性分析0U.CIs.U.s。滞滞后后，时时，当当，滞滞后后) )9 90 0( (0 0 s s s s U UU UU Uf fU UU UC CC CC C) )/(/(s sb bb bb be ebbbebee ebbi is si ii ie ebbs si is s s sR RR Rr rr rR Rr rr rR RR RR RU UU UU UU UU UU U+=+=，Au.Uo.RLsURbe C Cb eb esiibbb eberrUUUrrr s si is si ii iU UR RR RR RU U+=i iU Ui iU U

18、33) )/ / / / /( (s sb bb bb be eb b R RR Rr rr rR R+=3. 高频电压放大倍数：定量分析：定量分析osmshHsbebbbsH11 2 2 () 1juuUAAffURCrrRRCf osobeishmLssssibe1j ()1j CuCUUUUrCRAg RUUUURRrRC Au.Uo.RLsURbe C CCU C1/ j 1/ j sCUURC (/ /)omLcb emLCUgRR Ug R U iRiUiissiRUURR b eb esiibbb eberrUUUrrr 343. 高频电压放大倍数：高频段频率响应分析：高频段频率

19、响应分析H2Hmsharctan180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuuf0.10.1fH H-180-180fH H1010fH H100100fH H-225-225-270-2700 0- -4 45 5 / / 十十倍倍频频程程 f0.10.1fH HfH H1010fH H100100fH Hush20lg| dBA（）- -20dB/20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA-225 dB3lg20 shH，下下降降时时，uAff；下降倍，每增大时，dB20lg20 10 shHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时时，smshHlg20lg20 uuAAf

20、f354. 电压放大倍数的波特图 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：365. 带宽增益积：定性分析：定性分析fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCmbwmH uuAfAf mLmHLmuARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。375. 带宽增益积：定量分析：定量分析 )( 21sbbbebHCR

21、RrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，频带变窄！频带变窄！增益下降增益下降6dB，单极放大器，单极放大器产生产生45相移，两级产生相移，两级产生90附加相移。附加相移。39例例5.4.1 在如图所示电路中，已知在如图所示电路中，已知VCC=15V,Rs=1k, Rb=20k , Rc= RL=5k ,C=5F；晶体管的；晶体管的UBEQ=0.7V,rbb=100 ,=100, f =0.5MHz,Cob=5PF。 试估算电路的截止频率试估算电路的截止频率fH和和fL，并画出，并画出Aus的波特图的波特图

22、解：解：(1)求解求解Q点点 VVRIVUmAmAIImAmARURUVIcCQCCCEQBQCQsBEQbBEQCCBQ5 . 7)55 . 115(5 . 1)015. 0100(015. 0)17 . 0207 . 015(2) 求解混合求解混合模型中的参数模型中的参数1733015. 026)1 (BQTEQTebIUIUrRC Rb T - -+ +V+Vcccc R RL L u uo o C- -+ +Rs u uS S u uI I +-图图5.4.1（a）40pFpFCKCCRRgUUKSSUIgpFpFCfrCfrCLcmebceTEQmobebeb898)5144178(

23、)1 0)/(0577. 0265 . 1178)51051733210(2121.512(3) 求解中频电压放大倍数求解中频电压放大倍数85)144(83. 173. 168. 1168. 1)(68. 183. 12083. 120/83. 1)1733100(.LmbeebisisousmbebiebbbbeRgrrRRRUUAkkrRRkrrr41(4) 求解求解fH和和fL HzHzCRRfkHzHzHzCRrrCRRrrfLcLsbbebbsbbebH2 . 3105105105(21)(2126326300010898)1000100(1733)1000100(173321)/(21)/(2163312）(5) 画画Aus的波特图的波特图.)102631)(2 . 31 ()2 . 3(85)1)(1 (3.fjfjfjffjffjffjAAHLLusmus波特图见下页波特图见下页42110102 103 104 0204020lg Aus (dB)-135-90f(Hz)f(Hz)-20dB/十倍频十倍频105 106 -180-225-27020dB/十倍频十倍频fL fH 图图5.4.6 例例5.4.1图图2631033.2432.