频率特性学习课件

3.7放大电路的频率响应[问题提出]

在实际应用中，电子电路所处理的信号，如语音信号、电视信号等都不是简单的单一频率信号，它们都是由幅度及相位都有固定比例关系的多频率分量组合而成的复杂信号，即具有一定的频谱。如音频信号的频率范围从20Hz到20KHz,而视频信号从直流到几十兆赫。

对一个放大器，当Vi一定时，f变化，

Vo变化，即AV=Vo/Vi

变化，换句话说：AV与f有关。

为什么AV与f有关呢？频率响应——由于放大电路的电抗随信号的频率变化而变化,因此,放大电路对不同频率的信号具有不同的放大能力,其增益的大小和相移均会随频率而变化,即增益是信号频率的函数。AV=|AV(f)|(f).(f)

为相频响应

其中：

|AV(f)|

为幅频响应又称频率特性在放大电路中，由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不可忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。与耦合电容相反,由于半导体管极间电容的存在，对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。放大电路的频率特性简介幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真幅频失真和相频失真都是线性失真

通频带就是用来描述电路对不同频率信号适应能力的动态参数，任何一个具体的放大电路都有一个确定的通频带。因此，在设计电路时，必须先了解信号的频率范围，以便使所设计的电路具有适应于该信号频率范围的通频带。4.7.1单时间常数的RC电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应R1C1++--..ViVoAVH=1111111/1/1)()(CjwRjwCRjwCjwVjwVio+=+=令：R1C1fp21H=ω：输入信号角频率RC：回路时间常数τ.)/(11Hio

VHffjVVA+==..

则电压增益：4.7.1单时间常数的RC电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应R1C1++--..ViVo相频响应：.)/(11Hio

VHffjVVA+==..

则电压增益：H=－arctan(f/fH)1＋(f/fH

)21AVH=幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40最大误差-3dB0分贝水平线斜率为-20dB/十倍频程的直线-20dB/十倍频程幅频响应：时，当

Hff<<1时，当

Hff>>20lg201.010-=»=VHVHHAAffdBAAffVHVHH40lg2001.0100-===dBAAffVHVHH3lg20707.0-===1＋(f/fH

)21AVH=相频响应：

可见：当频率较低时，AVH≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高，AVH下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。其中fH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。

这种对数频率特性曲线称为波特图时，当

Hff<<°®0j时，当

Hff>>°-®90j时，当

Hff=－45°®j时，当

100.1

HHfff<<°十倍频程的直线斜率为/45

-f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程20lgAVH(dB)f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°H=－arctan(f

/fH)2.RC高通电路的频率响应R2C2++--..ViVoAVL=)()(jwVjwVio22221jwR2C2/1R2CjwRjwCR+=+=令：R2C2fp21L=相频响应：幅频响应：V.)/(11io

VHffLjVA-==..

则电压增益：1＋(fL/f

)21AVL=L=arctan(fL/f)f0.01fL00.1fL

fL10fL-20-4020lgAVL(dB)最大误差

-3dB斜率为

-20dB/十倍频程

的直线幅频响应：20dB/十倍频1＋(fL/f

)21AVL=时，当

Lff>>1＋(fL/f

)21AVL=1时，当

Lff<<1＋(fL/f

)21AVL=f/fL20lgAVL=20lg10dB20lgAVL=20lg(f/fL)f=0.1fLAVL0.120lgAVL=-20dBf=0.01fLAVL0.0120lgAVL=-40dBf=fL

AVL0.70720lgAVL=-3dBf0.01fL00.1fL

fL10fL-20-4020dB/十倍频20lgAVH(dB)相频响应f0.01fL0°0.1fL

fL10fL90°45°L=arctan(fL/f)时，当

Lff<<°®0j时，当

Lff>>°®90j时，当

Lff=°®45j时，当

100.1

LLfff<<°十倍频程的直线斜率为/45

可见：当频率较高时，AVH≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低，AVH下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。其中fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。

结论电路的截止频率决定于电路容所在回路的时间常数τ：当信号频率等于下限频率或上限频率时，放大电路的增益下降3dB，且产生45o或－45o相移。在近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。（1）模型的引出4.7.2BJT的高频小信号模型及频率参数1.BJT的高频小信号建模rbb'---基区的体电阻，b'是假想的基区内的一个点。rb‘e---

发射结的小信号电阻。

---发射结电容Cb¢e---集电结电阻rb¢c---集电结电容Cb¢c模型中用代替，这是因为β本身就与频率有关，而gm(互导)与频率无关。.eb'mVg.bIb定义：rb’c很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。简化的混合等效电路+++c+I+-Ib'cCb'erVb'­mbgeb'e+b'br­cCb'ebVce.Vbe.b'eV....混合型高频小信号模型低频时，忽略电容，混合模型与H参数模型等效所以(2)模型中参数获得由输入回路：Icbebe

r

c-ceV+bI+-beV

Ib.....Icbec-ceV+bI+-beV.+-beV....ebbbbe¢¢+=rrrEebTV0)1(Irb+=’ebbebbrrr''-=而由输出回路：从手册中查出所以Icbebe

r

c-ceV+bI+-beV

Ib.....Icbec-ceV+bI+-beV.+-beV....=rebbeb¢¢IV...bebmIVgb0=¢.TEQVI»ETebmIVrg+==)1(000'bbb将c、e短路(3)BJT的频率参数b0bcce==VII..根据β定义：e'

bm.»Vgc

be

b'e

b'mc..-=CjVVgIw.(通常gm>>wCb‘c))1//1//(C'

be'

be

b'be

b'CjCjrIVww.=.得：rgwbCCrj++»)(1cb'eb'eb'eb'm.bbffj+=10其中：)(21cb'eb'eb'CCrf+=pb+c+I-Ib'cCb'erVb'mbgeb'e+b'br­cCb'ebVbe.b'eV....fβ00-20dB/十倍频程当β=1时对应的频率

当20lgβ下降3dB时对应的频率fβfT当fT>>f时,

可得：

fT

≈β0

ffβ——共发射极截止频率fT——特征频率做出的幅频特性曲线：bbffj+=10.1＋(f/f

)20=.将0=gmrbˊe代入共基极截止频率fα：共基极截止频率分析放大电路的频率响应时，一般将输入信号的频率范围分为中频、低频和高频三个频段。①中频段：极间电路容因容抗很大可视为开路，耦合电容和旁路电容因容抗小可视为短路，故不考虑它们的影响；②低频段：主要考虑耦合电容和旁路电容，极间电容可视为开路；③高频段：主要考虑极间电容，耦合电容和旁路电容视为短路。4.7.3

单级共射极放大电路的高频响应1.中频电压放大倍数

在高频段，耦合电容Cb1、Cb2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。++R’L+I+-Ib'cCb'erVb'­mbgeb'e+b'br­cCb'ebVo.Vs.b'eV....RcRs高频小信号等效电路+Vi.­Rb.ICb’c++R’L+I+-Ib'cCb'erVb'­mbgeb'e+b'br­cCb'ebVo.Vs.b'eV....RcRs+Vi.­Rb.ICb’c(1)求密勒电容（集电结电容单向化）C点列KCL方程b’e间的等效导纳等效电容密勒电容++c+I+-Ib'erVb'­mbge+b'br­cCb'ebVo.Vs.b'eV....RcRs密勒近似电路其中：(2)高频响应与上限频率.++c++-IVb'­mge+­cCb'eVo.Vs.b'eV..R’LR'简化电路该电路有一个RC低通环节。对数幅频特性对数相频特性上限频率:(3)增益带宽积

晶体管选定后rb’b,CM就确定，因此放大倍数与带宽积就确定了。要改善放大电路的高频性能，应选rb’b、C’b’e

C’b’c小的管子。影响共射放大电路上限频率的主要元件及参数是fH的提高与电压增益的增加是互相矛盾的三、单级放大电路的低频响应1.低频等效电路的简化

在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。Rb1TRe+VccRLv+-o-+v