5章放大电路的频率响应.ppt

1、5.1频率响应的基本概念和波特图,第5章,放大电路的频率响应,5.4多级放大器的频率响应,小结,5.3放大电路的频率响应,5.2高频小信号混合等效电路,5.1.1放大电路频率响应的基本概念,-,一.频率响应,Au(f)幅频特性,(f)相频特性,二.三个频段的划分,1).中频区(段),特点:Au与f无关,与f无关,原因:不考虑电路中电容的影响,特点:Au与f有关(f下降Au也下降,与频率有关),原因:由于C1和C2的存在,在频率比较低时，耦合电容和旁路电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降，所以Au下降,2).低频区(段),3).高频区(段),特点:Aus与f有关(f增大Au下降,与f有关),

2、原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起,fL下限截止频率,fH上限截止频率,三.频带宽度(带宽)BW,BW=fH-fLfH,一、RC低通电路的频率特性,1.频率特性的描述,令1/RC=H,则fH=1/2RC,5.1.2RC低通和高通电路的频率特性,滞后,幅频特性,相频特性,2.频率特性的波特图,波特图,3dB,20dB/十倍频,45/十倍频,二、RC高通电路的频率特性,令1/RC=L,则fL=1/2RC,超前,波特图,结论：,(1)画RC电路波特图的关键是求对数频率特性的转折频率，即fL或fH，而它们的大小又取决于电路的时间常数。,(2)画复杂电路或系统的波特图，关键在于能画出一些

3、基本因子的波特图，如K，jf/fp，1/(1+jf/fp)等。,例1,求已知一阶低通电路的上限截止频率。,0.01F,1k,1k,1/1k,0.01F,例2,画出下列频率响应函数的波特图。,戴维宁定理等效,(3).时间常数的估算,1）单个电容多个电阻,2）单个电阻多个电容,3）多个电阻多个电容,5.2晶体管的高频物理模型-混合等效电路,一.混合等效电路的引出,由晶体管的结构引出物理模型,基极B,集电极C,发射结,集电结,基区,集电区,发射极E,发射区,rbb-基区电阻几欧几百欧,rbe-发射极电阻与工作点Q有关,rbc-集电极电阻一般在几兆以上,可以看作无穷大,rc和re可以忽略不计,Cbc-

4、集电结电容可以用C来表示,Cbc-发射结电容可以用C来表示,rce-输出电阻一般在几百K以上,可以看作,gmUbe-发射结电压控制集电结电流,gm-跨导,be,二.混合等效电路的简化,三.混合参数和H参数的关系,四.的频率响应,(1)频率响应表达式,=0.7070,f共发射极截止频率,fT特征频率,=1,可求得：,将和的表达式代入上式整理即可得到,(2)特征频率fT及其与f、的关系,混合等效电路及其参数,5.3放大电路的频率响应,一、研究方法,分频段研究法,1.中频区的频率响应ffHffL,(1).微变等效电路,C1看作短路C看作开路,(2).写出Ausm的表达式,二、频率响应,(3).写出表

5、达式的模和相位,2.低频区的频率响应ffL,(1).微变等效电路C看作开路,(2).写出Ausm的表达式,(3).写出表达式的模和相位,3.高频区的频率响应ffH,(1).微变等效电路,C1看作短路,(2).写出Ausm的表达式,(3).写出表达式的模和相位,将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整的频率特性（波特）图。,共射电路完整波特图,实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即,4.完整的单管共射电路频率响应,5.几点说明,(1)按照规律画波特图,1)计算Ausm,2)计算,3)计算,4）由规律画出,2）如果同时考

6、虑耦合电容和，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率,如果二者之间的比值在45倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。否则，应该可以用下节介绍的方法处理。,3）晶体管的射极上接有射极电阻和旁路电容，而且的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，它往往是决定低频响应的主要因素。,4)共基和共集放大电路的高频响应,共基放大电路的上限截止频率很大，适用于高频和宽带放大电路。,共基放大电路的上限截止频率也很大，高频响应特性也很好。,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,例3已知某电路的波特图如下所示，

7、试写出的表达式。,例4求如图所示电路的上限截止频率、下限截止频率。,C2、Ce短路，开路，求出,C1、Ce短路，开路，求出,C1、C2短路，开路，求出,C1、C2、Ce短路，求出,三、放大电路频率的改善和增益带宽积,1.对放大电路频率响应的要求,三、放大电路频率的改善和增益带宽积,1.对放大电路频率响应的要求,只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”,频率响应的要求是：放大电路的要低于输入信号中的最低频率分量；要高于输入信号中的最高频率分量。,2.对放大电路频率响应的改

8、善,（1）.减小改善低频响应方法：加大C1、C2和Ce或采用直接耦合,（2）.增大改善高频响应方法：减小C、C或采用高频管,（3）.引入负反馈,3.放大电路的增益带宽积,当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果通频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数。为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高，则应选和都很小的高频管。,一、小信号频率参数,1.开环带宽BW,BW=fH,四、集成运算放大器高频参数,增益带宽积,=AudfH,fH为开环增益下降3dB时的频率,通用型集成运放带宽较窄(几赫兹),2.单位增益带宽BWG,BWG=fT,运放闭环工作时，,fT为开环增益下降至0dB(

9、即Aud=1)时的频率,增益带宽积,=1fT,=fT,=BWG,=AudfH,BWG=AudBW,BWG=AufBWf,如741型运放:Aud=104，BW=7Hz，Auf=10，,则BWf=7kHz。,二、大信号频率参数,1.转换速率SR,输入,输出,A741为0.5V/s,高速型SR10V/s,否则将引起输出波形失真,例如：,则：,须使：,SR2fUom,A741,Uom=10V,最高不失真频率为8kHz。,2.全功率带宽BWP,输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率,5.4多级放大器的频率响应,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影

10、响）的幅频特性均如图所示。,6dB,3dB,fL,fH,fLfL1，fHfH1，频带变窄！,5.4.1多级放大器的上限频率fH设单级放大器的增益表达式为,式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。令,5.4.2多级放大器的下限频率fL设单级放大器的低频增益为,解得多级放大器的下限角频率近似式为,例5：某多级放大电路的幅频特性曲线如图所示，试分别求出其下限、上限截止频率和，并写出电压放大倍数的表达式。,例6已知两级共射放大电路的电压放大倍数,求：（1）中频段的电压放大倍数，下限、上限截止频率和；（2）画出波特图。,第5章,小结,一、频率响应的概念,放大电路对不同频率成分的放大倍数和相位移不同，放大倍数与频率的关系称为幅频特性，相位与频率的关系称为相频特性。,二、简单RC电路的频率特性,RC低通电路,RC高通电路,RC低通电路的波特图,高通RC电路的波特图,三、晶体管的混合等效电路,四、放大电路频率特性的分析方法,按