低频电子电路_05章(频率响应20111110).ppt

1、5.1.1频率特性的稳态描述方法,5.2单元放大器频率特性基础,5.1.2基本增益器件的频率特性与电路模型,5.1频率特性描述方法与基本增益器件频率特性,第五章 放大器频率特性基础,5.2.1双极型单元放大电路的频率特性,5.2.2放大器频率特性分析举例,放大器频率特性是指放大电路的输入与输出电量关系表达式受输入信号频率变化的影响特性。 原因在于放大器内部存在电容或电感等动态记忆元器件，即无论放大器内部存在的电容或电感是否线性，都将引起放大倍数表达式随信号频率变化。,低频电子电路,一般而言，放大器中含有电抗元件。在多频率的模拟信号激励下，因频率的不同，放大器增益会随之改变，因此，一般情况下，稳

2、态情况的增益应采用复数表达：,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。,由于信号频率变化引起增益改变，可致使放大器输出波形不能反应输入变化规律的情况，定义为放大器的频率失真。,（1）不同频率信号，对增益的幅频特性的影响,（2）不同频率信号，对增益的相频特性的影响,若对不同频率，增益的模不为常数，则输出会出现失真，即幅度失真。,若对不同频率，增益的时延不为常数，则输出会出现失真，即相位失真。无相位失真的条件为：,注：一般音频放大器应考虑是否存在幅度失真；视频放大器则对幅度失真与相位失真都应考虑。,1）写出电路传递函数表达式 A(j ),频率特性分析一般步

3、骤,3）确定上、下限角频率,2）绘制渐近波特图,基本共发射极放大器的小信号等效通路,从上图可知 （1）串联大电容C1、C2 和 将在频率减小时，使放大电路增益降低， （2）三极管中PN结结电容Cbe、Cbc 将在频率增加时，使放大电路增益降低。,5.1 频率特性描述方法与基本增益器件频率特性,通频带：,对应上限频率fH 、,及下限频率fL 。,增益下降到 时，,fH,fL,图5-1-1 共发射极放大器的频率分析示意图,5.1.1频率特性的稳态描述方法,1、波特图的坐标特点,幅频和相频特性波特图的横坐标均采用对数坐标。这样才可能把各个频段的特性在同一个图上描述出来。注意横坐标没有零。,lg1=0

4、，lg2=0.30，lg3=0.48，lg4=0.60，lg5=0.70 lg6=0.78，lg7=0.85，lg8=0.90，lg9=0.95，lg10=1,（a）相频特性纵坐标 （b）幅频特性纵坐标,幅频特性纵坐标对增益来说是对数坐标，如图（b）所示， 但增益通过dB方式标注，,RC 低通电路频率响应,由图，传递函数表达式 ：,时间常数,幅值：,或,相角：,2、基本传递函数因子的波特图,绘制渐近波特图：,渐近波特图画法：,幅频, H 时，, H时，, = H 时，,相频, 0.1H 时，, 10H 时，, =H 时，,-20dB/十倍频,-45/十倍频,确定上限角频率：,-20dB/十倍频

5、,-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,RC 高通电路频率响应,由图，传递函数表达式 ：,时间常数,幅值：,相角：,下限角频率：,因 =L时，,L,绘制渐近波特图：,20dB/十倍频,-45/十倍频,幅频渐近波特图：,L：0dB水平线； L：斜率为(20dB/十倍 频）的直线。,相频渐近波特图：,10L ：0水平线。,多个一阶因子系统频率响应,利用RC低通电路分析

6、结果，得传递函数表达式 ：,式中,如图所示的三级理想电压放大器，Ri ，Ro 0。试画渐近波特图，并求H 。已知 R1 C1 R2 C2 R3 C3,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

7、线。,已知,确定上、下限角频率：,根据定义，当 =H时：,即,整理并忽略高阶小量得：,将上式推广到多级放大器。则上限截止频率为,若H2 4H1 ，则称H1为主极点， H2 、 H3为非主极点。,上限角频率取决于主极点角频率：,对于下限截止频率也可以推出结论如下：,简单来说，放大器级数越多（其中电容越多），通频带越窄。,高频工作，考虑三极管极间电容影响时， 为频率的复函数。,5.1.2基本增益器件的频率特性与电路模型 三极管频率特性参数,经推导得,其中,当 =T时,指()下降到1时，对应的角频率。,特征角频率T,T,1,根据 T ,T 是三极管具有电流放大作用的最高极限角频率。,及,共基电路截止

8、角频率,T,根据,及,整理得,其中,三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角频率T。通常，T越高，三极管高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。,场效应管的频率特性描述,一般来说，场效应管比晶体管有更高的上限截止频率。单个场效应管的频率特性计算时，常采用如图所示小信号等效电路。,5.2 单元放大器频率特性基础,放大单元的下限截止频率由外接电容决定，上限截止频率由增益管内部结电容决定。 对于直接耦合放大器，因无外接电容，即电路下限截止频率 fL=0，通频带BW0.7 =fH 。,设原四端网络传递函数：,1、密勒定理和单向化近似模型,5.2.1双极型单元放大电路的频率特性,密勒定理等效后：,单

9、向化近似,整理得,则,共发高频等效电路及密勒近似,可以得出：,fH1为由输入回路确定的极点频率，具体计算公式为:,fH1由输出回路确定的极点频率，具体计算公式为:,电路上限截止频率，,(a)低、中频等效电路,共发放大电路的下限截止频率分析,低频响应主要取决于放大电路的外接电容，常用如下工程分析步骤。,先画出图示交流等效电路耦合电容和旁路电容不能忽略，然后分别求解每个电容单独作用时（其它电容此时短路）的下限截止频率fLn ,C1单独作用时 C2单独作用时 CE单独作用时,增益带宽积,若 ， 则有,信号源内阻越小，并且选rbb小、 Cbc小、T高的三极管可使GBW 。,提高共发电路上限频率的方法：,此时，共发电路上限角频率H最高，且接近管子特征角频率T 。,2、共集放大器上限截止频率分析,由于,因此，Cbc可忽略不计。,令 RL =rce/ RE / RL,由简化等效电路：,式中,上限截止频率：,并联在Cbe两端的总电阻,3、共基极放大器的频率特性,(a)中高频交流通路 (b) 中高频小信号等效电路,(c)简化等效电路 (d)分析等效电路,由简化等效电路：,式中,由于Cbc很小，因此当RL较小时: fH2 fH1,fH fH1 f,例题5-2-2图,5.2.2放大器频率特性分析举例,估算每个PN结结电容单独作用时，其它电容作开路处理。,例题5-2-2图,组合电路宽带放大器,共发共基