模电课件 第五章 放大电路的频率响应.ppt

1、模电课件,2020/8/27,第五章 放大电路的频率响应5.1 频率响应概述,一、研究放大电路频率响应的必要性,放大器的放大倍数Au是信号频率f的函数称为频率响应。,模电课件,2020/8/27,幅频特性：输入信号幅度固定，输出信号幅度随频率变化的规律。,相频特性：描绘输出信号与输入信号之间相位差 随频率变化的规律。,频率响应（频率特性）,产生频率响应的原因： 1、放大电路中存在电抗性元件。如：耦合电容、旁路电容、分布电容等。,2、三极管的是频率的函数（）。 在中频范围， 恒定。在宽的频率范围，是变化的。,模电课件,2020/8/27,二、频率响应的基本概念,1、低通电路,当f=fH时， ，f

2、H为上限频率。,模电课件,2020/8/27,模电课件,2020/8/27,2、高通电路,（fL为下限频率）,模电课件,2020/8/27,3、波特图,在画频率特性曲线时采用对数坐标，称为波特图。波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度lgf，幅频特性纵轴采用 表示，单位是分贝（dB）；相频特性纵轴仍用 表示。 高通电路的对数幅频特性为：,当f fL时， 当f =fL时， 当f fL时， ，表明f 每下降10倍，增 益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（20dB/十倍频）的直线。,模电课件,2020/8/27,在电路近似分析时，常将波特图的曲线折线化

3、，称为近似的波特图。在对数幅频特性中，以截止频率fL为拐点，由两段直线近似曲线；在相频特性中，用三段直线近似曲线，以10fL和0.1fL为两个拐点。,高通电路的波特图,当f fL时， 当f =fL时， 当f fL时， ，表明f 每下降10倍，增 益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（20dB/十倍频）的直线。,模电课件,2020/8/27,当f fH时， ，表明f 每上升10倍， 增益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为 （-20dB/十倍频）的直线。,低通电路的波特图,模电课件,2020/8/27,结论,（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数； （2）

4、当信号频率等于下限频率fL或上限频率fH时，放大电路 的增益下降3dB，且产生+45或-45相移； （3）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。,低通,高通,模电课件,2020/8/27,备注：一个电容，产生一个拐点，20dB/十倍频的斜率。,模电课件,2020/8/27,一、晶体管的混合模型 1、完整的混合模型,rc和re分别是集电区和发射区的体电阻，数值比较小，常忽略 不计。C为集电结电容，C为发射结电容。 为集电结电阻， 为基区体电阻， 为发射结电阻，,根据半导体物理的分析， 与 成线性关系，与频率无关。gm为跨导，是一个常数，表明 对 的控制关系，,5.2 晶体

5、管的高频等效模型,模型,晶体管结构示意图,模电课件,2020/8/27,模型,2、简化的混合模型,通常情况下， rce远大于c-e间接的负载电阻， 也远大于C的容抗，因而可认为rce和 开路。,模电课件,2020/8/27,密勒定理：,模电课件,2020/8/27,2、简化的混合模型,将C单向化：,模电课件,2020/8/27,的容抗 远大于集电极的总负载电 阻， 的电流可忽略不计。,简化的混合模型：,模电课件,2020/8/27,3、混合模型的主要参数,二、晶体管电流放大倍数的频率响应,从半导体器件手册中可以查得参数Cob，与C近似，计算时可用Cob代替C 。 C的数值可通过手册给出的特征频

6、率fT和放大电路的静态工作点求解。 是电路的电压放大倍数。,模电课件,2020/8/27,1、电流放大系数的幅频特性和相频特性,电流放大系数的定义：,在c-e间无动态电压，即c-e间短路。,的频率响应与低通电路相似，f为 的截止频率，称为共射 截止频率。,模电课件,2020/8/27,2、 的波特图,fT-特征频率(P35),模电课件,2020/8/27,计算放大电路的静态电流 ，,模电课件,2020/8/27,3、共基截止频率f,可以根据前面推导的公式（5.2.1）（5.2.2）来求C的值。,模电课件,2020/8/27,5.3 场效应管的高频等效模型,rgs和rds阻值很大，可认为开路。,

7、模电课件,2020/8/27,5.4 单管放大电路的频率响应,一、单管共射放大电路的频率响应,信号传输途径：,在高频段：C可以忽略， 在低频段： 可以忽略，,在中频段： ，两个电容都可以忽略。,极间电容，小,5.4.1 单管共射放大电路的频率响应,模电课件,2020/8/27,1、中频电压放大倍数,模电课件,2020/8/27,2、低频电压放大倍数,0,模电课件,2020/8/27,3、高频电压放大倍数,模电课件,2020/8/27,模电课件,2020/8/27,4、完整的频率响应（单管共射）,上限截止频率和下限截止频率均可以表示为 ，分别是 极间电容 和耦合电容C所在回路的时间常数，其值为从

8、电容 两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。,模电课件,2020/8/27,二、单管共源放大电路的频率响应（自学）,三、放大电路频率响应的改善和增益带宽积,改善放大电路的低频特性，就需降低下限截止频率，一般在信号频率很低的使用场合，考虑采用直接耦合，使fL=0；改善放大电路的高频特性，就需提高上限截止频率。 fH的提高与 的增大是相互矛盾的，综合考虑两个指标，引入：,增益带宽积：,当管子选定后， 和 就确定下来，增益带宽积也确定下来。,增益,带宽,模电课件,2020/8/27,模电课件,2020/8/27,5.5 多级放大电路的频率响应,一、多级放大电路频率特性的定性分析,n级放大电路的放大

9、倍数：,对数幅频特性和相频特性表达式为：,例 两级放大电路：,单级的幅频特性为：,模电课件,2020/8/27,设两级放大电路的两个单级具有相同的频率特性，两级的幅频特性为：,说明增益下降了6dB。,同样，当f=fH1时，增益下降了6dB。,模电课件,2020/8/27,二、截止频率的估算1、下限截止频率,两级放大电路的通频带比组成 它的单级放大电路要窄。 对于一个n级放大电路：,模电课件,2020/8/27,当f=fL时，,由于fLk/fL小于1，可将高次项忽略：,加上修正系数：,2、上限截止频率,模电课件,2020/8/27,当f=fH时，,加上修正系数：,在多级放大电路中，若某级的下限频

10、率远高于其他各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率；若某级的上限频率远低于其他各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。各级截止频率差不多时用上面推导的公式求整个电路的截止频率。,由于fH/fHk小于1，可将高次项忽略：,模电课件,2020/8/27,例题1：,求出图示电路中C1C2Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式。,解：在考虑某一电容对频率响应的影响时，应将其他电容作理想 化处理。 1、C1对低频特性的影响,模电课件,2020/8/27,2、C2对低频特性的影响,3、Ce对低频特性的影响,4、 对高频特性的影响,模电课件,2020/8/27,例题2：,已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。试求解下限、上限频率fL和fH，以及电压放大倍数 。,解：（1）频率特性曲线的低频段只有一个拐点，且低频段的曲线斜率为20dB/十倍频，说明影响低频特性的只有一个电容，电路的下限频率为10Hz,（2）频率特性曲线的高频段只有一个拐点，说明电路每一级的上限频率为2105Hz，且高频段曲线斜率为-60dB/十倍频，说明影响高频特性的有三个电容，即电路为三级电路。,（3）电压放大倍数,例题2：,模电课件