电子技术基础 刘继承第4章.ppt

1、第4章 放大电路的频率响应,第1节 放大电路频率响应的基本概念 第2节 放大电路的低频响应 第3节 放大电路的高频响应 第4节 多极放大电路的频率响应,电子电路中，所传信号往往不是单一频率，通常是在一定频带内变化的。第3章所述放大电路模型是理想模型，忽略了分布参数影响。 实际上放大电路频带宽度是有限的，它受电路中电抗元器件参数以及晶体管内部极间电容及接线引起的分布电容等影响。 因此放大电路系统响应与信号频率有关。 电子电路的频率响应指电路放大性能（幅度或相位）随频率连续变化的规律。,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,4.1 放大电路频率响应的基本概念,开 始,作 ？业,4.1.1

2、 频率响应及带宽,主菜单,回 退,前 进,最 后,返 回,作 ？业,退 出,开 始,电子电路频率响包含两方面内容： 一是电压增益Au与信号角频率之间的关系，称为幅频特性；即, 二是输出信号uo与输入信号ui的相位差与输入信号角频率之间的关系，称为相频特性；即,放大电路的频率特性如图4.1.1所示，图中(a)为幅频特性，(b)为相频特性。,4.1.1频率响应及带宽,退 出,作 ？业,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,幅频特性中横轴频率 f为对数坐标， 单位为赫兹（HZ)；纵轴电压增益20lg|Au|， 单位为分贝（dB)。这种坐标图称电路的波特图。,幅频特性中间一段平坦，此频域称中

3、频段。其左边为低频段，右边为高频段。频段划分的交接频率点称为截止频率，又称-3dB频率。图中fL称下限截止频率，fH称上限截止频率。,4.1.1频率响应及带宽,退 出,作 ？业,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,频带宽度BW定义为： BW = fH fL,中频段,低频段,高频段,下限频率,上限频率,4.1.1频率响应及带宽,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,观看虚拟实验,4.1.1频率响应及带宽,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,解：设置交流分析，仿真得到如下图所示幅频响应和相频响应的波特图。 由此得到fL167.5

4、92Hz, fH=4.55811MHz,4.1.2 RC低通滤波电路,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,退 出,在分析晶体管放大电路频率响应之前，让我们先来复习一下RC电路的频率特性。 RC低通滤波电路如图4.1.2。,作 ？业,由图可得,由此可得电压传递函数,4.1.2 RC低通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,由 得：,幅频特性,相频特性,设 为RC 低通滤波器的上限角频率。,4.1.2 RC低通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,由此幅频特性可表示为,相频特性可表示为,当=0时， ，,当=H时

5、， ，,当=时， ，,4.1.2 RC低通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,RC低通滤波器的波特图如图4.1.3所示。,结论:由于输入信号的角频率不同,电容C的容抗则不同，输出信号的幅值和相位差也会发生改变。,4.1.2 RC低通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,下面让我们看一个非正弦信号频率失真的例子。,频率失真,4.1.3 RC高通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,RC 高通滤波器如图4.1.4所示，与低通滤波器不同的是输出电压从电阻R两端取出。,电压传递函数为,式

6、中:L=1/RC 为电路的下限角频率。,4.1.3 RC高通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,与RC低通滤波器分析方法相同可得：,幅频特性,相频特性,4.1.3 RC高通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,RC 高通滤波器波特图，如图4.1.3所示。,图(a)：RC 高通滤波器幅频特性； 图(b)：RC 高通滤波器相频特性。,4.1.3 RC高通滤波电路,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,结论:在RC 高通滤波器中，由于输入信号角频率不同，在电阻R 两端得到输出信号的幅值和相位差也

7、不同。由图 4.1.3波特图可见，RC 高通滤波器，可以使频率较高(大于L) 的输入信号通过，而抑制频率较低(小于L) 输入信号的作用。故称为高通滤波电路。,4.2 放大电路的低频响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,图4.2.1所示共射极基本放大电路，其全频段微变等效电路如图4.2.2（忽略Cbc）。,耦合电容,发射结电容,图中：C1容量一般约为几十微法， Cbe容量一般约为几皮法。相差107个数量级。,4.2 放大电路的低频响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,可以采用分段分析的方法进行讨论。,低频段 Cbe 容抗很大，可

8、以认为开路；可得放大电路低频等效电路如图4.2.4所示。,下限角频率,低频电压放大倍数AuL为,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,事实上在低频段，被放大的信号uS相当于先通过一高通滤波电路，再经放大电路输出。,4.2 放大电路的低频响应,低频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,4.2 放大电路的低频响应,低频段幅频特性相当于高通滤波器特性曲线向上平移 Aum，即输出电压被放大 Aum倍。,相频特性考虑到共射放大电路输出反相相移-180，于是低频段的总相移是在 -180相移的基础上再减0-90，即在-180的基础上超前0-

9、90。,4.3 放大电路的高频响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,在高频段电容C1容抗非常小，可以看作短路，高频等效电路如左图所示。,应用戴维南定理左图可等效为右图（混合模型） ，其中gmUbe=ib考虑到RbRs 且Rbrbe ,有,4.3 放大电路的高频响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,4.3 放大电路的高频响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,在高频等效电路中，放大电路的输入电压Ube 为,放大电路输出电压Uo为,4.3.1 放大电路高频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始

10、,回 退,前 进,最 后,返 回,高频电压放大倍数AuH为,式中：gmRC为中频电压放大倍数Aum。,4.3.1 放大电路高频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,事实上在高频段，被放大的信号uS相当于先通过一低通滤波电路，再经放大电路输出。,高频段频率特性,上限角频率,4.3.1 放大电路高频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,相频特性考虑到共射放大电路输出反相相移-180，于是高频段的总相移是在 -180相移的基础上再加0-90，即在-180的基础上滞后0-90。,高频段幅频特性相当于低通滤波器特性曲线向上平

11、移 Ausm，即输出电压被放大 Ausm倍。,4.3.2放大电路中频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,如图4.2.2所示，在中频段耦合电容C1的容抗比放大电路输入阻抗小得多，可以认为交流短路；而晶体管结电容容抗又比与之并联的结电阻大得多，可视为交流开路。总之，在中频段可将各种容抗的影响忽略不计，则阻容耦合共射放大电路中频等效电路，如3.1节中共射极基本放大电路的微变等效电路。,4.3.3单管共射放大电路的全频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,前面分别讨论了电压放大倍数在中频段、低频段和高频段的情况，把他们综

12、合起来，就组成共射放大电路全部频率范围内放大倍数表达式,（4.3.5）,4.3.3单管共射放大电路的全频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,综上所述，放大电路的工作过程如图4.3.6所示。,低频段，放大倍数受高通影响而衰减；高频段，放大倍数受低通影响而衰减。,4.3.3单管共射放大电路的全频段频率特性,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,例题 波特图的绘制,全频域波特图，如右图4.3.7所示。,4.3.4 增益带宽积,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,所谓增益带宽积是指中频电压放大倍数与带宽的乘积，表示为：,通常以此乘积来表示放大电路综合性能的优劣。,4.4 多极放大电路的频率响应,作 ？业,退 出,主菜单,开 始,回 退,前 进,最 后,返 回,我们已经知道多级放大电路总的电压放大倍数是各级电压放大倍数的乘积，