模拟电子技术基础简明教程课件：第三章放大电路的频率响应

1、第三章 放大电路的频率响应,3.1频率响应的一般概念,3.2三极管的频率参数,3.3单管共射放大电路的频率响应,3.4多级放大电路的频率响应,3.1频率响应的一般概念,由于放大电路中存在电抗性元件，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。,3.1.1幅频特性和相频特性,电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。,即,典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性,3.1.2下限频率、上限频率和通频带,fL ：下限频率；,fH ：上限频率,BW ：通频带,BW = fH - fL,3.1.3频率失真,图3.1.2 频率失真,(a)幅频失真,(b)相频失真,3.1.4波特图,放大

2、电路的对数频率特性称为波特图。,波特图中横轴为频率f，幅频纵轴为 ，相频纵轴为相角j。,一、RC 高通电路的波特图,令：,则有：,对数幅频特性：,实际幅频特性曲线：,图3.1.4 幅频特性,当 f fL(高频)， 当 f fL (低频)，,高通特性：,且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。,最大误差为 3 dB，发生在 f = fL处,20dB/十倍频,对数相频特性,图 相频特性,误差,在低频段，高通电路产生 0 90 的超前相移。,二、 RC 低通电路的波特图,令 ：,则：,图3.1.6 低通电路的波特图,对数幅频特性：,对数相频特性：,在高频段，低通电路产生0 90的滞后相移。,3.2三

3、极管的频率参数,三极管 ,f ：为 值下降至 时的频率， 相当于低通电路的上限频率。,0 ：低频共射电流放大系数；,三极管极间电容(低通电路),对数幅频特性,fT,20lg 0,对数相频特性,0.1f,3.2.1共射截止频率 f ,值下降到 0.707 0 (即 )时的频率。,当 f = f 时，,值下降到中频时的 70% 左右。或对数幅频特性下降了 3 dB。,3.2.2特征频率 f T,值降为 1 时的频率。,f fT 时，三极管失去放大作用；,f = fT 时，由式,得：,3.2.3共基截止频率 f,值下降为低频 0 时 的 0.707 时的频率。,f 与 f 、 fT 之间关系：,说明

4、：,所以：,1. f 比 f 高很多，等于 f 的 (1 + 0) 倍；,2. f fT f,3. 低频小功率管 f 值约为几十至几百千赫，高频小功率管的 fT 约为几十至几百兆赫。,3.3单管共射放大电路的频率响应,定性分析：,中频段：各种电抗影响忽略，Au 与 f 无关；,低频段： 隔直电容压降增大， Au 降低。与电路中电阻构成 RC 高通电路；,高频段：三极管极间电容并联在电路中， Au 降低。而且，构成 RC 低通电路。,3.3.1混合 型等效电路,一、混合 型等效电路,图3.3.2 混合 型等效电路,(a)三极管结构示意图,(b)等效电路,二、混合 参数与 h 参数的关系,低频时，

5、不考虑极间电容作用，混合 等效电路和 h 参数等效电路相仿，即：,图3.3.3 混合 参数与 h 参数之间的关系,通过对比可得,则,则,一般小功率三极管,三、混合 型等效电路中电容,：可从器件手册中查到；并且,(估算，fT 要从器件手册中查到),注意：,将输入回路与输出,回路直接联系起来，使解电路的过程变得十分麻烦。, 可用密勒定理简化电路！,密勒定理：,用两个电容来等效 Cbc 。分别接在 b、e 和 c、e 两端。,图3.3.5 单向化的混合 型等效电路,其中：,电容值分别为：,3.3.2阻容耦合单管共射放大电路 的频率响应,图3.3.6 阻容耦合单管共射放大电路,将 C2 和 RL 看成

6、下一级的输入耦合电容和输入电阻。,一、中频段,C1 可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。,1. 中频段等效电路,图3.3.7 中频段等效电路,由图可得,2. 中频电压放大倍数,已知 ，则,结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化 h 参数等效电路的分析结果一致。,二、低频段,考虑隔直电容的作用，其等效电路：,图3.3.8 低频等效电路,C1 与输入电阻构成一个 RC 高通电路,式中 Ri = Rb / rbe,输出电压,低频电压放大倍数,低频时间常数为：,下限(-3 dB)频率为：,则,三、高频段,考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：,图3.3.9 高频等效电路,三、高频段,考虑并联在

7、极间电容的影响，其等效电路：,图 3.3.9高频等效电路的简化,由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。并用戴维南定理简化。,图中, C 与 R 构成 RC 低通电路。,高频时间常数：,上限(-3 dB)频率为：,故,四、完整的波特图,绘制波特图步骤：,1. 根据电路参数计算 、fL 和 fH ；,2. 由三段直线构成幅频特性。,中频段：对数幅值 = 20lg,低频区： f = fL开始减小，作斜率为 20 dB/十倍频直线；,高频段：f = fH 开始增加，作斜率为 20 dB/十倍频直线。,3. 由五段直线构成相频特性。,图 3.3.10,幅频特性,相频特性,

8、【例3.3.1】,UBEQ=0.6V =50 Cbc=4 pF fT=150 MHz Rs=2k Rc=2k Rb=220k RL=10k C1=0.1F VCC = 5V,解：估算静态工作点,计算中频电压放大倍数：,UBEQ=0.6V =50 Cbe=4 pF fT=150MHz Rs=2k Rc=2k Rb=220k RL=10k C1=0.1F VCC = 5V IBQ = 0.02mA IEQ = 1mA,上、下限频率：,通频带：,Cbe=4 pF fT=150MHz Rs=2 k Rb=220 k C1=0.1 F Ri=1.6 k gm=38.5 mS RL=1.67 k rbe=

9、1.3 k,波特图：,五、增益带宽积,中频电压放大倍数与通频带的乘积。,Ri = Rb / rbe,假设 Rb Rs，Rb rbe； (1 + gmRc)Cbc Cbe,说明：,式很不严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和 Cbc 的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。,如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用 rbb 和 Cbc 均小的高频三极管。,3.3.3直接耦合单管共射放大电路 的频率响应,图 3.3.13,3.4多级放大电路的频率响应,3.4.1多级放大电路的幅频特性 和相频特性,多级放大电路的电压放大倍数：,对数幅频特性为：,多级放大电路的总相位移为：,两级放大电路的波特图,图 3.4.1,幅频特性,一 级,二 级,图 3.4.1 两级放大电路的波特图,相频特性,一 级,二 级,多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。,3.4.2多级放大电路的上限频率 和下限频率,在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据。,1、频率特性函数、高、低频截止