放大电路的频率响应A.ppt
第6章 放大电路的频率响应,6.1 放大电路频率响应概述,6.3 晶体管和场效应管的高频等效模型,6.4 单管放大电路的频率响应,6.2 RC电路的频率响应,6.5 多级放大电路的频率响应,作业：6-1、6-4、6-5(1)、6-13,本章重点,1.频率响应产生的原因和表示方法：低频Au下降的主要因素取决于耦合电容C，高频Au下降的主要因素取决于管子的极间电容。,2.RC低通和高通电路的频率响应：幅频特性和相频特性、通频带和截止频率,3.单管共射/多级放大电路的频率响应及相应参数的计算 中频响应、低频响应、高频响应、完整波特图,6.1 频率响应概述,6.1.1 频率响应产生的原因,原因：晶体管的极间电容 放大电路的耦合电容、旁路电容和分布电容电容的容抗均随着信号频率的变化而变化，因而使放大电路对不同频率信号的放大效果将不完全相同。这说明放大电路的电压放大倍数（增益）是频率的函数，这种函数关系叫做“频率响应”或者“频率特性”。,6.1 频率响应概述,中频段：耦合电容、旁路电容容抗 小 短路 晶体管结电容的容抗 大 开路 不考虑放大电路的频率特性。低频段：晶体管结电容 开路 但是，耦合电容和旁路电容的容抗增大，对信号传输的作用不可忽略。,6.1 频率响应概述,高频段：耦合电容，旁路电容 短路 晶体管结电容和线路分布电容的容抗很小，对电流的并联分流作用不可忽略，同样会使增益的幅值减小，同时产生附加相位移。,6.1.2 频率响应的表示方法,电路的频率特性包括：幅频特性 相频特性,幅频特性：指电压增益的幅值和频率的关系。,相频特性：指输出电压与输入电压之间的相位差 和频率的关系。,通常把中频段的电压增益用Aum表示。当Aum 在高频端和低频段下降到0.707 Aum 时所对应的两个频率点叫做放大电路的“截止频率”。,6.1.2 频率响应的表示方法,图61 放大电路的幅频特性和相频特性,重要技术指标，不失真放大的频率范围,6.2 RC电路的频率响应,1.高通电路及频率响应,2.低通电路及频率响应,3.波特图（Bode plot）,用对数坐标画频率特性曲线.由对数幅频特性和对数相频特性组成.,略去、，开路，得到简化的晶体管的高频小信号等效模型。,考虑到晶体三极管发射结和集电结电容的作用，每个PN结均可用一个并联的结电容和结电阻等效。,6.3 晶体管和场效应管的高频等效模型6.3.1 晶体管的高频等效模型,1晶体管的混合参数 形模型,图66 晶体管的高频物理模型,表示受发射结电压控制的集电结电流（压控电流源）。,晶体管混合参数 型等效电路,2晶体管的混合参数 形等效电路,简化H参数等效电路 中低频时混合形等效电路,当频率不高时，晶体管的结电容 和 的数值都很小，它们的影响可以忽略。这时混合参数 形等效电路就可以转化为H参数等效电路。,比较两个电路，可推导出,将混合形等效电路通过密勒定理进行单向化转换，将C等效在输入回路和输出回路中。,3.混合参数形等效电路的简化,晶体管共射混合参数 型等效电路的简化图：,通常的值很小，可以忽略。,把输入端并联电容合并，令,6.3.2 场效应管的高频等效模型,共源接法场效应管的混合参数 形等效电路如图。(rgs、rds大，开路）场效应管等效电路中的输入电容 较大，它的高频特性要比双极型晶体管差些。,6.3 单管共射放大电路的频率响应,在中频段，极间电容因为容抗大而视为开路，耦合电容和旁路电容因为容抗小而视为短路；在低频段，主要考虑耦合和旁路电容的影响，将极间电容视为开路；在高频段，主要考虑极间电容的影响，而耦合和旁路电容可以视为短路。,1.基本放大电路的中频响应,单管共射放大电路电路图和中频等效电路,中频段电压增益：,幅频特性和相频特性：,Ausm和 均为实数，其波特图的中频段都是一条水平线。,2.基本放大电路的低频响应,低频段电压增益为：,基本放大电路在低频段是一个RC高通特性。,其中,低频段波特图,3.基本放大电路的高频响应,应用戴维南定理,高频段电压增益为：,基本放大电路在高频段是一个RC低通特性。,其中,高频段波特图,4.完整的单管共射放大电路的频率响应,完整的电压增益表达式：,完整波特图,低频段Au下降且产生相移,主要受耦合电容、旁路电容的影响。高频段Au下降且产生相移,主要受晶体管极间电容、电路中寄生电容的影响。,注意:,6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积,1对放大电路频率响应的要求 只有在放大电路的通频带内，对于不同频率的信号，放大电路电压增益的幅值和相位才不会发生变化。如果输入信号包含很多频率分量，输出信号不可能完全复现输入信号的波形而产生失真，这种失真叫做“频率失真”。频率失真包括“幅值失真”和“相位失真”。,6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积,为了减小频率失真，可以采取相应的手段扩大放大电路的通频带。通常采用的方法有：,（1）减小fL，改善低频响应。一方面使有关电容(耦合电容和旁路电容）的电容量增大，一方面使相应回路的电阻增大。当然，最好的办法是去掉耦合电容而采取直接耦合的方式。,6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积,（3）引入负反馈。在电路中引入负反馈，可以扩大放大电路的通频带。,（2）增大fH，改善高频响应。有 其中：所以应减小电阻和电容，选择特征频率高，小的高频管，还要减小gmRL。但是，减小gmRL 会时放大电路电压增益下降。可见扩展频带和提高电压增益是有矛盾的。,6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积,“增益带宽积”GBP，它是中频电压放大倍数Ausm 和通频带fBW的乘积。是衡量放大电路性能的一项重要指标。,由于,增益带宽积为GBP：,可以看出，在一般情况下，当晶体管和信号源选定后，增益带宽积也就大体确定。如果要使放大电路的通频带宽，同时又要使它的电压增益高，则应选用 和 都很小的高频管。,6.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应表达式和波特图,设多级放大电路每一级的电压增益分别为，则总的电压增益为：,由式（645）可写出多级放大电路电压增益的波特图的表达式为：,（645）,因此，只要把各级电压增益的波特图进行叠加，就可以得到多级放大电路总电压增益波特图。,1.放大器的增益与频率有关，称幅频特性；放大器的相移也与频率有关，称相频特性，两者统称为频率响应。高频响应由晶体管的极间电容（结电容）引起的。低频响应由电路中耦合电容和旁路电容引起的。,3.衡量放大电路性能的一项重要指标增益带宽积。,4.CB组态放大电路由于输入电容小（pF），所以CB组态放大电路的上限截止频率fH比CE组态要高许多。,频响分析,几点结论,2.分析放大器频响的重要指标：增益函数、带宽和高低频截频。,本章内容,1.频率响应产生的原因和表示方法低频Au下降的主要因素取决于耦合电容C，高频Au下降的主要因素取决于管子的极间电容。,2.RC低通和高通电路的频率响应包括幅频特性和相频特性、通频带和截止频率；,5.多级放大电路的频率响应，包括幅频特性和相频特性、通频带和截止频率的近似估算。,3.晶体管的高频等效模型及相应参数的计算；,4.单管共射放大电路的频率响应及相应参数的计算；,作业：6-1、6-4、6-5(1)、6-13,
