模拟电路课件第五章放大电路的频率响应.ppt

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1、第五章 放大电路的频率响应,5.1 频率响应概述5.2 晶体管的高频等效模型5.3 场效应管的高频等效模型5.4 单管放大电路的频率响应5.5 多级放大电路的频率响应,5.1 频率响应概述,在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。,5.1.1 必要性,由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，当输入信号频率过低或过高时，放大倍数变小，并且产生超前或滞后相移，即，放大倍数是频率的函数。,放大电路对信号频率适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。,5.1.2 频率响应基本概念,一、RC高通电路频率响应,幅频特性,相频特性,fL,f

2、L：下限截止频率,对高通电路，频率愈低，衰减愈大，相移愈大,高通电路频率响应,二、RC低通电路频率响应,fH,低通电路频率响应,fH：上限截止频率,对低通电路，频率愈高，衰减愈大，相移愈大,通频带：fbwfHfL,5.1.3 波特图,为了扩大视野, 缩短坐标, 幅频特性和相频特性采用半对数坐标, 即横坐标频率采用对数刻度, 纵坐标幅值（用dB表示）或相角用线性刻度表示。绘制出的幅频特性和相频特性称为波特(Bode)图。,高通电路,20dB/10倍频（ f每下降10倍，增益下降20dB ）,低通电路,-20dB/10倍频（ f每上升10倍，增益下降20dB ）,0.1fH，10fH为相频的两个拐

3、点，误差5.710,0.1fL，10fL为相频的两个拐点，误差5.710,在对数幅频特性中，fL，fH为拐点，有3dB误差, 电路低频段的放大倍数需乘因子, 当 f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45； 当 f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45。, 截止频率决定于电容所在回路的时间常数,电路高频段的放大倍数需乘因子, 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。,几个结论,在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。,高通电路,低通电路,在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的

4、容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。,下限频率,上限频率,放大电路的频率参数,结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。,rbb：基区体电阻rbe：发射结电阻C：发射结电容re：发射区体电阻rbc：集电结电阻C：集电结电容rc：集电区体电阻,阻值小，可忽略,阻值小，可忽略,5.2 晶体管的高频等效模型,5.2.1 晶体管的混合模型,从晶体管的物理结构出发，考虑发射结和集电结电容的影响，可以得到在高频信号作用下的物理模型，称为混合模型。,gm跨导，表明Ube对Ic的控制关系。,阻值远大于ce间所接负载电阻,因在放大区承受反向电压而阻值大,混合模型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系,一、完整的混

5、合模型,简化混合模型：,混合模型的单向化将C等效在输入回路和输出回路。,等效变换后电流不变,利用密勒（Miller）定理等效,二、晶体管简化的高频等效电路,将简化的混合模型与简化的h参数等效模型相比,5.2.2 晶体管电流放大倍数的频率响应,电流放大倍数的频率特性曲线,采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 单位为“分贝” （dB），使得 “ ” “ ” 。,lg f,注意折线化曲线的误差,20dB/十倍频,折线化近似画法,电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系,当f增大，使 幅值降为0dB时的频率，称为特征频率fT。,共基截止频率,共基电路截止频率远高于共射电路的截止频率，因此，

6、共基电路可做宽频带放大电路。,共射截止频率,共基截止频率,特征频率,集电结电容,通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法； C的求法。,晶体管的频率参数,可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。,单向化变换,5.3 场效应管的高频等效电路,适用于信号频率从0交流等效电路,中频段：C 短路， 开路。,低频段：考虑C 的影响， 开路。,高频段：考虑 的影响，C 短路。,5.4 单管放大电路的频率响应,5.4.1 单管共射放大电路的频率响应,考虑耦合电容和结电容影响，得等效电路,带负载时：,空载时：,一、中频电压放大倍数,二、低

7、频电压放大倍数（考虑耦合电容）,输出回路等效,中频段,20dB/十倍频,低频电压放大倍数：低频段频率响应分析,三、高频电压放大倍数（考虑极间电容）,输入回路等效,高频电压放大倍数,高频电压放大倍数：高频段频率响应分析,全频段放大倍数表达式：,四、电压放大倍数的波特图,当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。,5.4.3 带宽增益积：定性分析,fbw fH fL fH,若rbeRb、 RsRb、 ，则可以证明图示电路的,对于大多数放大电路，增益提高，带宽将变窄。要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。,约为常量,根据,带宽增益积：定量分析,5.5 多级放大电路的频率

8、响应,一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。,6dB,3dB,fL,fH,0.643fH1,fL fL1， fH fH1，频带变窄！,对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则,由于,求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得,1.1为修正系数,多级放大电路的频率响应,例 5.5.1已知电路各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限、上限频率，以及电压放大倍数。,例5.5.2 确定电路上限频率及下限频率表达式。,C2、Ce短路， 开路，求出,C1、Ce短路， 开路，求出,C1、C2短路， 开路，求出,C1、 C2、 Ce短路，求出,很小！,电压放大倍数,1. 该放大电路为几级放大电路?2. 耦合方式?3. 在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移？4. 在 f 105Hz 时，附加相移？5. 画出相频特性曲线；6. fH？,已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：,例题：,习题：自测题 二 5.2，5.3，5.4，5.5，5.12,