放大電路的頻率特性

1、放大電路的頻率特性第1頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.1放大電路的頻率特性5.1.2 放大電路頻率特性的研究方法5.1.3 單時間常數(shù)RC電路的頻率特性5.1.1 放大電路頻率特性的基本概念第2頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.1.1 放大電路頻率特性的基本概念RsUs+-Uo+-第3頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三fOAum1.頻率特性Au( f ) 幅頻特性 ( f ) 相頻特性0.707AumfOAuf L 下限截止頻率 f H 上限截止頻率 2. 頻帶寬度(帶寬)BW(Band Width)BW = f

2、 H - f L f HfLfH第4頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三3頻率失真幅頻失真:通頻帶不夠?qū)?，而輸入信號的頻譜分布又很廣，那么輸入信號的不同頻率成分，就會得不到同倍數(shù)的放大，輸出波形就會產(chǎn)生失真 放大倍數(shù)模的不同所造成的失真. 相頻失真 :附加相移不同而造成的失真 兩種失真總稱頻率失真 電路中由于線性的電抗元件，引起的頻率失真 ，叫做線性失真。 第5頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三 4.波特圖 （1）用分貝（dB）表示放大倍數(shù) （2）波特圖 畫頻率特性曲線時，為了縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，簡化分析，代表頻率的橫坐標(biāo)采用對數(shù)刻度。此時，每一個

3、十 倍頻率范圍在橫坐標(biāo)軸上所占的長度是相等的；用分貝 表示放大倍數(shù)和用角度表示相位的縱坐標(biāo)采用線性分度。 （dB） 第6頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.1.2 放大電路頻率特性的研究方法1.三個頻段的劃分（1).中頻區(qū)(段)特點:Aus與f無關(guān) 與f無關(guān)原因:不考慮電路中電容的影響（2).低頻區(qū)(段)第7頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三特點:Aus與f有關(guān)(f下降A(chǔ)us也下降,與頻率有關(guān))原因:由于C1和C2的存在在頻率比較低時電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略,使輸出電壓下降.所以Aus下降第8頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，

4、星期三（3).高頻區(qū)(段)特點:Aus與f有關(guān)(f增大Aus下降,與f有關(guān))原因:由晶體管的極間電容的存在,分布電容的存在引起第9頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三2.研究方法 分頻區(qū)用等效電路法分析計算（1）中頻區(qū)前邊已經(jīng)講過用H參數(shù)微變等效電 路分析計算（2）.低頻區(qū)用中頻區(qū)的等效電路并把C1和C2的影響考慮進(jìn)去,畫出等效電路,進(jìn)行分析計算（3）.高頻區(qū)晶體管的H參數(shù)模型不能采用,因為沒有考慮晶體管的極間電容的作用.所以首先介紹晶體管的高頻小信號模型.第10頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.1.3 單時間常數(shù)RC電路的頻率特性1RC低通電

5、路第11頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第12頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三2RC高通電路第13頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第14頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三3.時間常數(shù)的估算(1)單個電容多個電阻(2)單個電阻多個電容第15頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三(3)多個電阻多個電容第16頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.2 晶體管的高頻物理模型 -混合等效電路混合等效電路的引出用晶體管物理模型引出NNP基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電

6、結(jié) 基區(qū) 集電區(qū)base發(fā)射極 E第17頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三BEBCrbbrberbcCbcCbe第18頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三r bb-基區(qū)電阻幾歐幾百歐r be-發(fā)射極電阻與工作點Q有關(guān)r bc-集電極電阻 一般在幾兆以上,可以看作無窮大r c和re可以忽略不計Cbc-集電結(jié)電容 可以用C來表示Cbe-發(fā)射結(jié)電容可以用C 來表示r ce-輸出電阻一般在幾百K以上,可以看作第19頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三gmUbe-發(fā)射結(jié)電壓控制集電結(jié)電流gm-跨導(dǎo) 混合參數(shù)和H參數(shù)的關(guān)系第20頁，共64

7、頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第21頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三混合等效電路的簡化第22頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.2.4 三極管電流放大系數(shù)的頻率響應(yīng) = 0.7070f 共發(fā)射極截止頻率fT 特征頻率 = 1同樣可求得：可見：ffo0.707o1fTO第23頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.3 單管共射放大電路的頻率特性 1.畫出全頻段的微變等效電路第24頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三2.中頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffH ffL(1). 微變等效電路 C1看作短

8、路 C看作開路 (2). 寫出Ausm的表達(dá)式 第25頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三(3).寫出表達(dá)式的模和相位3.高頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffH(1). 微變等效電路 C1看作短路第26頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三(2). 寫出表達(dá)式 第27頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三=第28頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三(3).寫出表達(dá)式的模和相位第29頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三4.低頻區(qū)的頻率響應(yīng) ffL(1). 微變等效電路 C看作開路 (2). 寫出表達(dá)式 第

9、30頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第31頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第32頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三(3).寫出表達(dá)式的模和相位第33頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.波特圖的畫法(1).坐標(biāo)軸的選擇1).幅頻響應(yīng) 縱軸用分貝 橫軸用對數(shù)表示的頻率2).相頻響應(yīng) 縱軸用度 橫軸用對數(shù)表示的頻率(2).中頻區(qū)的畫法設(shè): (3).高頻區(qū)的畫法(4).低頻區(qū)的畫法第34頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三將前面畫出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段 、低頻段和高

10、頻段畫在同一張圖上就得到了如圖所示的完整的頻率特性（波特）圖 。 共射電路完整波特圖實際上，同時也可得出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式， 即(5).完整的單管共射電路頻率響應(yīng)第35頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第36頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三，由上圖可看出，畫單管共射 放大電路的頻率特性時，關(guān)鍵在于算出下限和上限截止頻率和下限截止頻率取決于低頻時輸入回路的時間數(shù) ，由圖可知： ，其中， 而同樣，上限截止頻率取決于高頻時輸入回路的 時間常數(shù) ；由圖可知： ，第37頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三其中因此，

11、只要能正確的畫出低頻段和高頻段的交流等效電路，算出輸入回路的時間常數(shù) 和 ，則可以方便的畫出放大電路的頻率特性圖。對數(shù)幅頻特性：在 到 之間，是一條水平直線；在 時，是一條斜率為+20Db/十倍頻程的直線；在 時，是一第38頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三條斜率為+20Db/十倍頻程的直線；在 時，是一條斜率為-20Db/十倍頻程的直線。放大電路的通頻帶 。相頻特性：在 時， ； 在 時， ； 在 時， ；第39頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三而在f從 到 以及從 到 的范圍內(nèi)，相頻特性都是斜率為 十倍頻程的直線。 前面已經(jīng)指出在畫波特圖時，

12、用折線代替實際的曲線是有一定誤差的。對數(shù)幅頻特性的最大誤差為3dB，相頻特性的最大誤差為 ，都出現(xiàn)在線段轉(zhuǎn)折處。 第40頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三如果同時考慮耦合電容 和 ，則可分別求出對應(yīng)于輸入回路和輸出回路的兩個下限截止頻率這時，放大電路的低頻響應(yīng)，應(yīng)具有兩個轉(zhuǎn)折頻率。如果二者之間的比值在45倍以上，則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。 第41頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三否則，應(yīng)該可以用其他方法處理。此時，波特圖的畫法要復(fù)雜一些。 如果放大電路中，晶體管的射極上接有射極電阻 和旁路電容 ，而且 的電容量不夠大，則在低頻時不能被

13、看作短路。因而，由 又可以決定一個下限截止頻率。需要指出的是，由于 在射極電路里，射極電流 是基極電流 第42頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三的倍，它的大小對放大倍數(shù)的影響較大，因此 往往是決定低頻響應(yīng)的主要因素。第43頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.4 放大電路的增益帶寬積對放大電路頻率響應(yīng)的要求 只有在通頻帶的范圍內(nèi),放大電路的電壓放大倍數(shù)才有不變的幅值和相位，才能對不同頻率的信號進(jìn)行同樣的放大。否則就要產(chǎn)生頻率失真。 頻率失真又分為：“幅值失真”和“相位失真”頻率響應(yīng)的要求是： 放大電路的 要低于輸入信號中的最低頻率分量 要高于輸入

14、信號中的最高頻率分量第44頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.4.2 對放大電路頻率響應(yīng)的改善1.減小 改善 低頻響應(yīng) 方法：加大C1、C2和Ce 或采用直接耦合2.增大 改善 高頻響應(yīng) 方法： 減小 C、 C 或采用高頻管3.引入負(fù)反饋 5.4.3 放大電路的增益帶寬積第45頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第46頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三結(jié)論當(dāng)管子和信號源選定后，放大電路的增益帶寬積就是一個常數(shù)。如果同頻帶擴(kuò)大幾倍，則電壓放大倍數(shù)就減小同樣的倍數(shù)為了即使同頻帶寬又要要求電壓放大倍數(shù)高， 則應(yīng)選 和 都很小的高

15、頻管 第47頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三一、小信號頻率參數(shù)1. 開環(huán)帶寬BWBW = f H5.4.4 集成運算放大器高頻參數(shù)及其響f / Hz20lgAud (f ) /dBf HOf T0第48頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三2. 單位增益帶寬 BWGBWG = f T運放閉環(huán)工作時， 帶寬增益積= Aud f HfH 為開環(huán)增益下降 3 dB 時的頻率通用型集成運放帶寬較窄(幾赫茲)f T 為開環(huán)增益下降至 0 dB(即Aud = 1)時的頻率帶寬增益積 = 1 f T= f T = BWG= Aud f HBWG = Aud BW

16、f = 0，使 Auf = 1，當(dāng) Auf 降為 0.707 時，此時的頻率 即為 fT。BWG = Auf BWf如 741 型運放: Aud = 104，BW = 7 Hz，Auf = 10，則 BWf = 7 kHz第49頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三二、大信號頻率參數(shù)1. 轉(zhuǎn)換速率 SR輸入輸出A 741 為 0.5 V/ s高速型 SR 10 V/ s否則將引起輸出波形失真例如：則：須使：SR 2 f UomA741Uom= 10 V最高不失真頻率為 8 kHz第50頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三2. 全功率帶寬 BWP輸出為最

17、大峰值電壓時不產(chǎn)生明顯失真的最高工作頻率當(dāng) BWG 2 MHz，BWP 20 kHz，SR 6 V/s選高速寬帶運放第51頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.5 多級放大電路的頻率特性 如果放大器由多級級聯(lián)而成，那么，總增益第52頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.5.1 多級放大器的上限頻率fH 設(shè)單級放大器的增益表達(dá)式為第53頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三 式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|為多級放大器中頻增益。令第54頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.5.2 多級放

18、大器的下限頻率fL 設(shè)單級放大器的低頻增益為(569) (570) (571) (572) 第55頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三 解得多級放大器的下限角頻率近似式為若各級下限角頻率相等，即L1=L2=Ln,則第56頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三5.5.3 多級放大電路的通頻帶設(shè)某一兩級放大電路是由兩個相同的單級放大電路所組成 第57頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三第 5章 小 結(jié)第58頁，共64頁，2022年，5月20日，15點35分，星期三一、簡單 RC 電路的頻率特性RC 低通電路RCRCRC 高通電路第59頁，共64頁，