第5章-放大电路的频率响应课件.ppt

1、第五章第五章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性 5.1 频率响应概述频率响应概述 5.1.1 研究放大电路频率响应的必要性研究放大电路频率响应的必要性l放大电路的放大倍数是信号频率的函数，我们称放大电路的放大倍数是信号频率的函数，我们称之为之为频率响应频率响应或或频率特性频率特性；l在设计电路时，必须先了解信号的频率范围，以在设计电路时，必须先了解信号的频率范围，以便使所设计的电路具有适应于该信号频率范围的便使所设计的电路具有适应于该信号频率范围的通频带；通频带；l在使用电路前，应查阅手册、资料、或实测其通在使用电路前，应查阅手册、资料、或实测其通频带，以便确定电路是否适用。频带，以便确定

2、电路是否适用。5.1.2 频率响应的基本概念频率响应的基本概念l电路的耦合电容：高通，低频导致放大电路的耦合电容：高通，低频导致放大 倍数下降并且产生附倍数下降并且产生附 加相位移。加相位移。l半导体极间电容：低通，高频导致放大半导体极间电容：低通，高频导致放大 倍数下降并且产生附倍数下降并且产生附 加相位移。加相位移。图图5.1.1高通电路及频率响应高通电路及频率响应RCjRCjRUUA 1111iou LLLLuLLL111112121211ffjffjjffjARCfRC 令令则则Lo2LLuarctan901ffffffA将将 用其幅值与相角表，得：用其幅值与相角表，得：uA一、高通电

3、路一、高通电路图图5.1.2低通电路及其频率响应低通电路及其频率响应HHHHHiou1111212,1,1111ffjjARCfRCRCjCjRCjUUAu 则令令H2Huarctan11ffffA 将将 用幅值及相角表示，得：用幅值及相角表示，得：uALHbwfff 二、低通电路二、低通电路高通：高通：2LLu1lg20lg20lg20 ffffA低通：低通：2Hu1lg20lg20 ffA图图5.1.3高通电路与低通电路的波特图高通电路与低通电路的波特图5.1.3 波特图波特图波特图小结波特图小结:1、电路的截止频、电路的截止频 率决定于电容率决定于电容 所在回路的时所在回路的时 间常数间

4、常数。2、当信号频率等当信号频率等 于于 fL 或或 fH 时，时，放大倍数的增益下降放大倍数的增益下降3dB，且产生且产生+45o或或45o相移。相移。3、近似分析中、近似分析中,可用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。可用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。一、完整的混合一、完整的混合模型模型5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.2.1 晶体管的混合晶体管的混合模型模型图图 5.2.1晶体管结构示意图及混合晶体管结构示意图及混合模型模型二、简化的混合二、简化的混合模型模型图图 5.2.2混合混合模型的简化模型的简化因因C C且且C一般情况下的容一般情况下的容抗远大

5、于抗远大于RL故故常略去常略去等效变换等效变换:在图在图(a)电路中，从电路中，从b看进去看进去C中流过的中流过的电流为：电流为：ebceebceeb;)1(UUKXUKXUUICCC为保证变换的等效性，要为保证变换的等效性，要求流过求流过 的电流仍为的电流仍为 ,而而它的端电压为它的端电压为 ，因此，因此 的电抗为：的电抗为：CC Ieb UC KXXUKUIUX1)1(CCebebCebCeb 间总电容为：间总电容为：用同样的方法用同样的方法可以得出：可以得出：1CKKC 在近似计算时，在近似计算时，取中频时的值，所以取中频时的值，所以|=，说明，说明 是是 的（的（1+|）分之一，因此分

6、之一，因此CXCX K K K K|）C 1()1(CC K K 1(CC|）C K三、混合三、混合模型的主要参数模型的主要参数TEQebbb0ebb0mb0ebmcUIrIIUIgIUgI 对受控电流，不同的表述方法表述的是同一个物理量，即对受控电流，不同的表述方法表述的是同一个物理量，即:EQTeb)1(IUr 从手册可查得从手册可查得 ，而，而bbr 手册上可查到的手册上可查到的 Cob是晶体管为共基接法且发射极开路是晶体管为共基接法且发射极开路时时cb间的结电容，与间的结电容，与C近似。可将近似。可将C近似为近似为Cob。C的数的数值可通过手册上的值可通过手册上的fT和放大电路的静态工

7、作点求解。和放大电路的静态工作点求解。K是电是电路的电压放大倍数，可通过计算得到。路的电压放大倍数，可通过计算得到。TmfgC25.2.2 晶体管电流放大倍数晶体管电流放大倍数的频率响应的频率响应图图5.2.4 的波特图的波特图&为 的截止频率，称为共射截止频率。f0eb1;2121ffjCCCCrfebCr设=则：Tff0)(ALmbeebisieboiebsisousmRgrrRRRUUUUUUUU 空载时为空载时为)(AcmbeebisiusmRgrrRRR LcLcmbeebisiusloososousl1)(AARCjRRRgrrRRRUUUUUU 将上式分子、分母同除以（将上式分子

8、、分母同除以（Rc+RL）便可得到便可得到令令:CRRf)(21LcL 则则:ffffffj11Aj1jAALusmLLusmusl 20lg|=20lg|+20lguslA usmA 2LL1 ffffLoLooarctan90)arctan90(180ffff CRRjCRRjRgrrRRR)(1)()(ALcLcLmbeebisiusl )/(bsbbebsisibeebibeebsRRrrRURRRrrUrrU b-e间开路间开路电压和等效电压和等效电阻电阻 R 为为:因为因为 间电压间电压 与输出电压与输出电压 的关系没变的关系没变,所以高频电压所以高频电压放大倍数为放大倍数为:eb

9、 eb U oUusmLmbeebisiebosebsssoush11A)(111ARCjRgRCjRCjrrRRRUUUUUUUU令令H21RCf 则则Husmush11AAffj 对数幅频特性和相频特性表达式为对数幅频特性和相频特性表达式为:2H1 ffushA usmA 20lg|=20lg|20lgHoarctan180ff 综上所述，电路全频段的电压放大倍综上所述，电路全频段的电压放大倍 数表达式为：数表达式为：当当fLffH时，时，f fL L/f f和和f f/f fH H均趋于零，均趋于零，故故 ；当；当f 接近接近fL L时，时，ffH H ，故，故 ；当；当f 接近接近fH

10、 H时，时，f fL L，故，故 ；若电路在低频段有若电路在低频段有fL1L1fLNLN个个 截止频率，在高频段有截止频率，在高频段有fH1H1fHMHM个个 截止频率，则其电压放大倍数为：截止频率，则其电压放大倍数为：ushHusmusAj11AAffusmusAAuslLusmusAj11AAffHLusmHLLusmusj1j11Aj1j1jAAffffffffffNiMkHkLiNiLiumuffjffjffjAA11111&lP254:5.1;5.2;中频段：Cgs开路，C短路，有：高频段：C短路，考 虑到Cgs的影响，上限频率为：低频段：Cgs开路，考虑到C 的影响，下限频率为：得

11、电路全频段电压放大倍数的表达式为：图图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路单管共源放大电路及其等效电路LmgsLdgsmioum)/(ARgURRUgUUCRRf)(21LdLHLLumuj1j1jAAffffffgsgH21CRf为改善低频特性，需加大耦合电容及其回路电阻以降低 fL，但作用有限，最好采用直接耦合方式。为改善高频特性，需减小 或 及其回路电阻，以提高 fH。但由于 ,为减小 ，则要减小 ，这将使电压放大倍数减小。可见提高 fH 和增大电压放大倍数是矛盾的。CgsCLm)1(CRgCC)(ALmbeebisiusmRgrrRRRCLmRg单管共射放大电路的增益带宽积为:|bw

12、usmAfHusmAf bsbbebLmbeebisi)/(21CRRrrRgrrRRR设设 ，则，则 ；设；设 ，则，则 ；设设 ，且，且 ，则，则 。bebrR beirR sbRR ssb/RRR Lm)1(CCRg 1LmRgLmCRgC 则则bwusmAf sbbebsbbebbesebLmsbbebLmbeebbesbe)(21)/(21CRrrRrrrRrCRgRrrRgrrrRr 经整理可得经整理可得:bwusmAf sbb)(21CRr 此式表明，当晶体管选定后，增益带宽积也就大体确定此式表明，当晶体管选定后，增益带宽积也就大体确定为某一常量。为某一常量。nkAA1uku对数

13、幅频特性和相频特性为：对数幅频特性和相频特性为：nknkAA1k1uulg20lg20n)1(k;bwkbwHkHLkLffffff结论结论:一、下限频率一、下限频率 fL：nkff12Lkumkul1AA;根据fL的定义，当f=fL时 ;2AA1umkul nk即即 ,两边取平方得：两边取平方得：21n1k2LLk ff2112LLk nkff展开上式得：展开上式得：高次项高次项=2 2LLk1ff由于由于fLk/fL1，可将高次项忽略，得：，可将高次项忽略，得：nkff12LkL加修正系数得：加修正系数得：nkff12LkL1.1 nkff12Hkumkuh1AA nkff12HkH11.

14、11%100omomom UUU 图图5.7.3 图图5.4.1 所示电路输入回路的阶跃响应所示电路输入回路的阶跃响应所在回路是低所在回路是低通回路，在阶跃信通回路，在阶跃信号作用时，号作用时，上的上的电压电压 将按指数将按指数规律上升规律上升,其起始值其起始值为为0，终了值为，终了值为 ,回路时间常数为回路时间常数为 ,因而：因而：，可以求出，可以求出 上升到上升到0.1UI所需的时间为所需的时间为0.1 ,而上升到而上升到0.9UI所需的时间为所需的时间为2.3 。所以。所以 。HrH35.0;21ftRCf CebuIU)1(IebRCteUu RCCebur2.2RCt RCRC耦合电

15、容所在回路是高耦合电容所在回路是高通电路，通电路，为开路时的为开路时的输出电压输出电压,它随它随 而产生线性变而产生线性变化，并与之反相。因为化，并与之反相。因为(Rc+RL)Ctr，可认为可认为C近视为短路，则近视为短路，则 。当。当 达到稳态值达到稳态值 时时也达到最大值也达到最大值 。之后。之后 以以 为起始值，以为起始值，以 为为时间常数，以时间常数，以0为终了值，按指数规律变化，为终了值，按指数规律变化，的表达式为的表达式为OuebOugum ebuOLcLOuRRRu IUOuomUOuomUCRR)(Lc Ouebu)(;LcomORRReUuRCt ，当，当tRC时，时，)1(omORCtUu 在图在图5.7.4(b)中，中，trtpRC，因此，因此%1001%100pompomomomomom RCtURCtUUUUU%100221pLLtfRCf 上式表明，与下限频率上式表明，与下限频率 fL 一样，倾斜率一样，倾斜率也决定也决定于于C所在回路的时间常数，所在回路的时间常数，fL 越低，越低，越小，放大电路越小，放大电路的低频特性越好。的低频特性越好。lP255:5.3;5.4;5.6;5.7