模拟电子技术基础(第四版)第五章-课件.ppt
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- 模拟 电子技术 基础 第四 第五 课件
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1、华北科技学院华北科技学院电子信息工程学院电子信息工程学院主讲人:主讲人:林亭生林亭生多媒体教学课件多媒体教学课件 模拟电子技术基础模拟电子技术基础Fundamentals of Analog Electronics华成英、童诗白主编华成英、童诗白主编第第5 5章章 放大放大电路的频率响应电路的频率响应重点:重点:1.1.频率响应的基本概念、波特图。频率响应的基本概念、波特图。2.2.晶体管(场效应管)的高频等效模型晶体管(场效应管)的高频等效模型 (混合(混合 模模型)。型)。3.3.单管放大电路的频率响应。单管放大电路的频率响应。4.4.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应。5.1频
2、率响应概频率响应概述述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 由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容,所以电路的放大倍数为频率的函数,这种关电容,所以电路的放大倍数为频率的函数,这种关系称为系称为频率响应或频率特性。频率响应或频率特性。小小信号等效模型只适用于低频信号的分析。信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型,并阐明放大电路的上本章将引入高频等效模型,并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法,以及频率响限频率、下限频率和通频带的求解方法,以及频率响应的描述方法。应的描述方法。一、一、高
3、通电路高通电路+_+_CRi UO U RC 高通电高通电路路RCCRRUUAu j111j1iO 令:令:LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu 2LL1 ffffAu模:模:)arctan(90Lffo相角:5.1.2频率响应的基本概念频率响应的基本概念fL称为下限截止频率称为下限截止频率2LL1lg20lg20lg20ffffAu则有:则有:dB 020lg L uAff时时,当当LLlg20lg20 ffAffu时,当dB32lg20lg20 L uAff时时,当当放大电路的放大电路的对数频率特性对数频率特性称为称为波特图波特图。2LL1 ffffAu对数幅频
4、特性:对数幅频特性:实际幅频特性曲线:实际幅频特性曲线:图图 5.1.3(a)幅频特性幅频特性当当 f fL(高频高频),当当 f fT 时,时,三极管失去放大作用;三极管失去放大作用;f fT 时,由式时,由式;112T0 ff得:得:ff0T 因为因为,1 ffj10 可得可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比较较,可可知知与与 ffj10 ff)1(100003.共基截止频率共基截止频率 f 值下降为低频值下降为低频 0 时时 的的 0.707 时的频率。时的频率。说明:说明:ff)1(10000 ,因为:因为:所以:所以:1.f 比比 f 高很多,等于高很多,等于
5、 f 的的(1+0)倍;倍;2.f fT f,因此共基极放大电路可作为宽频带放大电路。因此共基极放大电路可作为宽频带放大电路。5.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容,其高频等效模型如下场效应管各极之间存在极间电容,其高频等效模型如下图图5.3.1场效应管的高频等效模型(场效应管的高频等效模型(a)一般情况下一般情况下 rgs和和 rds比外接电阻大得多,可认为是开路比外接电阻大得多,可认为是开路 Cgd可进行等效变化,使电路单向化可进行等效变化,使电路单向化 Cgd等效变化等效变化g-s之间的等效电容为之间的等效电容为d-s之间的等效电容为之间的等效电容
6、为)(1LmgddsdsRgKCKKCC由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多,故分析由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多,故分析频率特性时可忽略的影响。频率特性时可忽略的影响。dsC)()1(LmgdgsgsRgKCKCC图图5.3.1场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型(b)简化模型简化模型5.4单管放大电路的频率响应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单管共射放大电路的频率响应图图 5.4.1单管共射放大电路单管共射放大电路中频段:中频段:各种电各种电抗影响忽略,抗影响忽略,Au 与与 f 无关;无关;低频段:低频段:隔直隔直电容压降增大,电容压降增大
7、,Au 降低。与电路中电阻降低。与电路中电阻构成构成 RC 高通电路;高通电路;高频段:高频段:三极管极间电容并联在电路中,三极管极间电容并联在电路中,Au 降低。降低。而且,构成而且,构成 RC 低通电路。低通电路。一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数耦合电容耦合电容 可认为交流短路;极间电容可视为交流断路。可认为交流短路;极间电容可视为交流断路。1.中频段等效电路中频段等效电路图图 5.4.2中频段等效电路中频段等效电路由图可得由图可得bebisbeebisieb/rRRUrrRRRU 式中式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU b eb rebm Ugbb rbc
8、e +RbSU+RcRseb UoUiU2.中频电压放大倍数中频电压放大倍数已知已知 ,则,则ebm rg becisismrRRRRAu 结论:结论:中频电压放大倍数的表达式,与利用简化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。参数等效电路的分析结果一致。cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu 二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数考虑考虑隔直电容隔直电容的作用,其等效电路:的作用,其等效电路:图图 5.4.3低频等效电路低频等效电路C1 与输入与输入电阻构成一个电阻构成一个 RC 高通电路高通电路sbeeb1isiebj1UrrCRRRU 式中式中
9、Ri=Rb /rbeb eb rebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUiUC1SUsbeeb1isiebj1UrrCRRRU 输出电压输出电压s1iscmbeebisicebmo)(j111UCRRRgrrRRRRUgU低频电压放大倍数低频电压放大倍数1issmsosL)(j111CRRAUUAuu b eb rebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUiUC1SU低频时间常数为:低频时间常数为:1isL)(CRR 下限下限(3 dB)频率为:频率为:1isLL)(2121CRRf 则则L LL Lu us sm mL Lu us sm mu us sL
10、 Lf ff fj j1 1f ff fj jA Af ff fj j1 11 1A AA A对数幅频特性对数幅频特性2LLusmusl)ff(1ff20lgA20lgA20lg对数相频特性对数相频特性LLffffarctan90)arctan90(180000 因电抗元件引起的相移为附加相移。因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移低频段最大附加相移为为+90度度三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数考虑考虑并联在极间电容并联在极间电容的影响,其等效电路:的影响,其等效电路:图图 5.4.4高频等效电路高频等效电路b ebm Ugbb rbce +RbSU+RcRseb UoUi
11、UC cb1 CKKeb r图图 5.4.4高频等效电路的简化高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常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。数,故可忽略输出回路的结电容。用戴维南定理简化用戴维南定理简化图图 5.4.4(b)/(/,bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRU C 与与 R 构成构成 RC 低通电路。低通电路。ebm Ugce+sU+RcoUeb UR C CRgCKC)1(C)1(Ccm ssebj11j1j1UCRUCRCU CRAUUAuu j11smsosh高频时间常数:高频时间常数:CR H上限上限(-
12、3 dB)频率为:频率为:CRf 2121HHHsmsh11:ffjAAuu 故故SUCRRgrrRRRRUgU j11cmbeebisicmoeb四、波特图四、波特图对频率从对频率从0到到的电压放大倍数表达式为的电压放大倍数表达式为sHuA的对数幅频特性和相频特性的对数幅频特性和相频特性2H)(1lg20lg20lg20ffAAusmush H0arctan180ff 高频段最大附加相移为高频段最大附加相移为-90度度)j1)(1()j1)(j1(jHLsmHLLsmsffjffAffffffAAuuu1.根据电路参数计算根据电路参数计算 、fL 和和 fH;smuA2.由三段直线构成幅频特
13、性。由三段直线构成幅频特性。smlg20uA 中频段:中频段:对数幅值对数幅值 低频段:低频段:f=fL开始减小,作斜率为开始减小,作斜率为 20 dB/十倍频直线;十倍频直线;高频段高频段:f=fH 开始增加,作斜率为开始增加,作斜率为 20 dB/十倍频直线。十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。由五段直线构成相频特性。绘制波特图步骤:绘制波特图步骤:图图 5.4.5幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL 20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频smlg20uA 270 225 135 180相频特性相频特性 9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO 5.4.3放大电
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