第3章频率特性课件

第三章第三章 放大电路的频率放大电路的频率特性特性内容导航内容导航3.0 教学基本要求教学基本要求 3.1 频率特性的概念频率特性的概念3.2 单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路 频率特性的定量分析频率特性的定量分析3.3 多极放大电路的频率特性多极放大电路的频率特性 习题解答习题解答教学基本要求教学基本要求熟悉熟悉:放大电路的频率特性含义；影响频率特放大电路的频率特性含义；影响频率特性的因素及其曲线特点；分贝概念。性的因素及其曲线特点；分贝概念。了解了解:波特图的一般知识；单级共射放大电波特图的一般知识；单级共射放大电路低频区和高频区用截止频率路低频区和高频区用截止频率表示的表示的一般表达式；多级与单级放大电路带一般表达式；多级与单级放大电路带宽的定性关系。宽的定性关系。3.1 频率特性的概念频率特性的概念3.1.1 基本概念基本概念在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念-幅度频率特性幅度频率特性相频特性是描绘：输出信号与输入相频特性是描绘：输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即相位频率特性相位频率特性 幅频特性是描绘：输入信号幅度幅频特性是描绘：输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化的规律。即=U U3.1.2 频率特性的定性分析及其指标频率特性的定性分析及其指标当放大电路的输入端和输出端通过耦合电容分别于当放大电路的输入端和输出端通过耦合电容分别于信号源和负载进行连接，这种信号传递方式称为信号源和负载进行连接，这种信号传递方式称为阻阻容耦合容耦合。一、幅频和相频特性曲线的定性分析一、幅频和相频特性曲线的定性分析考虑极间考虑极间电容时的电容时的阻容耦合阻容耦合放大电路放大电路usECCiCo单级阻容耦合放大电路的频率特性曲线单级阻容耦合放大电路的频率特性曲线AusAusm 0.707Ausm 0 fLBWfH低低频频区区中频区中频区高高频频区区f00f-900-1350-1800-2250-2700=+450=-4501、中频区、中频区Ausm和相位差和相位差为为-1800不受影响，特性曲线不受影响，特性曲线呈现平坦水平线。呈现平坦水平线。2、低频区、低频区当输入信号幅值不变，当输入信号幅值不变，而频率下降时，而频率下降时，Aus下下降，同时相位差增大。降，同时相位差增大。3、高频区、高频区当输入信号幅值不变，当输入信号幅值不变，而频率增加时，而频率增加时，Aus下降，下降，产生滞后的相位差产生滞后的相位差.二、频率特性指标二、频率特性指标AusAusm 0.707Ausm 0 fLBWfH低低频频区区中频区中频区高高频频区区f00f-900-1350-1800-2250-2700=+450=-450在低频区和高频区中，在低频区和高频区中，当放大电路的电压放当放大电路的电压放大倍数分别下降到中大倍数分别下降到中频区电压放大倍数的频区电压放大倍数的0.707倍时，对应的两倍时，对应的两个频率个频率fL和和fH分别称分别称为为下限截止频率下限截止频率fL和和上限截止频率上限截止频率。fH两频率之间频率范围两频率之间频率范围称为称为通频带通频带或称或称带宽带宽BW，一般一般fHfL故有故有 BW=fH-fL三、频率失真三、频率失真放大电路的幅频特性和相频特性，称为放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为使输出波形产生失真，称为幅度频率失真幅度频率失真，简称，简称幅幅频失真频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真相位频率失真，简，简称称相频失真相频失真。幅频失真和相频失真是。幅频失真和相频失真是线性失真线性失真。线性失真线性失真 图图3 3 频率失真频率失真基波二次谐波tOuituoO(a)相频失真tOui基波uoOt基波二次谐波(b)幅频失真基波二次谐波二次谐波跨导跨导gm参数的求取参数的求取 用 代替U 这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下:U3.2 单级阻容耦合放大电路频率特性的单级阻容耦合放大电路频率特性的定量分析定量分析跨导：跨导：uu3.2.1 BJT的高频小信号模型的高频小信号模型一、高频混合一、高频混合模型的引出模型的引出基区体电阻，b是假想的基区内的一个点。二、用密勒定理简化混合二、用密勒定理简化混合模型电路模型电路在在型小信号模型中，因存在型小信号模型中，因存在Cbc 和和rbc，对求解不便，对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以很大，可以忽略，只剩下忽略，只剩下Cbc。可以用输入侧的可以用输入侧的C 和输出侧的和输出侧的C 两个电容去分别代替两个电容去分别代替Cbc，但要求变换前后应保但要求变换前后应保证相关电流不变。证相关电流不变。高频混合型小信号电路UUUU 在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc。可以用输入侧的C和输出侧的C两个电容去分别代替Cbc，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图05.07所示。单向化图05.07高频混合型小信号电路输入侧图05.07高频混合型小信号电路输出侧所以 由于C1/Ce时。为简单起见，将时。为简单起见，将Ce归算到基极回路后与归算到基极回路后与C1串联，设串联，设Ce=Ce/1+。同同时在输出回路用戴文宁定理变换，得到简化的微变等时在输出回路用戴文宁定理变换，得到简化的微变等效电路，如图效电路，如图05.15所示。所示。所以输入回路的低频时间常数为 L1=(C1/Ce)(Rb+rbe)图05.15 简化后的低频段等效电路 图05.14 低频段微变等效电路 在此简化条件下，低频段的电压放大倍数的复数形式为总电压放大倍数的复数形式为 设fL1fL2，可以画出单级基本放大电路的波特图，如图05.16所示。图05.16 单级基本放大电路的波特图3.2.43.2.4 BJT BJT的频率参数的频率参数一、共发射极截止频率一、共发射极截止频率f f若低频时的电流放大系数为若低频时的电流放大系数为0,当信号频率升高时当信号频率升高时,使使下降为下降为0.707 0时所对应频率称为时所对应频率称为f。其关系为：其关系为：二、特征频率二、特征频率f fT T当信号频率当信号频率ffB时，时，显著下降到显著下降到=1所对应的频率。所对应的频率。fT=0f三、共基极截止频率三、共基极截止频率fa 若低频电流放大系数为若低频电流放大系数为0,当当信号频率信号频率增加增加时，是时，是下降为下降为0.7070时对应的频率为时对应的频率为f.-20dB/十倍十倍频频0ffTf03.3 3.3 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性3.3.1 多级放大电路的组成及分析方法多级放大电路的组成及分析方法 多级放大电路级与级之间信号传递的电路连接方法称为多级放大电路级与级之间信号传递的电路连接方法称为耦耦合合，有，有阻容耦合阻容耦合、变压器耦合变压器耦合、直接耦合直接耦合以及以及光电耦合光电耦合等形式。等形式。+ui -C1Rb11Rb12Re1T1Rc1C2Ce1Ce2Re2Rb22Rb21T2VccRc2C3+u0-RLRi2两级阻容耦合放两级阻容耦合放大电路大电路是由是由单级单级放大电放大电路为路为基础基础组成的。组成的。一、多级放大电路电压放大倍数的计算一、多级放大电路电压放大倍数的计算 从交流参数来看，前级的输出信号即为后级的输入信号，从交流参数来看，前级的输出信号即为后级的输入信号，而后级的输入电阻即为前级交流负载，因此有而后级的输入电阻即为前级交流负载，因此有第一级电压放大倍数为第一级电压放大倍数为第二级电压放大倍数为第二级电压放大倍数为总的电压放大倍数为总的电压放大倍数为N级电压级电压放大电路总的电压放大倍数为放大电路总的电压放大倍数为二、多级放大电路的输入电阻和输出电阻二、多级放大电路的输入电阻和输出电阻输入电阻输入电阻R Ri i为第一级放大器的为第一级放大器的输入电阻：输入电阻：R Ri i=R=Ri1i1输出电阻输出电阻R R0 0为第为第n n级放大器的级放大器的输出电阻：输出电阻：R Ro o=R=Ronon3.3.23.3.2 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性分别为分别为两级放大电路的波特图两级放大电路的波特图BW0+40dB/十倍频十倍频-20dB/十倍频十倍频+20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频BW1两级两级单级单级6dB3dBfL1fLfHfH100ff单级单级-450/十倍频十倍频-450/十倍频十倍频-900/十倍频十倍频-900/十倍频十倍频-900-1800-2700-3600-4500-5400两级两级3.3.33.3.3 共射共射-共基放大电路的频率特性共基放大电路的频率特性共射共射-共基两种组态电路组成的共基两种组态电路组成的两级两级放大电路如下：放大电路如下：+ui-Rb1Rb2Re1T1T2Rb4Ce1Cb2Rc2Rb3+Vcc+uo-+-Rb1Rb2rbe1rbe2Rc2+-RL1=Ri2串接放大电路，属于直串接放大电路，属于直接耦合放大电路。接耦合放大电路。一、电压放大倍数一、电压放大倍数第一级共射放大电路的电第一级共射放大电路的电压放大倍数为压放大倍数为+-Rb1Rb2rbe1rbe2Rc2+-RL1=Ri2若若Ic1Ic2，1=2=,则rbe1rbe2第二级共基放大电路的电压放大倍数为第二级共基放大电路的电压放大倍数为总的总的电压放大倍数为：电压放大倍数为：二、频率特性二、频率特性特点特点：具有较高的上限截止频率和：具有较高的上限截止频率和较宽的通频带，是较宽的通频带，是宽频带放大电路宽频带放大电路基本形式。基本形式。20lgAu/dB0fHf直接放大电路的直接放大电路的幅频特性幅频特性