第4章放大电路的频率响应和噪声(机械工业黄丽亚)教材课件

第第4章章 放大电路的频率响应和噪声放大电路的频率响应和噪声 4.1 放大电路的频率响应和频率失真放大电路的频率响应和频率失真 4.1.1 放大电路的幅频特性和幅频失真放大电路的幅频特性和幅频失真 4.1.2 放大电路的相频特性和相频失真放大电路的相频特性和相频失真4.1.3 波特图波特图4.2晶体管的高频小信号模型和高频参数晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型晶体管的高频小信号模型2024/7/121模拟电子技术模拟电子技术二、二、特征频率特征频率fT4.3 晶体管放大电路的频率响应晶体管放大电路的频率响应4.3.1共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率响应一、共射放大电路的高频响应一、共射放大电路的高频响应4.1.2晶体管的高频参数晶体管的高频参数二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应 三、共基电流放大系数三、共基电流放大系数(jf)及及f一、共射电流放大系数一、共射电流放大系数(j f)及其上限频率及其上限频率f2024/7/122模拟电子技术模拟电子技术第第4章章 放大电路的频率响应和噪声放大电路的频率响应和噪声（1）掌握放大电路频率响应的有关概念，掌握放大）掌握放大电路频率响应的有关概念，掌握放大器的低频、中频和高频等效电路器的低频、中频和高频等效电路（2）掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。）掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。（3）了解单管放大电路频率响应的分析方法。）了解单管放大电路频率响应的分析方法。（4）了解波特图的概念及画法。）了解波特图的概念及画法。2024/7/123模拟电子技术模拟电子技术1.待放大的信号，具有一定的频率范围。待放大的信号，具有一定的频率范围。2.放大电路的放大性能与频率有关。放大电路的放大性能与频率有关。由于电抗元件的存在，使得放大器对不同频率信号由于电抗元件的存在，使得放大器对不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同，那么放大后的信分量的放大倍数和延迟时间不同，那么放大后的信号各频率分量的号各频率分量的大小比例大小比例和和时间相对关系时间相对关系将不同于将不同于输入信号。输入信号。由此产生的失真称为由此产生的失真称为频率失真频率失真。4.1 放大电路的频率响应和频率失真放大电路的频率响应和频率失真 2024/7/124模拟电子技术模拟电子技术幅频失真和相频失真幅频失真和相频失真.avi线性失真线性失真起因起因结果结果线性电抗元件线性电抗元件引起引起非线性元件非线性元件引起引起不产生不产生新的频率分量新的频率分量产生产生新的频率分量新的频率分量非线性失真非线性失真2024/7/125模拟电子技术模拟电子技术4.1.1 放大电路的幅频特性和幅频失真放大电路的幅频特性和幅频失真 图图 4.1.2 幅频特性幅频特性(a)理想幅频特性理想幅频特性f0f0(c)阻容耦合放大电路幅频特性阻容耦合放大电路幅频特性 中频区中频区低频区低频区高频区高频区上限频率上限频率下限频率下限频率通频带通频带增益频带积增益频带积中频增益中频增益2024/7/126模拟电子技术模拟电子技术 图图4.1.3 相频特性相频特性f0(a)理想相频特性理想相频特性4.1.2 放大电路的相频特性和相频失真放大电路的相频特性和相频失真0(c)阻容耦合放大电路的相频特性阻容耦合放大电路的相频特性 2024/7/127模拟电子技术模拟电子技术4.1.3 波特图波特图波特图就是一种采用对数坐标的频率特性曲线。波特图就是一种采用对数坐标的频率特性曲线。CR+_+_图图 4.1.4 高通电路的频率响应及其波特图高通电路的频率响应及其波特图（a）高通电路）高通电路（b）频率响应）频率响应 2024/7/128模拟电子技术模拟电子技术图图 4.1.4 高通电路的频率响应及其波特图高通电路的频率响应及其波特图（c）波特图）波特图（b）频率响应）频率响应 线性刻度线性刻度对数刻度对数刻度对数刻度对数刻度对数刻度对数刻度2024/7/129模拟电子技术模拟电子技术普遍意义的结论普遍意义的结论(1)电路的截止频率决定于电容所在回路的电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数时间常数。(2)当当f=fL或或fH时，增益下降时，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，可用近似分析中，可用近似波特图近似波特图表示放大电路的频率特性。表示放大电路的频率特性。2024/7/1210模拟电子技术模拟电子技术4.2晶体管的高频小信号模型和高频参数晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型晶体管的高频小信号模型图图4.2.1 晶体管的高频小信号混合晶体管的高频小信号混合模型模型 2024/7/1211模拟电子技术模拟电子技术4.1.2晶体管的高频参数晶体管的高频参数一、共射电流放大系数一、共射电流放大系数(j f)及其上限频率及其上限频率fIb.ecb图 4.2.2 的分析的分析 2024/7/1212模拟电子技术模拟电子技术2024/7/1213模拟电子技术模拟电子技术二、二、特征频率特征频率fTffTf010|(jf)|0.70702024/7/1214模拟电子技术模拟电子技术三、共基电流放大系数三、共基电流放大系数(jf)及及f2024/7/1215模拟电子技术模拟电子技术4.3 晶体管放大电路的频率响应晶体管放大电路的频率响应RsC1RB2RB1REC3C2RCRLUo.Us.UCC图图4.3.1(a)共射放大器电路共射放大器电路4.3.1共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率响应1.高频小信号等效电路及其简化模型高频小信号等效电路及其简化模型一、共射放大电路的高频响应一、共射放大电路的高频响应2024/7/1216模拟电子技术模拟电子技术(b)等效电路等效电路(设设RB1/RB2rbe)rbebrbbRsUsrceRCRLUobeRLCbcCbecUbegm图图4.3.1 共射放大器及其高频小信号等效电路共射放大器及其高频小信号等效电路I1I22024/7/1217模拟电子技术模拟电子技术rbbRsUsrbeCbeCMbCM RLUobeUbegmcI1密勒等效电容密勒等效电容图图4.3.2(a)密勒等效后的单向化等效电路密勒等效后的单向化等效电路 2024/7/1218模拟电子技术模拟电子技术rbbRsUs.rbeCbeCMbCM RLUo.beUbegm.c图图4.3.2(a)密勒等效后的单向化等效电路密勒等效后的单向化等效电路I22024/7/1219模拟电子技术模拟电子技术图图4.3.2(b)进一步的简化等效电路进一步的简化等效电路 UbegmRLUoUsRsCiUbe2024/7/1220模拟电子技术模拟电子技术2.高频增益表达式及上限频率高频增益表达式及上限频率2024/7/1221模拟电子技术模拟电子技术|Aus(jf)|0.707|AuIs|AuIs|fffHfH0-180-22590(j )f|Aus(jf)|fffH0045900.01fH0.1fH10fH402020 dB/10倍频程倍频程(a)(b)(c)(d)(fH)45图图4.3.3共射放大电路的高频响应共射放大电路的高频响应 (a)幅频特性；幅频特性；(b)相频特性；相频特性；(c)幅频特性幅频特性近似近似波特图；波特图；(d)相频特性相频特性近似近似波特图波特图 线性刻度线性刻度对数刻度对数刻度对数刻度对数刻度(j )f2024/7/1222模拟电子技术模拟电子技术二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应(a)电路电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路 1.共射放大器的低频等效电路共射放大器的低频等效电路2024/7/1223模拟电子技术模拟电子技术低频等效电路低频等效电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路2024/7/1224模拟电子技术模拟电子技术简化低频等效电路简化低频等效电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路2024/7/1225模拟电子技术模拟电子技术2.C1、E对低频特性的影响对低频特性的影响2024/7/1226模拟电子技术模拟电子技术2024/7/1227模拟电子技术模拟电子技术 3.C2对低频响应的影响对低频响应的影响图图4.3.6 C2对低频响应影响的等效电路对低频响应影响的等效电路2024/7/1228模拟电子技术模拟电子技术(C2引入的下限角频率引入的下限角频率)2024/7/1229模拟电子技术模拟电子技术(中频源增益中频源增益)2024/7/1230模拟电子技术模拟电子技术图图4.3.7共射放大电路完整的频率响应波特图共射放大电路完整的频率响应波特图 2024/7/1231模拟电子技术模拟电子技术思考题思考题1.线性失真与非线性失真有何差异？线性失真与非线性失真有何差异？2.晶体管的频率参数晶体管的频率参数f、fT、f的含的含义如何如何？三者？三者的关系如何？的关系如何？3.共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降的原因是什么？的原因是什么？2024/7/1232模拟电子技术模拟电子技术作作 业业4.14.34.44.62024/7/1233模拟电子技术模拟电子技术 图528共射放大器电路2024/7/1234模拟电子技术模拟电子技术 图528共射放大器电路的幅频特性2024/7/1235模拟电子技术模拟电子技术 元、器件输入示意图元、器件输入示意图2024/7/1236模拟电子技术模拟电子技术Multisim 中中的的“分分析析方方法法”2024/7/1237模拟电子技术模拟电子技术MP3MP3播放器的音频频率范围为播放器的音频频率范围为20Hz-20kHz20Hz-20kHz。FMFM广播的音频频率范围为广播的音频频率范围为200Hz-15kHz200Hz-15kHz。AMAM广播的音频频率范围为广播的音频频率范围为200Hz-4.5kHz200Hz-4.5kHz。常见音频系统（设备）的通频带常见音频系统（设备）的通频带 2024/7/1238模拟电子技术模拟电子技术音阶音阶CDEFGAB简谱符号简谱符号1234567频率（频率（Hz）261293330349392440494频率频率(对数对数)48.349.350.350.851.852.853.8音阶的划分是在频率的对数坐标音阶的划分是在频率的对数坐标(20log)(20log)上取等分而得上取等分而得 2024/7/1239模拟电子技术模拟电子技术使用分贝做单位使用分贝做单位的的主要主要优点优点 (1)(1)数值变小，读写方便。数值变小，读写方便。一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大一共要放大2 2万倍左右。万倍左右。(2)(2)运算方便。运算方便。若某功放前级是若某功放前级是100100倍倍(20dB)(20dB)，后级是，后级是2020倍倍(13dB)(13dB)，那么总功率放大倍数是那么总功率放大倍数是10020=200010020=2000倍，总增益为倍，总增益为20dB20dB13dB=33dB13dB=33dB。2024/7/1240模拟电子技术模拟电子技术(3)(3)能如实地反映人对声音的感觉。能如实地反映人对声音的感觉。电功率从电功率从0.10.1瓦增到瓦增到1.11.1瓦，听到的声音响了很多；瓦，听到的声音响了很多；从从1 1瓦增强到瓦增强到2 2瓦，响度差不多；瓦，响度差不多；从从1010瓦增强到瓦增强到1111瓦，没人能听出响度差别。瓦，没人能听出响度差别。10.4dB 3dB 0.4dB 0.1W1.1W1W2W10W11WHiHiFiFi功放的音量旋钮刻度功放的音量旋钮刻度单位为单位为分贝。分贝。人耳听觉与声音功率分贝数成正比。人耳听觉与声音功率分贝数成正比。蚊子叫声与大炮响声相差蚊子叫声与大炮响声相差100100万倍，但人的感觉仅万倍，但人的感觉仅有有6060倍的差异，而倍的差异，而100100万倍恰是万倍恰是60dB60dB。2024/7/1241模拟电子技术模拟电子技术常用的常用的0dB0dB基准基准 dBFSdBFS以满刻度的量值为以满刻度的量值为0dB0dB，常用于各种特性，常用于各种特性曲线上；曲线上；dBmdBm在在600600负载上产生负载上产生1mW1mW功率功率(或或0.775V0.775V电压电压)为为0dB0dB，常用于交流电平测量仪表上；，常用于交流电平测量仪表上；dBVdBV以以1 1伏为伏为0dB0dB；dBWdBW以以1 1瓦为瓦为0dB0dB。2024/7/1242模拟电子技术模拟电子技术