放大电路的频率响应ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.1,半导体三极管,4.3,放大电路的分析方法,4.4,放大电路静态工作点的稳定问题,4.5,共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2,共射极放大电路的工作原理,4.6,组合放大电路,4.7,放大电路的频率响应,1,4 双极结型三极管及放大电路基础4.1 半导体三极管4.3,阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。,频率特性,幅频特性：,电压放大倍数的模,|,A,u,|,与频率,f,的关系,相频特性：,输出电压相对于输入电压的,相位移,与频率,f,的关系,二、阻容耦合放大电路的频率特性,阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容,2,通频带,f,|A,u,|,0.707,|A,u,o,|,f,L,f,H,|A,u,o,|,幅频特性,下限截止频率,上限截止频率,耦合、旁路电容造成。,三极管结电容、,造成,f,270,180,90,相频特性,O,通频带f|Au|0.707|Auo|fLfH|Auo,3,4.7,频率响应的基本概念及单管共射电路的频率响应,一、频率响应的基本概念,二、频率响应的分析方法,三、晶体三极管的高频分析模型,四、单管共射放大电路的,高,频响应,五、,单管共射放大电路的,低,频响应,4.7 频率响应的基本概念及单管共射电路的频率响应一、频率响,4,-180,-90,-270,f,L,f,h,0.707,A,U,A,U,A,(j,f,),f,(j,f,),f,一、频率响应的基本概念,CE,接法基本放大电路,低,频截频,高,频截频,=arg,A,(j,f,),-180-90-270fLfh0.707AUAUA(j,5,-180,-90,-270,f,L,f,h,0.707,A,U,A,U,A,(j,f,),f,(j,f,),f,一、频率响应的基本概念,(,续）,中频段：,A,u,=,常数,低频段,高频段,A,u,下降,中频段：相位差,=,常数,低频段,高频段,改变,这种描绘输入信号幅度固定，,输出信号的幅度随频率变化而变化,的规律称为,幅频特性,。用,A,(j,f,),或,A,（,j,),表示,这种描绘输出信号与输入信号,之间相位差随频率变化而变化的规,律称为,相频特性,。用,（,）,-180-90-270fLfh0.707AUAUA(j,6,幅度频率失真：,幅频特性偏离中频值的现象,相位频率失真：,相频特性偏离中频值的现象,频率响应的,定义,频率响应就是,放大电路对,输入正弦信号,的稳态响应。,反映了放大器对不同频率信号的放大能力。记作,A,(j,),或,A,(j,f,),。,频率响应特性,幅度频率特性：,A,(j,),或,A,(j,f,),相位频率特性：,(,),或,(,f,),中频增益,中间频率段的增益,频带宽度,BW=,f,h,-,f,l,f,h,、,f,l,增益下降到中频增益的,0.707,倍（即,3dB,处）所对应的频率。,一、频率响应的基本概念,(,续）,频率失真,幅度频率失真：幅频特性偏离中频值的现象 频率响应的定义,7,产生频率失真的原因,（,1,）放大电路中存在电抗性元件,例如：耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等。,影响低频增益,主要是,耦合电容和旁路电容,影响高频增益,晶体管的结电容,及引线等杂散电容,（,2,）三极管的,(,),是频率的函数,在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用,高频小信号模型,。,一、频率响应的基本概念,(,续）,产生频率失真的原因一、频率响应的基本概念(续）,8,线性系统的分析：,时域,拉氏逆变换,自变量：,t,自变量：,s,=,+j,传输函数定义：,非标准式,标准式,二,、频率响应的分析方法,拉氏变换,复频域,线性系统：,其中：,z,1,、,z,2,、,、,z,m,零点,p,1,、,p,2,、,、,p,n,极点,系统稳定的条件：所有零、,极点均分布在左半平面,线性系统的分析：时域拉氏逆变换自变量：t自变量：s=,9,传输函数的计算,U,o,(,s,)=,R,R,+1/(,sC,),=,R sC,R sC,+1,=,s,s,+1/,RC,RC,高通电路,传递函数有一个零点,z,1,=0,和一个极点,p,1,=-1/,RC,j,z,1,=0,p,1,=-1/,RC,零点,极点图,分析频率响应时，令,s,=j,U,i,(,s,),H,(,s,)=,U,o,(,s,),U,i,(,s,),=,s,s,-,p,1,A,u,(j,)=,U,o,(j,),U,i,(j,),=,j,j,-,p,1,频率响应特性,二,、频率响应的分析方法,(,续,),传输函数的计算Uo(s)=RR+1/(sC)=R sC,10,频率响应的波特图,采用,对数坐标,来描述幅频特性和相频特性的图形表示方法。,线性坐标系中：纵坐标是放大增益，采,用对数单位；横坐标频率采用对数单位，,但以频率标识。（习惯）,波特图的近似描绘,渐近线描绘,1.,幅频特性的渐近线描绘,典型传递函数：,首先 将传递函数写成作图的形式,有两个零点和三个极点,A,=,A,1,1,/(,2,3,4,),频率响应的波特图采用对数坐标来描述幅频特性和相频特性的图形,11,幅频特性：,二,、频率响应的分析方法（续）,幅频特性用,dB,表示：,幅频特性：二、频率响应的分析方法（续）幅频特性用dB表示：,12,(1),一阶零点 幅频特性的渐近线,波特图,10,100,1000,1,=10,(1)一阶零点 幅频特性,13,(1),一阶零点 幅频特性的渐近线（续）,当,1,时，,|,A,(,j,)|=20lg(,/,1,),当,=,1,时，,|,A,(,j,)|=3dB,20dB/dec,波特图,0.1,1,1,10,1,10,100,1000,1,=10,(1)一阶零点,14,20dB/dec,-20dB/dec,波特图,0.1,1,1,10,1,(2),一阶极点 幅频特性的渐近线,当,1,时，,y,=-20lg(,/,1,),当,=,1,时，,y,=-3dB,渐近线描绘方法,当,1,时，作,0,水平线；,当,1,时，作,20dB/,十倍频的斜线。,一阶零点,一阶极点,20dB/dec-20dB/dec波特图0.1,15,(3),一阶零点 幅频特性的渐近线,20dB/dec,-20dB/dec,波特图,0.1,1,10,是一条通过,=1,，斜率为,20dB/,十倍频的斜线。,(4),一阶极点 幅频特性的渐近线,是一条通过,=1,，斜率为,-20dB/,十倍频的斜线。,小结：,将零点与极点的影响累加起来，即可得到总的幅频特性。,经过一个零点，斜率增加,20dB/,十倍频；,经过一个极点，斜率减小,20dB/,十倍频。,(3)一阶零点 幅频特性的,16,0.1,1,1,10,1,(),分析：,当,1,时，,(,)=90,45,/dec,波特图,2.,相频特性的渐近线描绘,(1),一阶零点 相频特性的渐近线,1,10,100,1,=10,1000,0.1 11101()分析：45/dec波,17,0.1,1,1,10,1,(),-,45,/dec,45,/dec,(1),一阶零点 相频特性的渐近线（续）,用三条渐近线描绘,当,0.1,1,时，作,0,0,水平线；,当,10,1,时，作,90,0,水平线；,当,0.1,1,10,1,时，作,45,0,/,十倍频斜线。,(2),一阶极点 相频特性的渐近线,一阶零点,一阶极点,0.1 11101()-45/dec45,18,0.1,1,10,(3),一阶零点 的渐近线相频特性,(4),一阶极点 的渐近线相频特性,一阶零点,一阶极点,0.1110(3)一阶零点 的渐近线相频,19,例,1:,解：,1,）,A,=10,5,20lg,A,=20lg10,5,=100dB,；,以,100dB,为起点,.,2,）存在三个极点,10,4,、,10,6,和,10,7,，分别画出三个极点的渐近线；,3,）合成波形，进行斜率累加。,复习：将零点与极点的影响累加起来，即可得到总的幅频特性,经过一个零点，斜率增加,20dB/,十倍频；,经过一个极点，斜率减小,20dB/,十倍频。,小结：,画波特图的一般步骤：,（,1,）写出标准式：找常数项；,（,2,）画出各个零、极点的渐近线；,（,3,）合成波形。,例1:解：1）A=10520lgA=20lg105=100,20,20lg|,A,(j,),|(dB),10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,20,40,60,80,100,-20dB/dec,-40dB/dec,-60dB/dec,-45,0,-90,0,-135,0,-180,0,-225,0,(),-270,0,波特图,三个极点：,10,4,、,10,6,和,10,7,20lg|A(j)|(dB)10210310410510,21,例,2,：,解：,1,）标准式,常数项：,A,=1,，,20lg,A,=0dB,，,以,0dB,为起点,。,2,）存在两个零点,0,、,10,和三个极点,20,、,100,和,10,4,，分别画出零、极点的渐近线。,3,）合成波形。,波特图,例2：解：1）标准式常数项：A=1，20lgA=0dB，,22,20lg|,A,(j,),|(dB),1,10,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,20,40,60,80,100,20dB/dec,40dB/dec,-20dB/dec,20dB/dec,0dB/dec,放大器的低频截频,由低频段,最大的低频极点,决定，,l,=10,2.,放大器的高频截频,由高频段,最小的高频极点,决定，,h,=10,4,3dB,3dB,带宽,3,dB,=,h,-,l,h,波特图,M,N,20lg|A(j)|(dB)1 1010210310,23,晶体三极管高频物理模型,-,混合,模型,双极型三极管物理模型,三、晶体三极管的高频模型,双极型三极管,晶体三极管高频物理模型-混合模型双极型三极管物理模,24,晶体三极管高频物理模型,-,混合,模型（续）,r,bb,-,基区的体电阻，,b,是假想的基区内 的一个等效集中点。对高频影响很大，数值十几,几十欧姆。,r,be,和,C,be,发射结等效交流电阻和结电容,。,r,bc,和,C,bc,集电结等效交流电阻和结电容。,g,m,U,be,受控电流源，,U,be,对输出电流的控制作用。（,g,m,=i,c,/U,be,),r,ce,受控电流源的内阻，,很大，可忽略,。,双极型三极管物理模型,三、晶体三极管的高频模型,晶体三极管高频物理模型-混合模型（续）rbb-,25,三、晶体三极管的高频模型,（续）,晶体三极管高频物理模型,-,混合,模型（续）,忽略,r,ce,和,r,bc,双极型三极管物理模型,三、晶体三极管的高频模型（续）晶体三极管高频物理模型-混,26,密勒原理,设放大倍数,K,=,U,2,/,U,1,（,1,）求,Z,1,（,2,）同理求得,Z,2,若,Z,为电容,Z,=1/(j,C,),则,Z,i,=1/(j,C,i,),i,=1,2,Z,I,1,I,2,U,1,U,2,Z,1,U,1,I,1,Z,2,U,2,I,2,三、晶体三极管的高频模型,（续）,密勒原理设放大倍数K=U2/U1（2）同理求得Z,27,单向近似模型,三、晶体三极管的高频模型,（续）,单向近似模型三、晶体三极管的高频模型（续）,28,问题：,和,g,m,之间的关系如何？,g,m,是否随温度变化？,0,：,0,即低频时的,，反映了三极管的放大作用。,g,m,：,称为跨导，反映输入电压对输出电流的控制，,g,m,与频率无关。,简化混合,模型,问题：和gm之间的关系如何？gm是否随温度变化？,29,根据电路连