单管放大器的频率特性物理教学课件PPT

5.5.4 单管放大器的频率特性单管放大器的频率特性bbrberCb+_cRmsR+_bR1C o+_iRsU.beU.beU.gU.ou CC+Vb11Rc1Rc2RsRb21Rb22R2C1C3Csu1T2T+_+_LRou CC+VbRcRsR1Csu1T+_+_单管放大器全频段等效电路单管放大器全频段等效电路代表性的单管放大器代表性的单管放大器ou CC+Vb11Rc1Rc2RsRb21Rb22R2C1C3Csu1T2T+_+_LRou CC+VbRcRsR1Csu1T+_+_ 典型的阻容耦合多级放大器典型的阻容耦合多级放大器 beibessibbberRUURRrr ibbbbeRR / /(rr ) omcb eUg uR oobebeiusMmcsibbbesbesrRUUUAg RRRrrUUUbbrber+_cRsR+_bRiR+_b.beU.sU.mbeUgoU.bbrberCb+_cRmsR+_bR1C o+_iRsU.beU.beU.gU.中频段等效电路中频段等效电路单管放大器全频段等效电路单管放大器全频段等效电路1、中频段分析、中频段分析(ffL,ffH) CC1可视为短路，可视为短路， 可可视为开路：视为开路：ber+_cRsR+_bRiR1Cbbr+_b.beU.sU.mbeUgoU.LHPLj f / fA1j f / f usLHPusMAAAbbrberCb+_cRmsR+_bR1C o+_iRsU.beU.beU.gU.低频段等效电路低频段等效电路L1si1f2 C (RR )2、低频段分析、低频段分析(ffL) CC1可视为短路，可视为短路， 必须考虑；必须考虑； 高频段等效电路可认为是在中频段等效电路的输高频段等效电路可认为是在中频段等效电路的输出回路中并入出回路中并入C ，也即引入了一个低通环节。，也即引入了一个低通环节。4、全频段综合分析、全频段综合分析LH 180 90arctan f / f arctan f / f HLLusMusffj11ffj1ffjAA在全频段，信号在各自区域内起作用，而在其它区域可认为不在全频段，信号在各自区域内起作用，而在其它区域可认为不起作用。起作用。全频段的增益全频段的增益：幅频表达式为：幅频表达式为：相频表达式为：相频表达式为：2H2LLusmus)(f/f11lg20)(f/f1f/flg20lgA20Alg20H1f2 C RL1si1f2 C (RR )( LRgrrRRRAmbeebiSiusmbbrberCb+_cRmsR+_bR1C o+_iRsU.beU.beU.gU.单管放大器全频段等效电路单管放大器全频段等效电路R5、单管放大器、单管放大器全频段全频段频率特性波特图频率特性波特图 LH 180 90arctan f / f arctan f / f 2H2LLusmus)(f/f11lg20)(f/f1f/flg20lgA20Alg206、增益带宽积、增益带宽积)( LsmRgrrRRRAmbeebiSiu21RCfffBHLH中频增益：中频增益：放大电路带宽放大电路带宽:C =C + (1+gmRL )C 放大电路带宽越宽，增益越小，相互矛盾放大电路带宽越宽，增益越小，相互矛盾5.5.5 多级放大器的频率特性多级放大器的频率特性n将放大器正确分解为单管放大单元、高通、低通单元，将放大器正确分解为单管放大单元、高通、低通单元，然后串联进行多级放大器频率特性分析。然后串联进行多级放大器频率特性分析。 CC+V1R2R5RsR3R4R2C1C3C1T3T+_+_6R2TLRsU.oU.4C一个三级放大器的电路图一个三级放大器的电路图多级放大器的截止频率公式：多级放大器的截止频率公式：2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1 . 1nffff 减小减小增大增大通频带通频带B变窄变窄 在实际的多级放大在实际的多级放大电路中，当各放大级的电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一可取其主要作用的那一级作为估算的依据。级作为估算的依据。fH1fH2-20dB/10倍频程倍频程-40dB/10倍频程倍频程二级放大电路波特图的画法举例二级放大电路波特图的画法举例附加附加相移相移表达式表达式4332110110110111fjfjffjffjAAHHusmus 105 . 2j110j15j1j20054ffffAuHz10 Hz5 104HL3mffAu例：已知两级共射放大电路的电压放大倍数例：已知两级共射放大电路的电压放大倍数（1）Aum？fL？fH ?（2）画出波特图。解：2H22H21HH1111 . 11nffff 总的总的上限上限频率频率 )105 . 2j1)(10j1)(5j1 (5j10543ffffAu5.5.6 负反馈放大器的稳定性负反馈放大器的稳定性 1、负反馈放大器的自激现象：、负反馈放大器的自激现象：q输入为输入为0时，输出端出现了幅度较大的交流波形，这时，输出端出现了幅度较大的交流波形，这种现象为自激振荡（简称自激）。种现象为自激振荡（简称自激）。2、自激产生的条件：、自激产生的条件：AFiXidXoXfX+_.00（较大） oidffoXA XA(0X )AXAFX | A F |1AF(2n 1) , n0,1,2,. -幅值条件幅值条件。-相位条件相位条件。自激振荡的产生主要是由于放大电路在高频段存在附加相移自激振荡的产生主要是由于放大电路在高频段存在附加相移造成的。造成的。高频段每级放大器有高频段每级放大器有0-90相移，三级放大器有相移，三级放大器有0270附附加相移，当附加相移为加相移，当附加相移为-180时，负反馈变为正反馈；时，负反馈变为正反馈；3、自激振荡产生的原因、自激振荡产生的原因例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应例：单管阻容耦合共射放大电路的频率响应 270ouA0.707AumAumfLfHBWffOO 90o 180ofLfH可见，在低、高频段，单级放大电路分别产生了可见，在低、高频段，单级放大电路分别产生了 0 + 90 和和 0 - -90 的附加相移，不会产生自激振荡。的附加相移，不会产生自激振荡。1 FA)210() 12(，nnFA 两级放大电路将产生两级放大电路将产生 0 180 附加相移，但附加相移，但 180 时，A=0，也不会自激，三级放大电路将产生也不会自激，三级放大电路将产生 0 270 的附加相移，的附加相移，有可能自激。有可能自激。结论：结论：对于对于三级以上的多级放大电路三级以上的多级放大电路，如果某个频率的信，如果某个频率的信号产生的号产生的附加相移为附加相移为 180o，同时，同时满足幅度条件满足幅度条件，放大电路将，放大电路将产生自激振荡。产生自激振荡。(1)(1)判断方法判断方法1:1:4、负反馈放大电路稳定性的判断、负反馈放大电路稳定性的判断在幅频特性波特图中（纵坐标为在幅频特性波特图中（纵坐标为20log(AF)20log(AF)，找到满足，找到满足自激自激振荡的幅度条件振荡的幅度条件(20logAF=0)(20logAF=0)对应的频率为对应的频率为f fC C判断判断f fC C 对应的附加相移对应的附加相移， -180-180180, ,则电路稳定。则电路稳定。fc判断方法判断方法2 2在相频特性波特图中，找到满足在相频特性波特图中，找到满足自激振荡相位条件自激振荡相位条件( (=-180) )对应的频率对应的频率f fo o判断判断f fo o 对应的幅频特性对应的幅频特性20logAF20logAF的值，的值，20logAF0,20logAF0,则电路不稳定。则电路不稳定。 20logAF0,20logAF - -180 Gm5、稳定裕度、稳定裕度(1)幅值裕度幅值裕度 Gmf / HZf / HZfofo60dB/lg20FA4020OO 90 180 AFfcfc)dB(lg200mffFAG 对于稳定的负反馈放大对于稳定的负反馈放大电路，电路，Gm 为负值。为负值。 Gm 值愈值愈负，负反馈放大电路愈稳定。负，负反馈放大电路愈稳定。一般要求一般要求 Gm - -10 dB 。1FA1FA AF -180 设计放大电路不仅要保证不自激，同时要留有一定的稳定裕度设计放大电路不仅要保证不自激，同时要留有一定的稳定裕度。不自激的条件：不自激的条件： AF = - -180(2)相位裕度相位裕度 m 180AF 当当 f = fc 时，时，0lg20 FAcAFm180ff 负反馈放大电路稳定负反馈放大电路稳定对于稳定的负反馈对于稳定的负反馈放大电路，放大电路， m 为正值。为正值。 m 值愈大，负反馈放大值愈大，负反馈放大电路愈稳定。电路愈稳定。一般要求一般要求 m 45 f / Hzf / Hzfofo60dB/lg20FA402000 90 180 AFfcfc mGm6、自激振荡的消除方法、自激振荡的消除方法（1）减小环路通频带增益）减小环路通频带增益 ，使，使fc 提前产生，提前产生，从而使从而使fc0dB解解：解：为使解：为使 f0=103Hz， 20lgAF0dB即即20lgAF60dB+20lgF0所以所以F0.001（3）若想引入负反馈后电路稳定，则）若想引入负反馈后电路稳定，则 F 的上限值约为多的上限值约为多少？少？