模擬電子自學第五章mn_chp_5課件

1、(5-0)第五章第五章 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應 (5-1)第五章第五章 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應 5.1 頻率響應概述頻率響應概述 5.2 晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型 5.3 場效應管的高頻等效模型場效應管的高頻等效模型 5.4 單管放大電路的頻率響應單管放大電路的頻率響應 5.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 5.6 頻率響應與階躍響應頻率響應與階躍響應 5.7 Multisim應用舉例應用舉例(5-2) 在放大電路中，由于在放大電路中，由于耦合電容、旁路電耦合電容、旁路電容、晶體管極間電容、分布電容、寄生電容、晶體管極間電容、分布電容

2、、寄生電容等的存在，當輸入信號的頻率過高或過容等的存在，當輸入信號的頻率過高或過低時，電路的放大倍數(shù)不但數(shù)值會減小，低時，電路的放大倍數(shù)不但數(shù)值會減小，而且會產(chǎn)生超前或滯后的相移，因此電路而且會產(chǎn)生超前或滯后的相移，因此電路的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關系的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關系稱為稱為頻率響應或頻率特性。頻率響應或頻率特性。5.1 頻率響應概述頻率響應概述(5-3)一、一、 高通電路高通電路RCjRCjCjRRUUAiou112121 2 1:RCfRC1LLL設設jffffjffjjjALLLLLu1111(5-4)幅頻特性幅頻特性2)(11ffALu相頻特性相頻特性Lff

3、arctan90下限下限(截止截止)頻率頻率(5-5)二、二、 低通電路低通電路RCjCjRCjUUAiou11112121 2 1:RCfRC1HHH設設HHufjfjA1111(5-6)幅頻特性幅頻特性2)(11HuffA相頻特性相頻特性Hffarctan上限上限( (截止截止) )頻率頻率(5-7)LLuffffAarctan90 )(1120lg20lg2三、波特圖三、波特圖高通電路波特圖高通電路波特圖低通電路波特圖低通電路波特圖5.71O3dB )(1120lg20lg 2HHuffffAarctan(5-8) 電路的截止頻率由電容所在回路的時間常電路的截止頻率由電容所在回路的時間常

4、數(shù)數(shù)確定。確定。 當信號頻率為下限頻率當信號頻率為下限頻率 fL 或上限頻率或上限頻率 fH 時，放大電路的增益下降時，放大電路的增益下降 3dB，且產(chǎn)生，且產(chǎn)生+45o 或或 -45o 相移。相移。 在近似分析中，可用折線化的近似波特圖在近似分析中，可用折線化的近似波特圖表示放大電路的頻率特性。表示放大電路的頻率特性。 放大電路的通頻帶放大電路的通頻帶 fbw= fH - fL結結 論論(5-9)5.2 晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型一、混合一、混合模型：根據(jù)結構建立的模型：根據(jù)結構建立的體電阻、結電阻、結電容體電阻、結電阻、結電容gm為跨導，它不隨信號為跨導，它不隨信號頻率的變化

5、而變化頻率的變化而變化(5-10)混合混合模型的簡化及單向化：使信號單向傳遞模型的簡化及單向化：使信號單向傳遞ebceebceeb )1 (UUKXUKXUUICCCKXIUXCCC1ebCKCKC)1 ()1 (CKKC1 同理可得，同理可得，密勒定理密勒定理(5-11)簡化的晶體管高頻等效模型簡化的晶體管高頻等效模型L 1/ RCCCCCLmRgK(5-12)簡化的混合簡化的混合模型的主要參數(shù)模型的主要參數(shù)EQTIUr)1 (0ebTEQUIrgrIgUgIIeb0mebbmebmb0cCCCobbbCCr、手冊：手冊：T管模型：管模型： h參數(shù)模型參數(shù)模型 混合混合模型模型(5-13)二

6、、電流放大倍數(shù)的頻率響應二、電流放大倍數(shù)的頻率響應CEbc UIIebeb0ebebebm 21)( 21j1)( 1 CrCCrfffCCjrUUg由定義知：由定義知：CCCKCCUUKU ebcece )1 (0/ 0共射截止共射截止頻率頻率(5-14)電流放大倍數(shù)的波特圖電流放大倍數(shù)的波特圖5.71注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差dB33d220lg20dB/10倍頻倍頻特征頻率特征頻率(5-15)( 21ebCCrf晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù)1 j1 0ff共射截止頻率共射截止頻率 ： f特特 征征 頻頻 率率 ： fT 0 f共基截止頻率：共基截止頻率： f =( 1

7、+0) f 0 f fT從從IEQ估算估算從手冊查得從手冊查得求求C： (5-16)5.3 場效應管的高頻等效模型場效應管的高頻等效模型高頻等效模型高頻等效模型簡化模型簡化模型(5-17)5.4 單管放大電路的頻率響應單管放大電路的頻率響應5.4.1 單管共射放大電路的頻率響應單管共射放大電路的頻率響應短短路路。開開路路，中中頻頻段段：CC的的影影響響。開開路路，考考慮慮低低頻頻段段：CC短路。短路。的影響，的影響，高頻段：考慮高頻段：考慮CC分頻段考慮：分頻段考慮：(5-18)一、中頻電壓放大倍數(shù)一、中頻電壓放大倍數(shù)短短路路開開路路， CCLcLbebebbbbiLbeebisieboieb

8、sism/)/()(RRRrRrrRRRgrrRRRUUUUUUAmu(5-19)二、低頻電壓放大倍數(shù)二、低頻電壓放大倍數(shù) CC 開開路路，考考慮慮CRRjCRRjRgrrRRRRCjRRRgrrRRRUUUUUUAmmu)(1)()( 1)( LcLcLbeebisiLLccbeebisieboiebsisl高通高通(5-20)jffAffjffjACRRjCRRjACRRjCRRjRgrrRRRAuLLuumuLsmsmLcLcsmLcLcLbeebisisl111 )(1)( )(1)()(CRRf)(21LcL下限截止頻率：下限截止頻率：(5-21)三、高頻電壓放大倍數(shù)三、高頻電壓放大

9、倍數(shù) 短短路路，考考慮慮CC)/( bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRU低通低通)(11 LbeebisiebosebssshRgCjRCjrrRRRUUUUUUAmu(5-22)H21RCf上限截止頻率：上限截止頻率：HsmsmLbeebisish1111 )(11fjfARCjARgCjRCjrrRRRAuumu(5-23)四、完整頻率響應的波特圖四、完整頻率響應的波特圖)1)(1 (1 )1 (1)1 (HLsmHLLsmfjfjffAffjffjffjAAuuu綜合考慮綜合考慮(5-24)五、截止頻率五、截止頻率CRRf)(21LcL下限截止頻率：下限截止頻率：bsb

10、bebH)/(2121CRRrrRCf上限截止頻率：上限截止頻率：由電容所在回路的由電容所在回路的時間常數(shù)決定時間常數(shù)決定(5-25)5.4.2 單管共源放大電路的頻率響應單管共源放大電路的頻率響應gsgHLdL 21)(21CRfCRRf)1)(1 (1HLsmffjjffAAuu(5-26)5.4.3 放大電路頻率響應的改善放大電路頻率響應的改善 和增益帶寬積和增益帶寬積一、低頻特性的改善：一、低頻特性的改善： 應應耦合電容耦合電容 C 所在回路的時所在回路的時間常數(shù)，以降低間常數(shù)，以降低 fL，但改善的程度有，但改善的程度有限。限。 最佳解決方法：采用直接耦合方最佳解決方法：采用直接耦合

11、方式。式。(5-27)二、高頻特性的改善：二、高頻特性的改善： 應應 C所在回路時間常數(shù)，以增大所在回路時間常數(shù)，以增大 fH。 fH的提高與的提高與Ausm 的增大相互矛盾！的增大相互矛盾！)( )1 (|)|1 (LbeebisismRgrrRRRACRgCCKCCmuLm通常通常 fH fL 通頻帶通頻帶 fbw= fH - fL fH 增益與帶寬矛盾增益與帶寬矛盾 引入新參數(shù)：增益帶寬積引入新參數(shù)：增益帶寬積 (5-28)三、增益帶寬積：三、增益帶寬積：bsbbebLbeebisismsm)/(21|CRRrrRgrrRRRfAfAmHubwubbeibbebebsbssLLL / /

12、 (1) 1 mmmRrRRrrRRRRRCg R CCg RCCCg R C若若: :，CrfAbbbwusm 21|(5-29) 因因 rbb 和和 C由晶體管決定，故管子選定后，由晶體管決定，故管子選定后，放大電路增益帶寬積就大體確定。即：增益放大電路增益帶寬積就大體確定。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎就變窄多少倍。增大多少倍，帶寬幾乎就變窄多少倍。 為改善電路的高頻特性，拓展頻帶，應首為改善電路的高頻特性，拓展頻帶，應首選選rbb 和和 Cob ( C)均小的高頻管，并盡量減均小的高頻管，并盡量減小小 C所在回路總等效電阻。此外，也可采所在回路總等效電阻。此外，也可采用共基電路。用共基電

13、路。 注意：放大電路的通頻帶并非越寬越好，注意：放大電路的通頻帶并非越寬越好，而是夠寬最好，有利于抵抗外部干擾信號。而是夠寬最好，有利于抵抗外部干擾信號。CrfAbbbwusm 21| (5-30)5.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應nkukuAA1nkukuAA1|lg20|lg20nkk1n級放大電路的級放大電路的 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)幅頻特性：幅頻特性：相頻特性：相頻特性：n個放大管個放大管n個低通電路個低通電路 m個耦合或旁路電容個耦合或旁路電容m個高通電路個高通電路(5-31)n n級放大電路截止頻率的估算級放大電路截止頻率的估算下限頻率下限頻率 fL:nkff1

14、Lk2L1 . 1上限頻率上限頻率 fH:nkff1Hk2H11 . 11結論：結論：1. 放大電路的級數(shù)越多，頻帶越窄；放大電路的級數(shù)越多，頻帶越窄； 2. 若若 fLk 遠高于其它各級，則遠高于其它各級，則 fLfLk; 3. 若若fHk遠低于其它各級，則遠低于其它各級，則 fHfHk;n個耦合或個耦合或旁路電容旁路電容n個放大管個放大管(5-32)兩兩級級放放大大電電路路的的波波特特圖圖例例1(5-33)解解: 低頻有一拐點，低頻有一拐點， 為為20dB/十倍頻十倍頻 電路有一耦合電路有一耦合 或旁路電容或旁路電容 fL=10Hz 高頻有一拐點，為高頻有一拐點，為-60dB/十倍頻十倍頻

15、 電路為三級放大電路電路為三級放大電路 ，每級，每級 fH=2105HzP243 例例5.5.1例例2某電路各級均為共射電路某電路各級均為共射電路,求求:fL, fH, Au。105Hz 31 . 1/HH ff354)1021)(101 (01jfjfAu(5-34)P244 例例5.5.2例例3試求電路的各試求電路的各fL和和fH。解解: fL=1 / 2 fH=1 / 2 = RC 關鍵應求各電容所關鍵應求各電容所 在電路的等效電阻在電路的等效電阻(5-35)耦合或旁路電容：短路；級間電容：開路耦合或旁路電容：短路；級間電容：開路若若C1=C2=Ce，則，則e1、2 ， Ce的影響很大的影響很大(5-36)5.6 頻率響應與階躍響應頻率響應與階躍響應頻率響應：頻率響應： 在頻域內(nèi)分析，考查輸入信號幅值不在頻域內(nèi)分析，考查輸入信號幅值不變時，輸出信號的幅值和相位隨頻率的變變時，輸出信號的幅值和相位隨頻率的變化而變化的情況?；兓那闆r。階躍響應：階躍響應： 在時域內(nèi)分析，考查輸入信號為階躍在時域內(nèi)分析，考查輸入信號為階躍函數(shù)時，輸出信號的前沿和頂部的變化情函數(shù)時，輸出信號的前沿和頂部的變化情況。況。(5-37)放放大大電電路路的的階階躍躍響響應應上升時間上升時間傾斜率傾斜率超調(diào)量超調(diào)