第5章 放大電路頻率響應(yīng)

5.1頻率響應(yīng)的基本概念和波特圖第5章放大電路的頻率響應(yīng)

5.4多級放大器的頻率響應(yīng)小結(jié)5.3放大電路的頻率響應(yīng)5.2高頻小信號混合等效電路

5.1.1放大電路頻率響應(yīng)的基本概念一.頻率響應(yīng)Au(f)—幅頻特性(f)—相頻特性二.三個頻段的劃分1).中頻區(qū)(段)特點:Au與f無關(guān)

與f無關(guān)原因:不考慮電路中電容的影響特點:Au與f有關(guān)(f下降A(chǔ)u也下降,與頻率有關(guān))原因:由于C1和C2的存在在頻率比較低時，耦合電容和旁路電容所產(chǎn)生的容抗不可忽略,使輸出電壓下降，所以Au下降2).低頻區(qū)(段)3).高頻區(qū)(段)特點:Au與f有關(guān)(f增大Au下降,與f有關(guān))原因:由晶體管的極間電容的存在,分布電容的存在引起f

L

—下限截止頻率f

H

—上限截止頻率三.頻帶寬度(帶寬)BWBW=f

H

-

f

L

f

H一、RC低通電路的頻率特性1.頻率特性的描述RC?????令1/RC=H則fH=1/2RC

5.1.2

RC低通和高通電路的頻率特性?滯后????fO|Au

|10.707O–45–90

fHf幅頻特性相頻特性2.頻率特性的波特圖1.為什么波特圖開闊了視野？討論一102030405060Of10102103104105106f橫軸采用對數(shù)刻度，幅頻特性的縱軸采用20lg|Au|表示，單位是分貝(dB);相頻特性的縱軸仍用φ表示。2.若干個放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？縱軸采用20lg|Au|表示，使得“×”→“＋”。?

/dB

0

/dB0f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°0f低通電路的波特圖0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻fH

10fH-45o5.71o5.71o-45o/十倍頻-90o0.1fH二、RC高通電路的頻率特性???令1/RC=L則fL=1/2RC超前RC??波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°注意結(jié)論：(1)畫RC電路波特圖的關(guān)鍵是求對數(shù)頻率特性的轉(zhuǎn)折頻率，即fL或fH，而它們的大小又取決于電路的時間常數(shù)。(2)畫復(fù)雜電路或系統(tǒng)的波特圖，關(guān)鍵在于能畫出一些基本因子的波特圖，如K，jf/fp，1/(1+jf/fp)，等。例1求已知一階低通電路的上限截止頻率。0.01F1k1k1//1k0.01F戴維寧定理等效時間常數(shù)的估算1）單個電容多個電阻2）單個電阻多個電容3）多個電阻多個電容例2畫出下列頻率響應(yīng)函數(shù)的波特圖。5.2晶體管的高頻物理模型---混合∏等效電路一.混合∏等效電路的引出由晶體管的結(jié)構(gòu)引出物理模型，形狀像Π。NNP基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—集電區(qū)發(fā)射極E—發(fā)射區(qū)r

bb---基區(qū)電阻幾歐—幾百歐rbe---發(fā)射結(jié)電阻與工作點Q有關(guān)rbc---集電結(jié)電阻一般在幾兆以上,可以看作無窮大rc和re可以忽略不計Cbc---集電結(jié)電容可以用C來表示Cbe---發(fā)射結(jié)電容可以用C來表示rce---輸出電阻一般在幾百K歐以上,可以看作∞gmUbe---發(fā)射結(jié)電壓控制集電結(jié)電流gm---跨導(dǎo)be連接了輸入回路和輸出回路阻值大二.混合∏等效電路的單向化根據(jù)密勒定理其中，根據(jù)密勒定理根據(jù)密勒定理其中，一般，所以

一般可忽略密勒定理

設(shè)有一個具有n個節(jié)點的線性電路，其中節(jié)點0為參考點。而節(jié)點1和節(jié)點2之間有一阻抗Z相接，如圖1所示。

圖1圖2設(shè)，則等效電路如圖2所示。其中：三.混合參數(shù)和H參數(shù)的關(guān)系＝？四.的頻率響應(yīng)(1)頻率響應(yīng)=0.7070f

—共發(fā)射極截止頻率fT

—

特征頻率=1可求得：ffo0.707o1fTO(2)特征頻率fT及其與f、的關(guān)系

f

=

fT時，由式將和的表達式代入上式整理即可得到混合∏等效電路及其參數(shù)晶體管的頻率參數(shù)共射截止頻率共基截止頻率特征頻率集電結(jié)電容手冊查得f比f高很多

5.3放大電路的頻率響應(yīng)一、研究方法分頻段研究法1.中頻區(qū)的頻率響應(yīng)f≤fHf＞fL(1).微變等效電路C1看作短路C∏’看作開路

(2).寫出Ausm的表達式二、頻率響應(yīng)(3).寫出表達式的模和相位2.低頻區(qū)的頻率響應(yīng)

f≤fL(1)微變等效電路C∏’看作開路

(2)寫AusL的表達式式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC1輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)低頻時間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則(3)寫出表達式的模和相位對數(shù)幅頻特性對數(shù)相頻特性中頻段20dB/十倍頻3.高頻區(qū)的頻率響應(yīng)f＞fH(1).微變等效電路C1看作短路(2)寫出AusH的表達式(3)寫出表達式的模和相位的對數(shù)幅頻特性和相頻特性高頻段最大附加相移為-90度將中頻段、低頻段和高頻段畫在同一張圖上就得到了如圖所示的完整的頻率特性（波特）圖。

共射電路完整波特圖可得出單管共射電路完整的電壓放大倍數(shù)表達式，即4.完整的單管共射電路頻率響應(yīng)5.幾點說明(1)按照規(guī)律畫波特圖1)計算Ausm2）由三段直線構(gòu)成幅頻特性。

中頻段：對數(shù)幅值=20lg低頻段：

f=fL開始減小，作斜率為20dB/十倍頻直線；高頻段：f=fH開始增加，作斜率為–20dB/十倍頻直線。（2）如果同時考慮耦合電容

和，則可分別求出對應(yīng)于輸入回路和輸出回路的兩個轉(zhuǎn)折頻率如果二者之間的比值在4~5倍以上，則可取較大的值作為放大電路的下限頻率。否則，應(yīng)該可以用下節(jié)介紹的方法處理。

3）由五段直線構(gòu)成相頻特性。（3）晶體管的射極上接有射極電阻和旁路電容，而且的電容量不夠大，則在低頻時不能被看作短路。因而，由又可以決定一個下限截止頻率。需要指出的是，它往往是決定低頻響應(yīng)的主要因素。例3求如圖所示電路的上限截止頻率、下限截止頻率。C2、Ce短路，開路，求出C1、Ce短路，開路，求出C1、C2短路，開路，求出C1、C2、Ce短路，求出因為一般有所以該電路頻率響應(yīng)表達式為（4）共基和共集放大電路的高頻響應(yīng)共基放大電路的上限截止頻率很大，適用于高頻和寬帶放大電路。共集放大電路的上限截止頻率也較大，高頻響應(yīng)特性也較好。討論二直接耦合放大電路的頻率響應(yīng)？例4已知某電路的波特圖如下所示，試寫出的表達式。

例5某放大電路的頻率響應(yīng)表達式為（1）中頻電壓放大倍數(shù)、上、下限轉(zhuǎn)折頻率各為多少?

（2）畫出波特圖fL=5HzfH=10kHz變換表達式時注意要使變換后的fL<fH解：要按照標準形式變換表達式。三、放大電路頻率的改善和增益帶寬積1.對放大電路頻率響應(yīng)的要求

只有在通頻帶的范圍內(nèi),放大電路的電壓放大倍數(shù)才有不變的幅值和相位，才能對不同頻率的信號進行同樣的放大。否則就要產(chǎn)生頻率失真。頻率失真又分為：“幅值失真”和“相位失真”頻率響應(yīng)的要求是：放大電路的要低于輸入信號中的最低頻率分量；要高于輸入信號中的最高頻率分量。2.對放大電路頻率響應(yīng)的改善（1）減小改善低頻響應(yīng)方法：加大C1、C2和CE

或采用直接耦合（2）增大改善高頻響應(yīng)方法：減小C、C

或采用高頻管（3）引入負反饋3.放大電路的增益帶寬積定性分析fbw＝fH－fL≈fH矛盾當(dāng)提高增益時，帶寬將變窄；反之，增益降低，帶寬將變寬。當(dāng)管子和信號源選定后，放大電路的增益帶寬積就是一個常數(shù)。如果通頻帶擴大幾倍，則電壓放大倍數(shù)就減小同樣的倍數(shù)。為了既要通頻帶寬又要電壓放大倍數(shù)高，則應(yīng)選和都很小的高頻管，必要時需采用共基電路。

定量分析:若rbe<<RB，Rs<<RB，，則可以證明說明決定于管子參數(shù)約為常量根據(jù)5.4

多級放大器的頻率響應(yīng)

如果放大器由多級級聯(lián)而成，那么，總增益一個兩級放大電路每一級（已考慮了它們的相互影響）的幅頻特性均如圖所示。6dB3dBfLfHfL>fL1，fH<fH1，頻帶變窄！5.4.1多級放大器的上限頻率fH

設(shè)單級放大器的高頻增益表達式為|AuI|=|AuI1||AuI2|…|AuIn|5.4.2

多級放大器的下限頻率fL

設(shè)單級放大器的低頻增益為解得多級放大器的下限角頻率近似式為一、小信號頻率參數(shù)f

/

Hz20lgAud(f)

/dBfHOfT01.開環(huán)帶寬BWBW=

f

H

5.4.3集成運算放大器高頻參數(shù)增益帶寬積=Aud

fHfH為開環(huán)增益下降3dB時的頻率通用型集成運放帶寬較窄(幾赫茲)2.單位增益帶寬BWGBWG=

f

T運放閉環(huán)工作時，

fT為開環(huán)增益下降至0dB(即Aud=1)時的頻率增益帶寬積=1

f

T=

fT=BWG=Aud

f

HBWG=AudBWBWG=AufBWf如741型運放:Aud

=104，BW=7Hz，Auf

=10，則BWf=7kHz。二、大信號頻率參數(shù)1.轉(zhuǎn)換速率SR輸入輸出A741為0.5V/s高速型SR>10V/s否則將引起輸出波形失真例如：則：須使：SR>2fUom2.全功率帶寬BWP輸出為最大峰值電壓時不產(chǎn)生明顯失真的最高工作頻率A741Uom=10V最高不失真頻率為8kHz。例6某電路的各級均為共發(fā)射極放大電路，其對數(shù)幅頻特性如圖，試確定其放大倍數(shù)，高頻轉(zhuǎn)折頻率、低頻轉(zhuǎn)折頻率，寫出的表達式，并求下限、上限截止頻率。解得fH=105kHz。解：例7

已知兩級共射放大電路的電壓放大倍數(shù)求：（1）