模擬電子線路放大器的頻率特性

模擬電子線路放大器的頻率特性第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.1基本概念與分析方法3.1.1基本概念1.線性失真信號在放大過程中的失真可分為兩種一種是非線性失真，它是由于信號幅度過大，使晶體管工作在非線性部分所引起的，他有新的頻率成分產(chǎn)生。另一種失真是線性失真，它是信號通過線性時(shí)不變系統(tǒng)時(shí)由于各諧波分量的大小比例發(fā)生變化引起的頻率失真或初始相位的延時(shí)不相等所引起的相位失真，他沒有新的頻率成分產(chǎn)生二次諧波基波二次諧波基波（a）原波形二次諧波基波（b）頻率失真

（c）相位失真合成后大小比例發(fā)生變化合成后初相位發(fā)生變化合成后（b）頻率失真第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件一般地，放大器的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，即：由于線性失真是信號通過線性系統(tǒng)時(shí)輸出信號各諧波份量的大小比例與輸入信號相比發(fā)生了變化，或輸出信號相對于輸入信號的各諧波份量的初始位置的延時(shí)不一致引起的，所以，線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件是：（1）放大倍數(shù)與頻率無關(guān)，既要求放大倍數(shù)的幅頻特性是一常數(shù)，即：A()=常數(shù)（2）放大器對各頻率份量的滯后時(shí)間t0相同，即要求放大器的相頻特性正比于角頻率，即：()=t0第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日2放大器的頻率響應(yīng)阻容耦合電路中，由于耦合電容、旁路電容和極間電容的影響，其頻率特性一般近似地分為三個(gè)頻段來分析。低頻段中頻段高頻段中頻段

管子極間電容可視為開路，管子的電路模型可用純電阻電路模型來表示，耦合電容和旁路電容可視為短路。這時(shí)放大倍數(shù)幾乎與頻率沒有關(guān)系而保持恒定。低頻段

管子極間電容可視為開路，耦合電容和旁路電容的容抗增大使得低頻段的放大倍數(shù)下降，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)高通濾波器。高頻段

器件的極間電容的容抗變小，分流的作用增大，因而使放大倍數(shù)下降，這時(shí)，放大器實(shí)際上是一個(gè)低通濾波器。放大電路的頻率特性實(shí)際上是一個(gè)帶通濾波器，其截止頻率為通頻帶第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.1.2頻率特性的分析方法分析頻率特性的方法復(fù)頻率法在復(fù)頻率法中電阻、電容和電感用復(fù)阻抗表示，在各頻段的微變等效電路中得到增益的傳輸函數(shù)，進(jìn)而得到頻率特性。復(fù)頻率所用數(shù)學(xué)工具是拉氏變換。相量法在相量法中電阻、電容和電感用阻抗表示，在各頻段的微變等效電路上先建立放大電路的相量模型，然后求出各頻段增益的頻率特性和，即可得到放大電路的整個(gè)頻率特性。相量法所使用的數(shù)學(xué)工具是傅氏變換。復(fù)頻率法除了可以得到放大電路的頻率特性外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，復(fù)頻率法能夠引出零極點(diǎn)概念，而這些零極點(diǎn)的分布能唯一地確定網(wǎng)絡(luò)的頻率特性；第二，零極點(diǎn)的分布決定系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此復(fù)頻率法便于討論放大器的頻率穩(wěn)定性；第三，零極點(diǎn)的分布能夠決定網(wǎng)絡(luò)的時(shí)域特性。第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.1.3單時(shí)間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角（相頻響應(yīng)）①增益頻率函數(shù)研究放大電路的動態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號頻率變化時(shí)的響應(yīng)。第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日最大誤差-3dB②頻率響應(yīng)曲線描述3.1.3RC電路的頻率響應(yīng)幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線相頻響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時(shí)，輸出滯后輸入因?yàn)樗缘谄唔摚踩捻摚?022年，8月28日3.1.3RC電路的頻率響應(yīng)2.RC高通電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的電壓增益：幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)輸出超前輸入第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.2放大電路的頻率分析1.三極管的高頻小信號建模2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日1.三極管的高頻小信號建模①模型的引出rb'e---發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻

---發(fā)射結(jié)電容---集電結(jié)電阻---集電結(jié)電容

rbb'---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)?；?dǎo)第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日1.三極管的高頻小信號建模②模型簡化#

為什么用能反映頻率對受控源的影響？混合型高頻小信號模型第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.7.2放大電路頻率分析又因?yàn)樗寓勰Ｐ蛥?shù)的獲得（與H參數(shù)的關(guān)系）1.三極管的高頻小信號建模低頻時(shí)，混合模型與H參數(shù)模型等效所以又rbe=rb+(1+

)re從手冊中查出第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日④的頻率響應(yīng)由H參數(shù)可知1.三極管的高頻小信號建模即根據(jù)混合模型得低頻時(shí)所以當(dāng)時(shí)，第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日——共發(fā)射極截止頻率④的頻率響應(yīng)1.三極管的高頻小信號建模的幅頻響應(yīng)令則——特征頻率——共基極截止頻率時(shí)當(dāng)?shù)谑捻?，共三十四頁?022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路<A>等效電路第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路對節(jié)點(diǎn)c列KCL得<B>電路簡化忽略的分流得稱為密勒電容等效后斷開了輸入輸出之間的聯(lián)系第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)①型高頻等效電路<B>電路簡化最后第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)②高頻響應(yīng)由電路得電壓增益頻響又其中低頻增益上限頻率第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)③增益-帶寬積BJT一旦確定，帶寬增益積基本為常數(shù)#

如何提高帶寬？第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日例題解：模型參數(shù)為設(shè)共射放大電路在室溫下運(yùn)行，其參數(shù)為：試計(jì)算它的低頻電壓增益和上限頻率。低頻電壓增益為又因?yàn)樗陨舷揞l率為第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)3.7.2單級高頻響應(yīng)①高頻等效電路第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)②高頻響應(yīng)列e點(diǎn)的KCL而所以電流增益為其中電壓增益為其中特征頻率忽略第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.共基極放大電路的高頻響應(yīng)③幾個(gè)上限頻率的比較的上限頻率特征頻率共基極上限頻率共發(fā)射極上限頻率共基極電路頻帶最寬，無密勒電容第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.7.3單極放大電路的低頻響應(yīng)1.低頻等效電路第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日3.7.3單極放大電路的低頻響應(yīng)2.低頻響應(yīng)按圖3.7.13參數(shù)計(jì)算中頻增益當(dāng)則下限頻率取決于即第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日3-2-4放大電路頻率特性分析舉例例3-4試分析下圖所示電路的頻率特性。已知，，，=50，C1=2uF，C2=10uF，，，1）中頻段分析在中頻區(qū)，所有電容的影響均可忽略不計(jì)，其中頻等效電路為由圖不難求出中頻區(qū)的的電壓放大倍數(shù)式中所以得或第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日2）低頻段分析在低頻段，晶體管的結(jié)電容可視為開路，設(shè)CE容量很大，容抗很小，仍認(rèn)為短路。其等效電路為這時(shí)C1和C2的短路時(shí)間常數(shù)分別為相對應(yīng)的低頻段的兩個(gè)極點(diǎn)為：和。低頻截止頻率為或所以低頻段的頻率特性近似為第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日3）高頻段分析在高頻段，C1、C2和CE更是為短路，其單向化的高頻等效電路為。其中這時(shí)和的開路時(shí)間常數(shù)分別是

其中，，，，可見是主導(dǎo)極點(diǎn)。高頻截止頻率為所以，高頻段的頻率特性為相對應(yīng)的高頻段的兩個(gè)極點(diǎn)為和或第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日放大器的整個(gè)頻率特性曲線波特圖為-20dB/10倍頻程20dB/10倍頻程幅頻特性波特圖低頻截止頻率高頻截止頻率相頻特性曲線101021031041051061072001027.342.51.610690045000-450-9004.254251.61051.610710102103104105106107()/0第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日例3-5一個(gè)結(jié)型場效應(yīng)管放大器。已知IDSS=8mA，Vp=4V，rds=20kΩ，Cgd=1.5pF，Cds=5.5pF，試計(jì)算Aum、和。解先進(jìn)行靜態(tài)分析。由結(jié)型場效應(yīng)管的特性和圖示電路可得解得所以1）在中頻段

2）在低頻段由于C1、C3為無窮大，故低頻等效電路為6K1M5K5K0.1F15V

第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日C2的時(shí)間常數(shù)為故可得其下限截止頻率為

3）在高頻段

高頻等效電路為由于Ci與恒壓源并聯(lián)，所以對頻率特性無影響。在輸出端，其密勒電容為其輸出總電容為因此可得其高頻截止頻率為SGDSGD第三十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日例3-6如圖所示同相輸入放大電路，已知，，RF=100kΩ，R1=10kΩ，試求頻率特性和。A對于低頻情況，由于無電容偶合，故和中頻情況是一樣的其等效電路為由等效電路可知由于可得RfR1UiUo第三十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日高頻情況高頻等效電