模電頻率響應

1半導體器件2放大器分析基礎3頻率響應4低頻功率放大器5負反饋放大電路6集成運算放大器7集成運算放大器的應用8直流電源*電路仿真課程內容56學時

3.5學分1第3章頻率響應3.1頻率響應概述3.2晶體管的頻率參數3.3共射放大器的頻率特性3.4多級放大電路的頻率特性23.1頻率響應概述放大電路的頻率響應是在輸入正弦信號情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應。把增益的大小隨頻率變化的特性稱為幅頻特性，根據這個特性描繪的曲線即為幅頻特性曲線；把增益的相角隨頻率變化的特性稱為相頻特性，根據這個特性描繪的曲線即為相頻特性曲線。幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱為頻率特性，或叫做頻率響應。uiuouiuo放大器3產生頻率響應的原因是什么？在放大電路中，由于電抗元件（電容、電感）及半導體管極間電容等的存在，當輸入信號幅度不變而頻率發(fā)生改變時，電路的放大倍數會改變，且相移也會產生變化。IUR=I*RUC=I*［1／(2πfC)］Uf增大XC減小UC減小UR增大相角改變電容、電阻UI關系大小、相位XC=1/(2πfC)=1/(ωC)電壓滯后電流90°4典型的幅頻特性曲線下限頻率上限頻率AUM0.707AUM半功率AUMdB-0.707AUMdB=20*lgAUM-20lg(0.707AUM)=20lg（2）0.5=10*lg2=3.010dB帶寬BW=fH-fL51、什么叫頻率響應，它包括哪兩個部分？2、幅頻特性曲線的自變量和函數分別是什么？3、相頻特性曲線的自變量和函數分別是什么？6

研究頻率響應的方法用復頻域分析方法，統(tǒng)一處理穩(wěn)態(tài)分析和瞬態(tài)分析輸入激勵信號的拉氏變換輸出響應信號的拉氏變換傳遞函數標尺因子零點極點利用傳遞函數A(S)進行穩(wěn)態(tài)分析時，令s=jω，則

A(s)=A(jω)，它就是系統(tǒng)的頻率特性，并據此畫出系統(tǒng)的波特圖，確定相應的上下限頻率。

7虛數符號j為可看作旋轉因子，表示逆時針旋轉（超前）90°正弦穩(wěn)態(tài)電路的相量法

在頻率一定時，一個交流信號的全部信息可由其幅值和相角完全給出，因此交流放大電路中的各個參數均可以表示為復數形式。復數形式放大倍數的模與頻率的關系——幅頻特性復數形式放大倍數的幅角與頻率的關系——相頻特性8相量法舉例之一RC高通電路9fL0.1fL0.01fLfAU/dB0-40-2020dB/十倍頻10fL100fL.RC高通電路10fL0.1fL0.01fL10fLφ90045000f.45度/十倍頻RC高通電路：頻率越低，衰減越大，相移越大RC高通電路fL0.1fL0.01fLfAU/dB0-40-2020dB/十倍頻10fL100fL.11相量法舉例之二RC低通電路120.1fHfH10fH-400-20-3dB-20dB/十倍頻.AU/dB

低通電路的幅頻特性曲線RC低通電路f130.1fHfH10fH00-450-900.φ-45度/十倍頻

低通電路的相頻特性曲線RC低通電路fRC低通電路：頻率越高，衰減越大，相移越大14波特圖采用對數坐標的幅頻特性和相頻特性圖稱為波特圖。波特圖由對數幅頻特性和對數相頻特性兩部分組成橫軸采用對數刻度lgf，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。15采用波特圖的好處1、頻率范圍和放大倍數所表示的范圍都大大增加。2、幅頻特性曲線和相頻特性曲線都可以用分段的直線段來近似表示。3、放大倍數用對數表示可以將相乘變?yōu)橄嗉?。AU0.010.03160.10.3160.70711.4143.161031.610020lgAU-40-30-20-10-3.003.01020304016取對數幅頻特性后，高通電路可近似為以fL為拐點，頻率低于fL后，每下降10倍，增益下降20dB，即對數幅頻特性在此區(qū)間可等效成斜率為(20dB／十倍頻)的直線。而高通電路的對數相頻特性可近似為以0.1fL和10fL為拐點的三段直線近似，頻率在兩個拐點之間，每下降10倍，相移增加45°，而在兩個拐點之外的相移保持不變。fL0.1fL0.01fLfAV/dB0-20-40-3dB20dB/十倍頻10fLφ90045000100fL..45度/十倍頻高通電路f17f0.1fHfH10fH-400-20..-3dB-20dB/十倍頻.00-900.φAV/dB-45度/十倍頻低通電路-450取對數幅頻特性后，低通電路可近似為以fH為拐點，頻率高于fH后，每上升10倍，增益下降20dB，即對數幅頻特性在此區(qū)間可等效成斜率為(-20dB／十倍頻)的直線。而低通電路的對數相頻特性可近似為以0.1fH和10fH為拐點的三段直線近似，頻率在兩個拐點之間，每上升10倍，相移增加負45°，而在兩個拐點之外的相移保持不變。f18波特圖波特圖由哪兩部分組成？波特圖橫軸表示什么，單位是什么？波特圖中幅頻特性曲線的縱軸是什么，單位是什么？波特圖中相頻特性曲線的縱軸是什么，單位是什么？簡單RC低通、高通電路傳遞函數的形式各是怎樣的？它們對應的幅頻特性、相頻特性波特圖又是怎樣近似的？19第3章頻率響應3.1頻率響應概述3.2晶體管的頻率參數3.3共射放大器的頻率特性3.4多級放大電路的頻率特性203.2晶體管的頻率參數中頻時，認為晶體管電流放大倍數基本不變，但頻率升高后，三極管內部電容效應不再能忽略，其放大作用下降。電流放大系數是頻率的函數21β=13.2晶體管的頻率參數共射截止頻率特征頻率特征頻率是一個重要參數，超過特征頻率后，晶體管電流放大倍數小于1，失去放大作用。22晶體管的混合π型等效電路

（P102圖）發(fā)射結結電容集電結結電容頻率升高后，晶體管內部電容不可忽略，這時再用h參數等效模型已不方便，要用混合π型等效模型。26*β/ICQCπ=gm/2πfTgm=ICQ/26手冊提供23晶體管的混合π型等效電路（P102圖）rce通常比RC大很多可忽略，放大狀態(tài)時集電結反偏，rb‘c可認為斷開集電結電容Cu用密勒定律等效到兩側中低頻應用時，電容效應可忽略26*β/ICQgm=ICQ/26’24第3章頻率響應3.1頻率響應概述3.2晶體管的頻率參數3.3共射放大器的頻率特性3.4多級放大電路的頻率特性253.3共射放大電路的頻率特性混合π型等效電路C1為微法數量級，C’π皮法數量級；看C1能否視為短路，C’π能否視為斷路。高頻等效時，C1短路，C’π不可忽略中頻應用時，C1短路，C’π斷路，忽略低頻應用時，C1不可忽略，C’π斷路，忽略262023/11/2827中頻等效電路中頻等效電路放大倍數與頻率無關28低頻等效電路低頻等效電路放大倍數表達式與RC高通電路一致fL0.1fL0.01fL10fLφ-900-1350-1800f.fL0.1fL0.01fLf0-40-20-3dB20dB/十倍頻10fL100fL.RC高通電路20lg(A/Aum)29高頻等效電路高頻等效電路放大倍數表達式與RC低通電路一致RC低通電路0.1fHfH10fH-400-20-3dB-20dB/十倍頻0.1fHfH10fH-1800-2250-2700.φ-45度/十倍頻20lg(A/Aum)30完整的頻率特性曲線將中頻、低頻和高頻的放大倍數綜合，可得共發(fā)射極基本放大電路在全部頻率范圍內放大倍數的表達式

圖3-20共射極放大電路的幅頻和相頻特性曲線

作圖關鍵點31【例3-1】一個單管放大電路的頻率特性，當f=5kHz、10kHz、20kHz、30kHz、40kHz時，電壓放大倍數均為100，而當f＝500kHz時，電壓放大倍數降為10。試問上限頻率為多大？解：當f=5kHz~40kHz時，電壓放大倍數均為100，即中頻放大倍數為100，Gm=20lg(100)=40dB當f＝500kHz時，電壓放大倍數為10，G500k=20lg(10)=20，恰好比40dB下降了20dB。單管放大電路的幅頻特性在過fH后，f每上升10倍，增益下降20dB，即對數幅頻特性此區(qū)間為（-20dB/十倍頻）的直線。所以fH=500kHz/10=50kHz。32例某放大電路的電壓放大倍數的復數表達式為（1）中頻電壓放大倍數、上、下限轉折頻率各為多少?

（2）畫出幅頻波特圖解：要按照標準形式變換表達式，可以使jf/5變?yōu)?。Ausm=100，fL=5Hz，fH=10kHz33例某放大電路的電壓放大倍數的復數表達式為（1）中頻電壓放大倍數、上、下限轉折頻率各為多少?

（2）畫出波特圖解：要按照標準形式變換表達式，可以使jf/5變?yōu)?。Ausm=2*105，fH=5Hz，fL=10kHz變換表達式時注意要使變換后的fL<fH34P120題3-5已知某共射放大電路的波特圖，試確定其放大倍數，高頻轉折頻率、低頻轉折頻率，寫出的表達式。解：40dB，放大倍數為100倍。高頻轉折頻率為2.5*105Hz、低頻轉折頻率為10Hz，1Hz。放大倍數表達式：35P113例3-3某放大電路的電壓放大倍數的復數表達式為（1）中頻電壓放大倍數為多少?（2）轉折頻率為多少?解：36解：（1）中頻電壓放大倍數為100（2）三個轉折頻率：低頻轉折頻率1為2Hz，低頻轉折頻率2為=100Hz，高頻轉折頻率為105Hz，帶寬為100Hz到105Hz）37一般方法：1、首先將表達式進行變換得到標準式變換時注意高低頻轉折頻率。2、繪制幅頻特性曲線，注意（1）確定轉折頻率。幅頻特性的轉折頻率是使表達式中各因式實部與虛部系數相等時的頻率值。對本例而言，其轉折頻率有三個。（2）確定中頻段。當轉折頻率差異較大時，取最低的fH和最高的fL之間的頻段作為中頻區(qū)段。（3）計算各段的斜率，線段斜率主要由分母中的因子決定。3、繪制相頻特性，繪制時注意（1）轉折頻率。相頻特性的轉折頻率是與幅頻特性轉折頻率相差10倍時的值。（2）中頻段。相頻特性可近似為的直線段。（3）計算其余各段的斜率。38第3章頻率響應3.1頻率響應概述3.2晶體管的頻率參數3.3共射放大器的頻率特性3.4多級放大電路的頻率特性39?

前級的開路電壓是下級的信號源電壓?

前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗?

下級的輸入阻抗是前級的負載多級放大電路402-32兩級放大電路如圖,β=50,rbe=1.3k，計算中頻區(qū)電壓放大倍數。Ri=Rb1//Rb2//[rbe+(1+β)*R4]RL1為R6和VT2的輸入電阻并聯,也可理解為VT2的輸入電阻RL1=R6//[rbe+(1+β)*(R7//R8)]RL'=R7//R84142假定兩個完全一樣的電路級連Au=Au1*Au2fLifHiAuf10070.71000050007070fLfH84.1當各級放大電路的轉折頻率相同或很接近時，多級放大電路的下限頻率升高，上限頻率降低，總通頻帶變窄。43

當各級放大電路的下限頻率相同或很接近時，多級放大電路的下限頻率按下式計算：

當其中一級放大電路的下限頻率遠大于其它各級的下限頻率時，則多級放大電路的下限頻率近似等于該級放大電路的下限頻率。44

當各級放大電路的上限頻率相同或很接近時，多級放大電路的上限頻率按下式計算：

當其中一級放大電路的上限頻率遠小于其它各級的上限頻率時，則多級放大電路的上限頻率近似等于該級放大電路的上限頻率。45根據以上公式，可以得到：經過一級放大電路后，其轉折頻率之外增益-20dB/十倍頻經過兩級放大電路后，其轉折頻率之外增益變?yōu)?40dB/十倍頻經過三級放大電路后，其轉折頻率之外增益變?yōu)?60dB/十倍頻多級放大電路46例3-5某電路的各級均為共發(fā)射極放大電路，其對數幅頻特性如圖，試確定其放大倍數，高頻轉折頻率、低頻轉折頻率，寫出的表達式。

解：80dB，放大倍數10000倍。低頻轉折頻率為10Hz。高頻電路有三級，且每一級

轉折頻率都為2*105Hz。三級共射放大電路，三級都對高頻有影響，但僅有一級對低頻有影響。三級共射電路，中頻段相移仍為180度(取負號)。解得高頻轉折頻率為105kHz。47題3-6已知某電路的幅頻特性如圖，試問：（1）該電路的耦合方式；（2）該電路由幾級放大電路組成；（3）當頻率為104和105Hz時，附加相移各為多少？

解：(1)低頻端無衰減，直接耦合（2）高頻端十倍頻-60dB，三級放大。（3）考慮相移104Hz處：-225°×3=-675°=720°-675°=45°105Hz處：-270°×3=-810°=720°-810°=-90°補充：如何求該電路