放大电路的频率特性优秀课件.ppt

放大电路的频率特性第1页，本讲稿共64页5.1放大电路的频率特性放大电路的频率特性5.1.2 放大电路频率特性的研究方法放大电路频率特性的研究方法5.1.3 单时间常数单时间常数RC电路的频率特性电路的频率特性5.1.1 放大电路频率特性的基本概念放大电路频率特性的基本概念第2页，本讲稿共64页5.1.1 放大电路频率特性的基本概念放大电路频率特性的基本概念RsUs+-Uo+-第3页，本讲稿共64页 fOAum1.1.频率特性频率特性Au(f)幅频特性幅频特性 (f)相相频特性频特性0.707AumfOAuf L 下限截止频率下限截止频率 f H 上限截止频率上限截止频率 2.频带宽度频带宽度(带宽带宽)BW(Band Width)BW=f H-f L f HfLfH第4页，本讲稿共64页3频率失真频率失真幅频失真幅频失真:通频带不够宽，而输入信号的频谱分通频带不够宽，而输入信号的频谱分布又很广，那么输入信号的不同频率布又很广，那么输入信号的不同频率成分，就会得不到同倍数的放大，成分，就会得不到同倍数的放大，输出波形就会产生失真输出波形就会产生失真 放大倍数模的不同所造成的失真放大倍数模的不同所造成的失真.相频失真相频失真:附加相移不同而造成的失真附加相移不同而造成的失真 两种失真总称两种失真总称频率失真频率失真 电路中由于线性的电抗元件，电路中由于线性的电抗元件，引起的频率失真引起的频率失真，叫做叫做线性失真线性失真。第5页，本讲稿共64页 4.波特图波特图 （1）用分贝（）用分贝（dB）表示放大倍数）表示放大倍数 （2）波特图）波特图 画频率特性曲线时，为了缩短坐标，扩大视野，简化分析，代表频画频率特性曲线时，为了缩短坐标，扩大视野，简化分析，代表频率的横坐标采用率的横坐标采用对数刻度对数刻度。此时，每一个。此时，每一个十十 倍频率范围倍频率范围在横坐标轴上所占的长度是相等的；用在横坐标轴上所占的长度是相等的；用分贝分贝 表示放大倍数和用角度表示相位的纵坐标采用线性分度。表示放大倍数和用角度表示相位的纵坐标采用线性分度。（dB）第6页，本讲稿共64页5.1.2 5.1.2 放大电路频率特性的研究方法放大电路频率特性的研究方法1.1.三个频段的划分三个频段的划分（1).1).中频区中频区(段段)特点特点:Aus:Aus与与f f无关无关 与与f无关无关原因原因:不考虑电路中不考虑电路中电容的影响电容的影响（2).2).低频区低频区(段段)第7页，本讲稿共64页特点特点:Aus:Aus与与f f有关有关(f(f下降下降AusAus也下降也下降,与频率有关与频率有关)原因原因:由于由于C1C1和和C2C2的存在的存在在频率比较低时在频率比较低时电容所产生的容抗不可电容所产生的容抗不可忽略忽略,使输出电压下降使输出电压下降.所以所以AusAus下降下降第8页，本讲稿共64页（3).3).高频区高频区(段段)特点特点:Aus:Aus与与f f有关有关(f(f增大增大AusAus下降下降,与与f有关有关)原因原因:由晶体管的极间由晶体管的极间电容的存在电容的存在,分布电容分布电容的存在引起的存在引起第9页，本讲稿共64页2.2.研究方法研究方法 分频区用等效电路法分析计算分频区用等效电路法分析计算（1 1）中频区前边已经讲过用）中频区前边已经讲过用H H参数微变等效参数微变等效电电 路分析计算路分析计算（2 2）.低频区用中频区的等效电路并把低频区用中频区的等效电路并把C1C1和和C2C2的影响考虑进去的影响考虑进去,画出等效电路画出等效电路,进行分析计算进行分析计算（3 3）.高频区晶体管的高频区晶体管的H H参数模型不能采用参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以所以首先介绍晶体管的高频小信号模型首先介绍晶体管的高频小信号模型.第10页，本讲稿共64页5.1.3 单时间常数单时间常数RC电路的频率特性电路的频率特性1RC低通电路低通电路第11页，本讲稿共64页第12页，本讲稿共64页2RC高通电路高通电路第13页，本讲稿共64页第14页，本讲稿共64页3.时间常数的估算时间常数的估算(1)单个电容多个电阻单个电容多个电阻(2)单个电阻多个电容单个电阻多个电容第15页，本讲稿共64页(3)多个电阻多个电容多个电阻多个电容第16页，本讲稿共64页5.2 晶体管的高频物理模型晶体管的高频物理模型 -混合混合等效电路等效电路5.2.15.2.1混合混合等效电路的引出等效电路的引出用晶体管物理模型引出用晶体管物理模型引出NNP基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 集电区集电区base发射极发射极 E第17页，本讲稿共64页B EBCrbb rb erb cCb cCb e第18页，本讲稿共64页r bb-基区电阻几欧基区电阻几欧几百欧几百欧r b e-发射极电阻与工作点发射极电阻与工作点Q有关有关r b c-集电极电阻集电极电阻 一般在几兆以上一般在几兆以上,可以看作无穷大可以看作无穷大r c和和re可以忽略不计可以忽略不计Cb c-集电结电容集电结电容 可以用可以用C 来表来表示示Cb e-发射结电容可以用发射结电容可以用C 来表来表示示r ce-输出电阻一般在几百输出电阻一般在几百K以上以上,可以可以看作看作第19页，本讲稿共64页gmUb e-发射结电压控制集电结电流发射结电压控制集电结电流gm-跨导跨导 5.2.25.2.2混合混合参数和参数和H参数的关系参数的关系第20页，本讲稿共64页第21页，本讲稿共64页5.2.35.2.3混合混合等效电路的简化等效电路的简化第22页，本讲稿共64页5.2.4 三极管电流放大系数的频率响应三极管电流放大系数的频率响应 =0.707 0f 共发射极截止频率共发射极截止频率fT 特征频率特征频率 =1同样可求得：同样可求得：可见：可见：f f o0.707 o1fTO第23页，本讲稿共64页5.3 单管共射放大电路的频率特性单管共射放大电路的频率特性 1.1.画出全频段的微变等效电路画出全频段的微变等效电路第24页，本讲稿共64页2.2.中频区的频率响应中频区的频率响应 f ffH ffL(1).(1).微变等效电路微变等效电路 C1C1看作短路看作短路 C C看作开路看作开路 (2).(2).写出写出A Ausmusm的表达式的表达式 第25页，本讲稿共64页(3).(3).写出表达式的模和相位写出表达式的模和相位3.3.高频区的频率响应高频区的频率响应 f ffH(1).(1).微变等效电路微变等效电路 C1C1看作短路看作短路第26页，本讲稿共64页(2).(2).写出表达式写出表达式 第27页，本讲稿共64页=第28页，本讲稿共64页(3).(3).写出表达式的模和相位写出表达式的模和相位第29页，本讲稿共64页4.4.低频区的频率响应低频区的频率响应 f ffL(1).(1).微变等效电路微变等效电路 C看作开路看作开路 (2).(2).写出表达式写出表达式 第30页，本讲稿共64页第31页，本讲稿共64页第32页，本讲稿共64页(3).写出表达式的模和相位写出表达式的模和相位第33页，本讲稿共64页5.5.波特图的画法波特图的画法(1).(1).坐标轴的选择坐标轴的选择1).1).幅频响应幅频响应 纵轴用分贝纵轴用分贝 横轴用对数表示的频率横轴用对数表示的频率2).2).相频响应相频响应 纵轴用度纵轴用度 横轴用对数表示的频率横轴用对数表示的频率(2).(2).中频区的画法中频区的画法设设:(3).(3).高频区的画法高频区的画法(4).(4).低频区的画法低频区的画法第34页，本讲稿共64页将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整完整的频率特性（波特）图。共射电路完整波特图实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即(5).(5).完整的单管共射电路频率响应完整的单管共射电路频率响应第35页，本讲稿共64页第36页，本讲稿共64页，由上图可看出，画单管共射 放大电路的频率特性时，关键在于算出下限和上限截止频率和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间数 ，由图可知：，其中，而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的 时间常数 ；由图可知：，第37页，本讲稿共64页其中因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等效电路，算出输入回路的时间常数效电路，算出输入回路的时间常数 和和 ，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。对数幅频特性对数幅频特性：在 到 之间，是一条水平直线；在 时，是一条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在 时，是一第38页，本讲稿共64页条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在 时，是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路的通频带 。相频特性：相频特性：在 时，；在 时，；在 时，；第39页，本讲稿共64页而在f从 到 以及从 到 的范围内，相频特性都是斜率为 十倍频程的直线。前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大误差为3dB，相频特性的最大误差为 ，都出现在线段转折处。第40页，本讲稿共64页如果同时考虑耦合电容 和 ，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折频率。如果二者之间的比值在45倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。第41页，本讲稿共64页否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图的画法要复杂一些。如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极电阻 和旁路电容 ，而且 的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由 又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，由于 在射极电路里，射极电流 是基极电流 第42页，本讲稿共64页的倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此 往往是决定低频响应的主要因素。第43页，本讲稿共64页5.4 放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积5.4.1对放大电路频率响应的要求对放大电路频率响应的要求 只有在通频带的范围内只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。否则就要产生频率失真。频率失真又分为：频率失真又分为：“幅值失真幅值失真”和和“相位失真相位失真”频率响应的要求是频率响应的要求是：放大电路的放大电路的 要低于输入信号中的最低频率要低于输入信号中的最低频率分量分量 要高于输入信号中的最高频率分量要高于输入信号中的最高频率分量第44页，本讲稿共64页5.4.2 对放大电路频率响应的改善对放大电路频率响应的改善1.减小减小 改善改善 低频响应低频响应 方法：加大方法：加大C1、C2和和Ce 或采用直接耦合或采用直接耦合2.增大增大 改善改善 高频响应高频响应 方法：方法：减小减小 C、C 或采用高频管或采用高频管3.引入负反馈引入负反馈 5.4.3 放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积第45页，本讲稿共64页第46页，本讲稿共64页结论当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果同频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高，则应选 和 都很小的高频管 第47页，本讲稿共64页一一、小信号频率参数小信号频率参数1.开环带宽开环带宽BWBW=f H5.4.4 集成运算放大器高频参数及其响集成运算放大器高频参数及其响f/Hz20lgAud(f)/dBf HOf T0第48页，本讲稿共64页2.单位增益带宽单位增益带宽 BWGBWG=f T运放闭环工作时，运放闭环工作时，带宽带宽增益积增益积=Aud f HfH 为开环增益下降为开环增益下降 3 dB 时的频率时的频率通用型通用型集成运放带宽集成运放带宽较较窄窄(几赫兹几赫兹)f T 为开环增益下降至为开环增益下降至 0 dB(即即Aud=1)时的频率时的频率带宽增益积带宽增益积=1 f T=f T=BWG=Aud f HBWG=Aud BWf=0，使，使 Auf=1，当，当 Auf 降为降为 0.707 时，此时的频率时，此时的频率 即为即为 fT。BWG=Auf BWf如如 741 型运放型运放:Aud=104，BW=7 Hz，Auf=10，则则 BWf =7 kHz第49页，本讲稿共64页二二、大信号频率参数大信号频率参数1.转换速率转换速率 SR输入输入输出输出 A 741 为为 0.5 V/s高速型高速型 SR 10 V/s否则将引起输出波形失真否则将引起输出波形失真例如：例如：则：则：须使：须使：SR 2 f Uom A741Uom=10 V最高不失真频率为最高不失真频率为 8 kHz第50页，本讲稿共64页2.全功率带宽全功率带宽 BWP输出为最大峰值电压时不产生明显失真的输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率最高工作频率当当 BWG 2 MHz，BWP 20 kHz，SR 6 V/s选高速宽带运放选高速宽带运放第51页，本讲稿共64页5.5 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性 如果放大器由多级级联而成，那么，总增益第52页，本讲稿共64页5.5.1 多级放大器的上限频率多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为第53页，本讲稿共64页 式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。令第54页，本讲稿共64页5.5.2 多级放大器的下限频率多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为(569)(570)(571)(572)第55页，本讲稿共64页 解得多级放大器的下限角频率近似式为若各级下限角频率相等，即L1=L2=Ln,则第56页，本讲稿共64页5.5.3 多级放大电路的通频带多级放大电路的通频带设某一两级放大电路是由两个相同的单级放大设某一两级放大电路是由两个相同的单级放大电路所组成电路所组成 第57页，本讲稿共64页第第 5章章 小小 结结第58页，本讲稿共64页一、简单一、简单 RC 电路的频率特性电路的频率特性RC 低通电路低通电路RCRCRC 高通电路高通电路第59页，本讲稿共64页90fO|Au|10.707O45 fHf90fO|Au|10.707O45 fLf第60页，本讲稿共64页二、放大电路的高频特性二、放大电路的高频特性BB CErbb rb eCb eCb c1.晶体管混合晶体管混合 型等效电路型等效电路(了解了解)f o0.707 of 1f T晶体管放大电路晶体管放大电路增益带宽积增益带宽积 G BW Aus0 fH=常数常数第61页，本讲稿共64页2.集成运算放大器高频参数及其影响集成运算放大器高频参数及其影响 小信号小信号频率参数频率参数开环带宽开环带宽 BW=fH单位增益带宽单位增益带宽 BWG=Aud BW=Auf BWf=fT闭环带宽闭环带宽 BWf =fHf带宽增益积带宽增益积 GBW=Aud BW大信号动态参数：大信号动态参数：转换速率转换速率 SR全功率带宽全功率带宽 BWP第62页，本讲稿共64页三、集成运放小信号交流放大电路三、集成运放小信号交流放大电路1.耦合电容构成高通电路对下限频率的影响耦合电容构成高通电路对下限频率的影响当电路中只有一个当电路中只有一个 RC 高通电路时：高通电路时：当电路中有两个当电路中有两个 RC 高通电路时：高通电路时：耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。第63页，本讲稿共64页2.闭环放大倍数对上限频率的影响闭环放大倍数对上限频率的影响闭环放大倍数闭环放大倍数 Auf 越小，越小，上限频率上限频率 fH 越大：越大：第64页，本讲稿共64页