第6章 放大电路的频率响应A.ppt

第第6章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应6.1 放大电路频率响应概述放大电路频率响应概述6.3 晶体管和场效应管的高频等效模型晶体管和场效应管的高频等效模型6.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应6.2 RC电路的频率响应电路的频率响应6.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应作业：作业：6-16-1、6-46-4、6-5(1)6-5(1)、6-136-13本章重点本章重点1.1.频率响应产生的原因和表示方法：频率响应产生的原因和表示方法：低频低频AuAu下降的主要因素取决于耦合电容下降的主要因素取决于耦合电容C C，高频高频AuAu下降的主要因素取决于管子的极间电容。下降的主要因素取决于管子的极间电容。2.RC2.RC低通和高通电路的频率响应：低通和高通电路的频率响应：幅频特性和相频特性、通频带和截止频率幅频特性和相频特性、通频带和截止频率3.3.单管共射单管共射/多级放大电路的频率响应及相应参数的计算多级放大电路的频率响应及相应参数的计算 中频响应、低频响应、高频响应、完整波特图中频响应、低频响应、高频响应、完整波特图6.1 频率响应概述频率响应概述6.1.1 频率响应产生的原因频率响应产生的原因原因：原因：晶体管的极间电容晶体管的极间电容 放大电路的耦合电容、旁路电容和分布电容放大电路的耦合电容、旁路电容和分布电容电容的容抗均随着信号频率的变化而变化，因而使放电容的容抗均随着信号频率的变化而变化，因而使放大电路对不同频率信号的放大效果将不完全相同。大电路对不同频率信号的放大效果将不完全相同。这这说明说明放大电路的电压放大倍数（增益）是频率的函数放大电路的电压放大倍数（增益）是频率的函数，这种函数关系叫做这种函数关系叫做“频率响应频率响应”或者或者“频率特性频率特性”。6.1 频率响应概述频率响应概述中频段：中频段：耦合电容、旁路电容容抗耦合电容、旁路电容容抗 小小 短路短路 晶体管结电容的容抗晶体管结电容的容抗 大大 开路开路 不考虑放大电路的频率特性。不考虑放大电路的频率特性。低频段：低频段：晶体管结电容晶体管结电容 开路开路 但是，但是，耦合电容和旁路电容耦合电容和旁路电容的容抗增大，的容抗增大，对信号传输的作用不可忽略。对信号传输的作用不可忽略。6.1 频率响应概述频率响应概述高频段：高频段：耦合电容，旁路电容耦合电容，旁路电容 短路短路 晶体管晶体管结电容和线路分布电容结电容和线路分布电容的容抗很小，的容抗很小，对电流的并联分流作用不可忽略，同样会使增益对电流的并联分流作用不可忽略，同样会使增益的幅值减小，同时产生附加相位移。的幅值减小，同时产生附加相位移。6.1.2 频率响应的表示方法频率响应的表示方法 电路的频率特性包括：电路的频率特性包括：幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 幅频特性：幅频特性：指电压增益的幅值和频率的关系指电压增益的幅值和频率的关系。相频特性：相频特性：指输出电压与输入电压之间的相位差指输出电压与输入电压之间的相位差 和频率的关系。和频率的关系。通常把中频段的电压增益用通常把中频段的电压增益用Aum表示。当表示。当Aum 在高在高频端和低频段下降到频端和低频段下降到0.707 Aum 时所对应的两个频率时所对应的两个频率点叫做放大电路的点叫做放大电路的“截止频率截止频率”。6.1.2 频率响应的表示方法频率响应的表示方法图图6 61 1 放大电路的幅频特性和相频特性放大电路的幅频特性和相频特性 幅频特性指电幅频特性指电压增益的幅值压增益的幅值和频率和频率 的关的关系。系。相频特性指输相频特性指输出电压与输入出电压与输入电压之间的相电压之间的相位差位差 和频率和频率的关系。的关系。下限截下限截止频率止频率上限截上限截止频率止频率重要技术指标，不失真放大的频率范围重要技术指标，不失真放大的频率范围6.2 RC6.2 RC电路的频率响应电路的频率响应1.1.高通电路及频率响应高通电路及频率响应2.2.低通电路及频率响应低通电路及频率响应3.3.波特图波特图（Bode plotBode plotBode plotBode plot）用用对数坐标对数坐标画频率特性曲线画频率特性曲线.由对数由对数幅频特性幅频特性和对数和对数相频特性相频特性组成组成.高通电路与低通电路的波特图高通电路与低通电路的波特图幅频幅频特性特性相频相频特性特性略去略去 、，开路，开路 ，得到简化的晶得到简化的晶体管的高频小信号等效模型。体管的高频小信号等效模型。考虑到晶体三极管发射结和集电考虑到晶体三极管发射结和集电结电容的作用，每个结电容的作用，每个PNPN结均可用一个结均可用一个并联的结电容和结电阻等效。并联的结电容和结电阻等效。6.3 6.3 晶体管和场效应管的高频等效模型晶体管和场效应管的高频等效模型6.3.1 6.3.1 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型1 1晶体管的混合参数晶体管的混合参数 形形模型模型图图6 66 6 晶体管的晶体管的高频物理模型高频物理模型 表示受发射结电压控制的集电表示受发射结电压控制的集电结电流（压控电流源）。结电流（压控电流源）。晶体管混合参数晶体管混合参数 型等效电路型等效电路 2 2晶体管的混合参数晶体管的混合参数 形形等效电路等效电路简化简化H H参数等效电路参数等效电路 中低频时混合中低频时混合 形等效电路形等效电路 当频率不高时，晶体管的结电容当频率不高时，晶体管的结电容 和和 的数的数值都很小，它们的影响可以忽略。这时值都很小，它们的影响可以忽略。这时混合参数混合参数 形等效电路就可以转化为形等效电路就可以转化为H H参数等效电路。参数等效电路。比较两个电路，可推导出比较两个电路，可推导出TEQmUIg 将混合将混合形等效电路形等效电路通过密勒定通过密勒定理进行单向理进行单向化转换，将化转换，将C C等效在输等效在输入回路和输入回路和输出回路中。出回路中。3.混合参数混合参数 形等效电路的简化形等效电路的简化晶体管共射混合参数晶体管共射混合参数 型等效电路的简化图：型等效电路的简化图：通常的值很小，可以忽略。通常的值很小，可以忽略。把输入端并联电容合并，令把输入端并联电容合并，令6.3.2 6.3.2 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型 共源接法场效应共源接法场效应管的混合参数管的混合参数 形形等效电路如图。等效电路如图。(r rgsgs、r rdsds大，开路）大，开路）场效应管等效电场效应管等效电路中的输入电容路中的输入电容 较大，它的高频较大，它的高频特性要比双极型晶特性要比双极型晶体管差些。体管差些。6.3 6.3 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应 在中频段在中频段，极间电容因为容抗大而视为开路，极间电容因为容抗大而视为开路，耦合电容和旁路电容因为容抗小而视为短路；耦合电容和旁路电容因为容抗小而视为短路；在低频段在低频段，主要考虑，主要考虑耦合和旁路电容耦合和旁路电容的影响，的影响，将极间电容视为开路；将极间电容视为开路；在高频段在高频段，主要考虑主要考虑极间电容极间电容的影响，而耦合的影响，而耦合和旁路电容可以视为短路和旁路电容可以视为短路。1.1.基本放大电路的中频响应基本放大电路的中频响应 单管共射放大电路电路图和中频等效电路单管共射放大电路电路图和中频等效电路归入下一级归入下一级中频段电压增益：中频段电压增益：幅频特性和相频特性：幅频特性和相频特性：Ausm和和 均为实数，均为实数，其波特图的中频段都是一其波特图的中频段都是一条水平线。条水平线。2.2.基本放大电路的低频响应基本放大电路的低频响应低频段电压增益为：低频段电压增益为：基本放大电路在低频段是一个基本放大电路在低频段是一个RCRC高通特性。高通特性。其中其中低频段波特图低频段波特图3.3.基本放大电路的高频响应基本放大电路的高频响应应用戴维南定理应用戴维南定理高频段电压增益为：高频段电压增益为：基本放大电路在高频段是一个基本放大电路在高频段是一个RCRC低通特性。低通特性。其中其中高频段波特图高频段波特图4.4.完整的单管共射放大电路的频率响应完整的单管共射放大电路的频率响应完整的电压增完整的电压增益表达式：益表达式：完整波特图完整波特图低频段低频段A Au u下降且产生相移下降且产生相移,主要受耦合电主要受耦合电容、旁路电容的影响。容、旁路电容的影响。高频段高频段A Au u下降且产生相移下降且产生相移,主要受晶体管主要受晶体管极间电容、电路中寄生电容的影响。极间电容、电路中寄生电容的影响。注意注意:6.4.4 6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积 1 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 只有在放大电路的通频带内，对于不同频只有在放大电路的通频带内，对于不同频率的信号，放大电路电压增益的幅值和相位才率的信号，放大电路电压增益的幅值和相位才不会发生变化。不会发生变化。如果输入信号包含很多频率分量，输出信号如果输入信号包含很多频率分量，输出信号不可能完全复现输入信号的波形而产生失真，不可能完全复现输入信号的波形而产生失真，这种失真叫做这种失真叫做“频率失真频率失真”。频率失真包括。频率失真包括“幅值失真幅值失真”和和“相位失真相位失真”。6.4.4 6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积 为了减小频率失真，可以采取相应的手段扩大为了减小频率失真，可以采取相应的手段扩大放大电路的通频带。通常采用的方法有：放大电路的通频带。通常采用的方法有：（1 1）减小）减小fL，改善低频响应。一方面使有关电容，改善低频响应。一方面使有关电容(耦合电容和旁路电容）的电容量增大，一方面使耦合电容和旁路电容）的电容量增大，一方面使相应回路的电阻增大。当然，最好的办法是去掉耦相应回路的电阻增大。当然，最好的办法是去掉耦合电容而采取直接耦合的方式。合电容而采取直接耦合的方式。6.4.4 6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积 （3 3）引入负反馈引入负反馈。在电路中引入负反馈，可以扩大。在电路中引入负反馈，可以扩大放大电路的通频带。放大电路的通频带。（2 2）增大）增大fH，改善高频响应。有，改善高频响应。有 其中：其中：所以应减小电阻和电容，选择特征频率高，所以应减小电阻和电容，选择特征频率高，小的高小的高频管，还要减小频管，还要减小gmRL。但是，减小。但是，减小gmRL 会时放大电会时放大电路电压增益下降。可见扩展频带和提高电压增益是有路电压增益下降。可见扩展频带和提高电压增益是有矛盾的。矛盾的。6.4.4 6.4.4 放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积“增益带宽积增益带宽积”GBPGBP，它是中频电压放大倍数，它是中频电压放大倍数Ausm 和通频带和通频带fBW的乘积。的乘积。是衡量放大电路性能的一项重要指标。是衡量放大电路性能的一项重要指标。由于增益带宽积为增益带宽积为GBP：可以看出，在一般情况下，当晶体管和信号源选可以看出，在一般情况下，当晶体管和信号源选定后，增益带宽积也就大体确定。如果要使放大定后，增益带宽积也就大体确定。如果要使放大电路的通频带宽，同时又要使它的电压增益高，电路的通频带宽，同时又要使它的电压增益高，则应选用则应选用 和和 都很小的高频管。都很小的高频管。6.5 6.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应6.5.16.5.1多级放大电路的频率响应表达式和波特图多级放大电路的频率响应表达式和波特图 设多级放大电路每一级的电压增益分别为设多级放大电路每一级的电压增益分别为 ，则总的电压增益为：则总的电压增益为：由式（由式（6 64545）可写出多级放大电路电压增益的波）可写出多级放大电路电压增益的波特图的表达式为：特图的表达式为：（6 64545）因此，只要把各级电压增因此，只要把各级电压增益的波特图进行叠加，就可益的波特图进行叠加，就可以得到多级放大电路总电压以得到多级放大电路总电压增益波特图。增益波特图。1.1.放大器的增益与频率有关，称幅频特性；放大器的增益与频率有关，称幅频特性；放大器的相移也与频率有关，称相频特性，放大器的相移也与频率有关，称相频特性，两者统称为频率响应。两者统称为频率响应。高频响应高频响应由晶体管的极间电容（结电容）引起的。由晶体管的极间电容（结电容）引起的。低频响应低频响应由电路中耦合电容和旁路电容引起的。由电路中耦合电容和旁路电容引起的。3.衡量放大电路性能的一项重要指标衡量放大电路性能的一项重要指标增益带宽积。增益带宽积。4.CB组态放大电路由于输入电容小（组态放大电路由于输入电容小（pF），所以），所以CB组态放大组态放大电路的上限截止频率电路的上限截止频率fH比比CE组态要高许多。组态要高许多。频响分析频响分析几点结论几点结论2.分析放大器频响的重要指标：增益函数、带宽和高低频截频。分析放大器频响的重要指标：增益函数、带宽和高低频截频。本章内容本章内容1.1.频率响应产生的原因和表示方法频率响应产生的原因和表示方法低频低频AuAu下降的主要因素取决于耦合电容下降的主要因素取决于耦合电容C C，高频高频AuAu下降的主要因素取决于管子的极间电容。下降的主要因素取决于管子的极间电容。2.RC2.RC低通和高通电路的频率响应低通和高通电路的频率响应包括幅频特性和相频特性、通频带和截止频率；包括幅频特性和相频特性、通频带和截止频率；5.5.多级放大电路的频率响应，多级放大电路的频率响应，包括幅频特性和包括幅频特性和相频特性、通频带和截止频率的近似估算。相频特性、通频带和截止频率的近似估算。3.3.晶体管的高频等效模型及相应参数的计算；晶体管的高频等效模型及相应参数的计算；4.4.单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应及相应参数的及相应参数的计算；计算；作业：作业：6-16-1、6-46-4、6-5(1)6-5(1)、6-136-13