第五放大电路的频率响应.pptx

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1、会计学1第五第五(d w)放大电路的频率响应放大电路的频率响应第一页，共66页。教学要求教学要求重重点点：讨讨论论影影响响放放大大电电路路频频率率响响应应的的因因素素、研研究究频频率率响响应应的的必必要要性性、求求解解单单管管放放大大电电路路下下限限频频率率、上上限限频频率率和和波波特特图图的的方方法法、多多级级放放大大电电路路的的频频率率参参数数与与各各级级(j)放放大大电电路频率参数的关系。路频率参数的关系。难难点点：如如何何理理解解在在分分析析下下限限频频率率时时结结电电容容相相当当于于开开路路,而而分分析析上上限限频频率率时时将将耦耦合合电电容容和和旁旁路路电电容容相相当当于于短短路路

2、；为为什什么么截截止止频频率率决决定定于于电电容容所所在在回回路路的的时时间间常常数数；如如何何求求解解电电容容所所在在回回路路的的等等效效电电阻阻；如如何何根根据据波波特特图图写写出出放放大大倍倍数数的的表达式和根据放大倍数的表达式画出波特图等等。表达式和根据放大倍数的表达式画出波特图等等。第1页/共66页第二页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响的频率响应应结束5.1 频率响应频率响应(pn l xin yn)概述概述研究研究(ynji)放大电路频率响应的必要性放大电路频率响应的必要性1.放大电路的放大倍数是信号频率的函数，这种函数放大电路的放大倍数

3、是信号频率的函数，这种函数关系称为关系称为频率响应频率响应或或频率特性频率特性。2.放大电路应具有适合信号频率范围的通频带。放大电路应具有适合信号频率范围的通频带。3.获得放大电路上限频率、下限频率及通频带的计算方获得放大电路上限频率、下限频率及通频带的计算方法。法。频率响应的基本概念频率响应的基本概念1.耦合电容的存在，对信号构成了高通电路。耦合电容的存在，对信号构成了高通电路。第2页/共66页第三页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率电路的频率响应响应结束 对对低低频频段段,由于耦合由于耦合电电容容(dinrng)的容抗的容抗变变大大,高高频时频时1/CR

4、,可可视为视为短路短路,低低频频段段时时1/CR不成不成立。此立。此时时考考虑虑极极间电间电容容(dinrng)影响的等效影响的等效电电路如路如图图(a)所示。所示。U i R U o C(a)低频段耦合电容的影响 第3页/共66页第四页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率电路的频率响应响应结束 对对高高频频段段,由于三极管极由于三极管极间电间电容或分布容或分布电电容的容抗容的容抗较较小小,低低频频段段视为视为开路开路,高高频频段段处处1/C较较小小,此此时时考考虑虑极极间电间电容影响的等效容影响的等效电电路如路如图图(b)所示。所示。当当频频率上升率上升时时

5、,容抗减小容抗减小,使加至放大使加至放大电电路的路的输输入入(shr)信号减小信号减小,输输出出电压电压减小减小,从而使放大倍数下降。从而使放大倍数下降。同同时时也会在也会在输输出出电电压压与与输输入入(shr)电压间产电压间产生附加相移。生附加相移。2.极极间电间电容的存在容的存在(cnzi)，对对信号构成了低通信号构成了低通电电路。路。U i R U o C(b)高频段极间电容的影响 第4页/共66页第五页，共66页。一一一一.RC.RC.RC.RC高通网络高通网络高通网络高通网络(wnglu)(wnglu)(wnglu)(wnglu)（1）频率响应）频率响应(pn l xin yn)表表

6、达式：达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：第5页/共66页第六页，共66页。（2）RC高通网络高通网络(wnglu)的的波特图波特图f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40最大误差最大误差(wch)-3dB斜率斜率(xil)为为-20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：20dB/十倍频十倍频第6页/共66页第七页，共66页。可见：当频率可见：当频率(pnl)(pnl)较高时，较高时，AU 1AU 1，输出与输入电压之间的相位差，输出与输入电压之间的相位差=0=0。随着频率随着频率(pnl)(pnl)的降低，的降低，AU AU 下降，相位

7、差增大，且输出电压是超前于输入电下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前压的，最大超前90o90o。其中，其中，fLfL是一个重要的频率是一个重要的频率(pnl)(pnl)点，称为下限截止频率点，称为下限截止频率(pnl)(pnl)。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频十倍频相频响应相频响应(xingyng)f0.01fL00.1fL fL10fL9045第7页/共66页第八页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响电路的频率响应应结束一、高通电路一、高通电路(dinl)图高通电路(dinl)及频率响应第8页/共6

8、6页第九页，共66页。二、二、二、二、RC RC RC RC低通网络低通网络低通网络低通网络(wnglu)(wnglu)(wnglu)(wnglu)（1）频率响应）频率响应(pn l xin yn)表达式：表达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：第9页/共66页第十页，共66页。（2）RC低通电路低通电路(dinl)的波特的波特图图最大误差最大误差(wch)-3dB0分贝分贝(fnbi)水水平线平线斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程第10页/共66页第十一

9、页，共66页。相频响应相频响应(xingyng)可见：当频率较低时，可见：当频率较低时，AU 1AU 1，输出，输出(shch)(shch)与输入电压之间的相位与输入电压之间的相位差差=0=0。随着频率的提高，。随着频率的提高，AU AU 下降，相位差增大，且输出下降，相位差增大，且输出(shch)(shch)电压是电压是滞后于输入电压的，最大滞后滞后于输入电压的，最大滞后90o90o。其中其中fHfH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。是一个重要的频率点，称为上限截止频率。f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45

10、-90这种对数频率特性曲线称为这种对数频率特性曲线称为(chn wi)波特图波特图第11页/共66页第十二页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束二、低通电路二、低通电路(dinl)图低频电路(dinl)及其频率响应第12页/共66页第十三页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束波特波特(b t)图图在研究放大电路的频率响应时，采用对数坐标在研究放大电路的频率响应时，采用对数坐标(zubio)画出的频率特性曲线就称为波特图。画出的频率特性曲线就称为波特图。高通电路的对数幅频特性为。高通电

11、路的对数幅频特性为。低通电路的对数幅频特性为。低通电路的对数幅频特性为。第13页/共66页第十四页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束图高通电路(dinl)与低通电路(dinl)的波特图第14页/共66页第十五页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率的频率响应响应结束5.2 晶体管的高频等效晶体管的高频等效(dn xio)模型模型晶体管的混合晶体管的混合(hnh)(hnh)模型模型一、完整的混合一、完整的混合模型模型图晶体管结构示意图及混合图晶体管结构示意图及混合模型模型第15页/共66页第十六页，共6

12、6页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响的频率响应应结束模型模型(mxng)的引出的引出 rbe-发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 -发射结电容发射结电容-集电结电阻集电结电阻 -集电结电容集电结电容 rbb-基区的体基区的体电电阻，阻，b是假想是假想(jixing)的基区内的一个的基区内的一个点。点。互导互导 第16页/共66页第十七页，共66页。二、简化二、简化(jinhu)的混合的混合模型模型bce(a)rbbrbebUbe.CpCmgmUb e.c(b)IUbe.CmbeUc e.eIc(c)Ub e.b(1-K)CmCmK

13、-1KUce.e令 模型模型(mxng)(mxng)的简化的简化第17页/共66页第十八页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束此此式式表表明明,从从b、e两两端端(lin dun)看看进进去去,跨跨接接在在b、c之之间间的的电电容容C的的作作用用,和和一一个个并并联联在在b、e两两端端(lin dun),其其电电容容值值为为 的电容等效。这就是密勒定理。如图的电容等效。这就是密勒定理。如图c所示。所示。第18页/共66页第十九页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响电路的频率响应应结束图简化的混合(hnh

14、)模型第19页/共66页第二十页，共66页。低频时，忽略电容，混合低频时，忽略电容，混合(hnh)(hnh)模型与模型与H H参数模型等效参数模型等效所以所以(suy)(suy)三、混合三、混合(hnh)模型的主要模型的主要参数参数由：由：第20页/共66页第二十一页，共66页。又因又因为为从手册中查出从手册中查出所以所以第21页/共66页第二十二页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束三、混合三、混合(hnh)模型的主要参数模型的主要参数模型参数模型参数(cnsh)(cnsh)的获的获得得（与与H H参数的关系参数的关系）低频时，混合低频

15、时，混合模型与模型与h参数模型等效参数模型等效 所以所以从手册中查出从手册中查出第22页/共66页第二十三页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束晶体管电流放大晶体管电流放大(fngd)(fngd)倍数倍数的频率响应的频率响应由由h h参数参数(cnsh)(cnsh)可知可知即即根据混合根据混合 模型得模型得所以所以第23页/共66页第二十四页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束低频低频(dpn)(dpn)时时截止频率截止频率第24页/共66页第二十五页，共66页。第第5 5章章 放大

16、放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束令令即即第25页/共66页第二十六页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束因因所以所以(suy)其中其中(qzhng)：第26页/共66页第二十七页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束5.3 场效应管的高频等效场效应管的高频等效(dn xio)模型模型图场效应管的高频等效(dn xio)模型第27页/共66页第二十八页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束5.4 单管放大单

17、管放大(fngd)电路的频率电路的频率响应响应单管共射放大单管共射放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应图单管共射放大电路及其等效电路图单管共射放大电路及其等效电路第28页/共66页第二十九页，共66页。具体分析时具体分析时,通常分成三个频段考虑通常分成三个频段考虑:(1)中中频频段段:全全部部电电容容均均不不考考虑虑,耦耦合合电电容容视视为为短短路路,极极间间电电容容视视为开路为开路(kil)。(2)低低频频段段:耦耦合合电电容容的的容容抗抗不不能能忽忽略略,而而极极间间电电容容视视为为开开路路(kil)。(3)高频段高频段:耦合电容视为短路耦合电容视为短路,而极间电容的容

18、抗不能忽略。而极间电容的容抗不能忽略。这这样样求求得得三三个个频频段段的的频频率率响响应应,然然后后再再进进行行综综合合。这这样样做做的的优优点点是是,可可使使分分析析过过程程简简单单明明了了,且且有有助助于于从从物物理理概概念念上上来来理理解解各各个个参参数数对频率特性的影响。对频率特性的影响。第29页/共66页第三十页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响电路的频率响应应结束一、中频电压一、中频电压(diny)放大倍数放大倍数图单管共射放大电路图单管共射放大电路(dinl)的中频等效电路的中频等效电路(dinl)第30页/共66页第三十一页，共66页。第第

19、5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响电路的频率响应应结束其中其中(qzhng)：电路电路(dinl)空载时的中频电压放大倍空载时的中频电压放大倍数为数为第31页/共66页第三十二页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响电路的频率响应应结束输入电阻为输入电阻为二、低频电压放大二、低频电压放大(fngd)倍数倍数图单管共射放大图单管共射放大(fngd)电路的低频等效电路电路的低频等效电路输出电阻为输出电阻为第32页/共66页第三十三页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率的频率响应响应结束将（）代入上式得将（

20、）代入上式得将上式分子将上式分子(fnz)、分母同除以、分母同除以Rc+RL得得 第33页/共66页第三十四页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响的频率响应应结束与与 中频中频(zhngpn)电压放大倍数（）比较得电压放大倍数（）比较得下限下限(xixin)截止频率为截止频率为第34页/共66页第三十五页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束第35页/共66页第三十六页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率电路的频率响应响应结束三、高频电压放大三、高频电压放大(fngd

21、)倍数倍数图单管共射放大图单管共射放大(fngd)电路的高频等效电路电路的高频等效电路第36页/共66页第三十七页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束第37页/共66页第三十八页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率的频率响应响应结束令：令：第38页/共66页第三十九页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束四、波特四、波特(b t)图图第39页/共66页第四十页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结

22、束第40页/共66页第四十一页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束图单管共射放大电路图单管共射放大电路(dinl)的波特图的波特图第41页/共66页第四十二页，共66页。完整完整(wnzhng)的共射放大电路的频率响应的共射放大电路的频率响应f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程第42页/共66页第四十三页，共66页。（1）通频带）通频带(pndi)：（2 2）带宽）带宽(di kun)-(di kun)-增益积：增益积：fbwAumfbwAumBJT BJT 一旦

23、确定，带宽一旦确定，带宽(di kun)(di kun)增益积基本增益积基本为常数为常数5.频率失真频率失真由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。生的失真。频率失真动画演示频率失真动画演示两个频率响应指标：两个频率响应指标：f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程第43页/共66页第四十四页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束单管共源放大电路单管共源放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应(bujia

24、ng)(bujiang)图单管共源放大(fngd)电路及其等效电路第44页/共66页第四十五页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响的频率响应应结束一、中频电压一、中频电压(diny)放大倍数放大倍数二、高频电压二、高频电压(diny)放大倍数放大倍数第45页/共66页第四十六页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响的频率响应应结束三、低频电压放大三、低频电压放大(fngd)倍数倍数第46页/共66页第四十七页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束第47页/共66页

25、第四十八页，共66页。第第5 5章章 放大放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应结束放大电路放大电路(dinl)(dinl)频率响应的改善和增益带宽积频率响应的改善和增益带宽积则则设设则则设设且且则则一、晶体管共射放大电路的增益一、晶体管共射放大电路的增益(zngy)带宽积带宽积第48页/共66页第四十九页，共66页。第第5 5章章 放大电路放大电路(dinl)(dinl)的频率响应的频率响应结束整理整理(zhngl)得得BJT 一旦确定，一旦确定，带宽带宽增益增益积积基本基本(jbn)为为常常数数#如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？第49页/共66页第

26、五十页，共66页。带宽增益带宽增益带宽增益带宽增益(zngy)(zngy)(zngy)(zngy)积：定性积：定性积：定性积：定性分析分析分析分析f fbwbw f fHH f fL L f fHH矛盾矛盾 当提高增益当提高增益(zngy)时，带宽时，带宽将变窄；反之，将变窄；反之，增益增益(zngy)降低，降低，带宽将变宽。带宽将变宽。放大电路频率响应放大电路频率响应(pn l xin yn)(pn l xin yn)的改善的改善和增益带宽积和增益带宽积第50页/共66页第五十一页，共66页。带宽增益带宽增益带宽增益带宽增益(zngy)(zngy)(zngy)(zngy)积：定积：定积：定积

27、：定量分析量分析量分析量分析若若rbeRb、Rs fL1，fH fH1，频带，频带(pndi)变窄！变窄！第54页/共66页第五十五页，共66页。5.5 5.5 多级放大多级放大多级放大多级放大(fngd)(fngd)电路的频率响应电路的频率响应电路的频率响应电路的频率响应对于对于N级放大电路，若各级的下、上限级放大电路，若各级的下、上限(shngxin)频率分别为频率分别为fL1 fLn、fH1 fHn，整个电路的下、上限，整个电路的下、上限(shngxin)频率分别为频率分别为fL、fH，则，则由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频率的频率(pnl)，经修正，可得，经修正，可得第5

28、5页/共66页第五十六页，共66页。3Home（具具体体推推导导(tudo)(tudo)过过程程见见教教材材 P230P230）当当各各级级放放大大(fngd)(fngd)电电路路的的下下限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，多多级级放放大大(fngd)(fngd)电电路路的的下下限频率按下式计算：限频率按下式计算：当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率远远大大于于其其它它各各级级的的下下限限频频率率时时，则则多多级级放放大大电路的下限频率近似等于该级放大电路的下限频率。电路的下限频率近似等于该级放大电路的下限频率。（具体推导过程见教材（具体推导过程见教材 P231P23

29、1）当当各各级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，多多级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率按下式计算：按下式计算：当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率远远小小于于其其它它各各级级的的上上限限频频率率时时，则则多级放大电路的上限频率近似等于该级放大电路的上限频率。多级放大电路的上限频率近似等于该级放大电路的上限频率。Back第56页/共66页第五十七页，共66页。小小小小 结结结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：频率响应频率响应频率响应频率响应(pn l xi

30、n yn)(pn l xin yn)(pn l xin yn)(pn l xin yn)的基的基的基的基本概念。本概念。本概念。本概念。频率响应频率响应频率响应频率响应(pn l xin yn)(pn l xin yn)(pn l xin yn)(pn l xin yn)的分的分的分的分析、计算方法。析、计算方法。析、计算方法。析、计算方法。波特图的画法。波特图的画法。波特图的画法。波特图的画法。HomeBack8作业作业(zuy)(zuy)：P243-244 P243-244 自测题自测题第57页/共66页第五十八页，共66页。【例1】共e极放大电路如图5-18所示,设三极管的=100,rb

31、e=6k,rbb=100,fT=100MHz,C=4pF。(1)估算(sun)中频电压放大倍数Ausm;(2)估算(sun)下限频率fl;(3)估算(sun)上限频率fh。解(1)估算(sun)Ausm。由公式(5-18)图5-18 例1电路图第58页/共66页第五十九页，共66页。故其中(qzhng)第59页/共66页第六十页，共66页。(2)估算下限频率fl。电路中有两个隔直电容C1和C2以及一个旁路(pn l)电容Ce,先分别计算出它们各自相应的下限频率fl1、fl2和fle。由于(yuy)，所以(suy)第60页/共66页第六十一页，共66页。(3)估算上限(shngxin)频率fh。

32、高频等效电路如图5-19所示。根据给定参数可算出 图5 19 例1高频(o pn)等效电路 第61页/共66页第六十二页，共66页。输入(shr)回路的时间常数为则 第62页/共66页第六十三页，共66页。输出回路(hul)的时间常数为 则 总的上限(shngxin)频率可由下式近似估算:第63页/共66页第六十四页，共66页。第五章第五章 结束结束(jish)第64页/共66页第六十五页，共66页。教学参考书：教学参考书：1.1.模拟电子技术模拟电子技术(jsh)(jsh)基础简明教程，杨素行主编，高等教育出版社基础简明教程，杨素行主编，高等教育出版社2.2.康华光主编，电子技术康华光主编，

33、电子技术(jsh)(jsh)基础基础-模拟部分（第四版），高等教模拟部分（第四版），高等教育出版社，育出版社，2000.82000.83.3.陈大钦主编，电子技术陈大钦主编，电子技术(jsh)(jsh)基础，模拟部分基础，模拟部分(第四版第四版)教师手册教师手册 ，高等教育出版社，高等教育出版社，1999.10 1999.10 4.4.宋学君，邬鸿彦宋学君，邬鸿彦 主编，模拟电子技术主编，模拟电子技术(jsh)(jsh)，科学出版社，科学出版社，199919995.5.江晓安，董秀峰江晓安，董秀峰 主编，模拟电子技术主编，模拟电子技术(jsh)(jsh)，西安电子科技大学，西安电子科技大学出版

34、社，出版社，2002 2002 6.6.张英全主编，模拟电子技术张英全主编，模拟电子技术(jsh)(jsh)，机械工业出版社，机械工业出版社，2000.92000.97.7.王远主编，模拟电子技术王远主编，模拟电子技术(jsh)(jsh)，机械工业出版社，机械工业出版社，2000.8 2000.8 8.8.孙肖子，张企民孙肖子，张企民 主编，模拟电子技术主编，模拟电子技术(jsh)(jsh)，西安电子科技大学，西安电子科技大学出版社，出版社，200120019.9.陈大钦，彭容修陈大钦，彭容修 主编，赵曾贻；模拟电子技术主编，赵曾贻；模拟电子技术(jsh)(jsh)，武汉工业，武汉工业大学出版社，大学出版社，2001 2001 10.10.汪忠仁等编，电子线路实验，重庆，科学技术汪忠仁等编，电子线路实验，重庆，科学技术(jsh)(jsh)文献出版文献出版社社11.11.模拟电子技术模拟电子技术(jsh)(jsh)基础教师手册基础教师手册 华成英主编高等教育出版华成英主编高等教育出版 20022002年年8 8月月第65页/共66页第六十六页，共66页。