《频率响应特性》PPT课件.ppt
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1、第第5章章 频率响应频率响应第第五五章章 频率响应频率响应特性特性51 频率响应的概念频率响应的概念52 单级共射放大器的高频响应单级共射放大器的高频响应 53 共集电路的高频响应共集电路的高频响应 54 共基电路的高频响应共基电路的高频响应55 差分放大器的频率响应差分放大器的频率响应56 场效应管放大器的高频响应场效应管放大器的高频响应57 放大器的低频响应放大器的低频响应58 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应59 建立时间建立时间tr与上限频率与上限频率fH的关系的关系510 举例及计算机仿真举例及计算机仿真第第5章章 频率响应频率响应51 频率响应的概念频率响应的概念 511
2、频率失真及不失真条件频率失真及不失真条件 一、频率失真一、频率失真 我我们们知知道道,待待放放大大的的信信号号,如如语语音音信信号号、电电视视信信号号、生生物物电电信信号号等等等等,都都不不是是简简单单的的单单频频信信号号,它它们们都都是是由由许许多多不不同同相相位位、不不同同频频率率分分量量组组成成的的复复杂杂信信号号,占有一定的频宽。占有一定的频宽。第第5章章 频率响应频率响应频率失真包括以下两种情况频率失真包括以下两种情况幅幅度度频频率率失失真真如如图图51(a)所所示示,若若某某待待放放大大的的信信号号是是由由基基波波(1)和和三三次次谐谐波波(31)所所组组成成,如如果果放放大大器器
3、对对三三次次谐谐波波的的放放大大倍倍数数小小于于对对基基波波的的放放大大倍倍数数,那那么么放放大大后后的的信信号号各各频频率率分分量量的的大大小小比比例例将将不不同同于于输输入入信信号号而产生失真。而产生失真。相相位位频频率率失失真真 如如果果放放大大器器存存在在电电抗抗元元件件使使基基波波和和三三次次谐谐波波产产生生了了不不同同的的时时延延,则则放放大大后后的的信信号号各各频频率率分分量量的的相位关系将不同于输入信号而产生失真。相位关系将不同于输入信号而产生失真。第第5章章 频率响应频率响应第第5章章 频率响应频率响应二、线性失真和非线性失真二、线性失真和非线性失真 频率失真属于线性失真,频
4、率失真属于线性失真,线性失真和非线性失真都线性失真和非线性失真都会使输出信号产生畸变,但两者有许多不同点:会使输出信号产生畸变,但两者有许多不同点:1.起因不同起因不同 线线性性失失真真由由电电路路中中的的线线性性电电抗抗元元件件引引起起,非非线线性性失失真真由由电电路路中中的的非非线线性性元元件件引引起起(如如晶晶体体管管或或场场效效应应管管的的特特性曲线的非线性等性曲线的非线性等)。2.结果不同结果不同 线线性性失失真真是是使使信信号号中中各各频频率率分分量量的的大大小小比比例例关关系系和和时时间间关关系系发发生生了了变变化化,或或是是滤滤掉掉了了某某些些频频率率分分量量的的失失真真,但但
5、在在输输出出信信号号中中不不产产生生输输入入信信号号中中所所没没有有的的新新的的频频率率分分量。量。第第5章章 频率响应频率响应三、不失真条件三、不失真条件理想频率响应理想频率响应 综综上上所所述述,若若放放大大器器对对所所有有不不同同频频率率分分量量信信号号的的放放大大倍倍数数相相同同,延延迟迟时时间间也也相相同同,那那么么就就不不产产生生频频率率失真,故不产生频率失真的条件为式(失真,故不产生频率失真的条件为式(5-2)(51)(52a)(52b)第第5章章 频率响应频率响应图图52给给出出了了不不产产生生线线性性失失真真的的振振幅幅频频率率响响应应和和相位频率响应,称之为理想频率响应。相
6、位频率响应,称之为理想频率响应。图图52理想频率响应理想频率响应(a)理想振幅频率响应;理想振幅频率响应;(b)理想相位频率响应理想相位频率响应 第第5章章 频率响应频率响应512 实际的频率特性及通频带定义实际的频率特性及通频带定义 实实际际的的振振幅幅频频率率特特性性一一般般如如图图53所所示示。在在低低频频和和高高频频区区放放大大倍倍数数有有所所下下降降,而而中中间间一一段段比比较较平平坦坦。为为分分析析方方便便起起见见,人人们们将将实实际际的的振振幅幅频频率率响响应应划划分分为为三三个个区区域域,即即中中频频区区、低低频频区区和和高高频频区区。并并定定义义上上限限频频率率fH、下下限限
7、频频率率fL以以及及通通频频带带BW,以以便便定定量量表表征征频频率响应的实际状况。率响应的实际状况。对于直接耦合放大器对于直接耦合放大器,其下限频率为零。其下限频率为零。第第5章章 频率响应频率响应图图53 实际的放大器幅频响应实际的放大器幅频响应 第第5章章 频率响应频率响应(53)(54)(55)(56)(57)第第5章章 频率响应频率响应52 单级共射放大器的高频响应单级共射放大器的高频响应521 晶体管的频率参数和高频等效电路晶体管的频率参数和高频等效电路 一、晶体管的高频等效电路一、晶体管的高频等效电路 在在第第二二章章中中,我我们们学学习习过过晶晶体体管管的的结结电电容容包包括括
8、势势垒垒电电容容和和扩扩散散电电容容。发发射射结结正正向向偏偏置置时时,扩扩散散电电容容成成分分较较大大,记记为为Cbe;而而集集电电结结为为反反向向偏偏置置,势势垒垒电电容容起起主主要要作作用用,记记为为 Cbc。在在高高频频区区,这这些些电电容容呈呈现现的的阻阻抗抗较较小小,其其对对电电流流的的分分流流作作用用不不可可忽忽略略。考考虑虑这这些些极极间间电容影响后的高频混合电容影响后的高频混合小信号等效电路如图小信号等效电路如图54所示。所示。第第5章章 频率响应频率响应图图54 晶体管的高频小信号混合晶体管的高频小信号混合等效电路等效电路 第第5章章 频率响应频率响应二、晶体管的高频参数二
9、、晶体管的高频参数 1.共射短路电流放大系数共射短路电流放大系数(j)及其上限频率及其上限频率f 由于电容由于电容C be的影响,的影响,值将是频率的函数。根据值将是频率的函数。根据的的定义定义(58)(59)P45(2-32)第第5章章 频率响应频率响应(511)|(j)|的频率特性如图的频率特性如图55所示。所示。第第5章章 频率响应频率响应图图55|(j)|与频率与频率f的关系曲线的关系曲线 第第5章章 频率响应频率响应2.特征频率特征频率fT 特特征征频频率率fT定定义义为为|(j)|下下降降到到1所所对对应应的的频频率率,如图如图55所示。所示。当当f=fT时时:(512)第第5章章
10、 频率响应频率响应3.共基短路电流放大系数共基短路电流放大系数(j)及及f因为(513)第第5章章 频率响应频率响应522 共射放大器的高频响应分析共射放大器的高频响应分析 一、共射放大器的高频小信号等效电路一、共射放大器的高频小信号等效电路图图56(a)所所示示的的共共射射放放大大器器的的晶晶体体三三极极管管用用其其高高频频小小信信号号模模型型代代替替得得交交流流等等效效电电路路如如图图56(b)所所示示。该该电电路路中中Cbc跨跨接接在在输输入入回回路路和和输输出出回回路路之之间间,使使高高频频响响应应的的估估算算变变得得复复杂杂化化,所所以以首首先先应应用用密密勒勒定定理理将将其其作单向
11、化近似。作单向化近似。第第5章章 频率响应频率响应图图56(a)共射放大器电路共射放大器电路 第第5章章 频率响应频率响应图图56 (b)共射放大器的高频小信号等效电路共射放大器的高频小信号等效电路 (设设RB1RB2Rs 忽略忽略)第第5章章 频率响应频率响应二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型 密密勒勒定定理理给给出出了了网网络络的的一一种种等等效效变变换换关关系系,它它可可以以将将跨跨接接在在网网络络输输入入端端与与输输出出端端之之间间的的阻阻抗抗分分别别等等效效为并接在输入端与输出端的阻抗。为并接在输入端与输出端的阻抗。如如图图57(a)所所
12、示示,阻阻抗抗Z跨跨接接在在网网络络N的的输输入入端端与与输出端之间,则等效到输入端的阻抗输出端之间,则等效到输入端的阻抗Z1为为第第5章章 频率响应频率响应图图57 密勒定理及等效阻抗密勒定理及等效阻抗 (a)原电路;原电路;I1I2第第5章章 频率响应频率响应图图57密勒定理及等效阻抗密勒定理及等效阻抗 (b)等效后的电路等效后的电路 I1I2第第5章章 频率响应频率响应(514)(515)第第5章章 频率响应频率响应(516)(517)(519a)(518)(519b)第第5章章 频率响应频率响应(520)(521)(522)利用图利用图58(b)的单向化简化模型,我们很快可以的单向化简
13、化模型,我们很快可以估算出电路的频率响应和上限频率估算出电路的频率响应和上限频率fH。单向化简化模型参数单向化简化模型参数:第第5章章 频率响应频率响应图图58密勒等效后的单向化等效电路密勒等效后的单向化等效电路(a)单向化模型;单向化模型;(b)进一步的简化等效电路进一步的简化等效电路 第第5章章 频率响应频率响应三、放大器高频增益表达式及上限频率三、放大器高频增益表达式及上限频率由图58(b)可见(523)(524)第第5章章 频率响应频率响应为中频增益为中频增益(525a)(525b)(526)(527)(528)其中其中为附加相移为附加相移第第5章章 频率响应频率响应根根据据式式(52
14、6)、(527)画画出出单单级级共共射射放放大大器器的的幅幅频频特特性性和和相相频频特特性性分分别别如如图图59(a),(b)所所示示。在在半半功功率率点点处处对对应应的的附附加加相相移移为为-45,而而当当频频率率f10fH以以后后,附加相移趋向于最大值附加相移趋向于最大值(-90)。第第5章章 频率响应频率响应图图59 考虑管子极间电容影响后的共射放大器频率响应考虑管子极间电容影响后的共射放大器频率响应(a)幅频特性;幅频特性;(b)相频特性;相频特性;(c)幅频特性波特图;幅频特性波特图;(d)相频特性波特图相频特性波特图 第第5章章 频率响应频率响应四、频率特性的波特图近似表示法四、频
15、率特性的波特图近似表示法将式将式(524)用对数频率响应来表示,即用对数频率响应来表示,即第第5章章 频率响应频率响应五、负载电容和分布电容对高频响应的影响五、负载电容和分布电容对高频响应的影响令式令式(524)中的中的Aus(j)为为Aus(j),Uo为为Uo H为为H1,如图如图510(b)所示。所示。第第5章章 频率响应频率响应图图510 包含负载电容包含负载电容CL的电路及等效电路的电路及等效电路 (a)电路;电路;(b)等效电路等效电路 第第5章章 频率响应频率响应(529)第第5章章 频率响应频率响应(531)(530)(532)(533)如果如果H2H2H1H1,则则H H H1
16、第第5章章 频率响应频率响应图图511 同时考虑同时考虑Ci和和CL影响的波特图影响的波特图 第第5章章 频率响应频率响应六、结果讨论六、结果讨论通过以上分析,为我们设计宽带放大器提供了依据。通过以上分析,为我们设计宽带放大器提供了依据。1.选择晶体管的依据选择晶体管的依据;2.信号源内阻信号源内阻Rs对高频特性的影响;对高频特性的影响;3.关于集电极负载电阻关于集电极负载电阻RC的选择原则;的选择原则;4.注意负载电容注意负载电容CL对高频特性的影响;对高频特性的影响;第第5章章 频率响应频率响应图图512 插入共集电路以减小插入共集电路以减小Rs大、大、CL大对大对fH的不良影响的不良影响
17、第第5章章 频率响应频率响应53 共集电路的高频响应共集电路的高频响应 共集电路如图513(a)所示。这里,我们有意将基区体电阻rbb拉出来,并将Cbc及Cbe这两个对高频响应有影响的电容标于图中。与共射电路对比,我们有理由说,共集电路的高频响应比共射电路要好得多,即fH(CC)fH(CE)。第第5章章 频率响应频率响应图513共集电路高频响应的讨论(a)电路;(b)高频交流通路及密勒等效第第5章章 频率响应频率响应一、一、Cbc的影响的影响 由于共集电路集电极直接连接到电源UCC,所以Cbc相当于接在内基极“b”和“地”之间,不存在共射电路中的密勒倍增效应。因为Cbc本身很小(零点几几pF)
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