模拟电子技术基础放大电路的频率响应概要.pptx

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1、本章内容1.频率响应的相关概念2.单时间常数RC电路的频率响应4.单级BJT放大电路的频率响应5.多级放大电路的频率响应3.晶体管的高频等效模型第1页/共60页1.理解频率响应的相关概念；2.理解增益带宽积的概念；3.了解半导体器件的频率特性；4.会算：会计算只含一个时间常数时电路的fL和fH；5.会画：能画出近似波特图；6.定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系。本章要求第2页/共60页1.频率响应的相关概念频率响应的相关概念1.1 研究频率响应的必要性研究频率响应的必要性1.2 放大电路的频率参数及波特图放大电路的频率参数及波特图General Frequency Considerati

2、ons第3页/共60页1.1 研究频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等），当信号频率较高或较低时，不但放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移，使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。问题的提出问题的提出放大器的增益是输入信号频率的函数第4页/共60页1.1 研究频率响应的必要性（1）幅度失真 放大电路对不同频率信号的幅值放大不同。二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波第5页/共60页1.1 研究频率响应的必要性二次谐波基波输入信号输出信号二次谐波基波（2）相位失真 放大电路对不同频率信号产生的相移不

3、同，表现为时间延时不同。幅度失真和相位失真总称为线性失真或频率失真。第6页/共60页1.1 研究频率响应的必要性 放大电路中存在电抗性元件 例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;（3）产生线性失真的原因电容的电抗电容的电抗（C1=20 F）f Xc11Hz7962 10Hz796.2 100Hz79.62 1kHz7.962 10kHz0.796 100kHz0.08 1MHz0.008 f 100Hz Xc1 与与rbe=863 不能短路不能短路f 100Hz Xc1 rbe=863 可以短路可以短路f Xc1 Ib AV RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极

4、放大电路C1第7页/共60页1.1 研究频率响应的必要性三极管的三极管的()是频率的函数是频率的函数 在研究线性特性时，三极管的低频小信号模在研究线性特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。型不再适用，而要采用高频小信号模型。（3）产生线性失真的原因低频段：低频段：在低频段，晶体管的极间电容可视为开路，在低频段，晶体管的极间电容可视为开路，耦合电容耦合电容C1、C2不能忽略；不能忽略；中频段：中频段：所有的电容均可忽略；所有的电容均可忽略；高频段：高频段：耦合电容耦合电容C1、C2可以可视为短路，晶体管的可以可视为短路，晶体管的极间电容和线路分布电容、杂散电容等不能极间

5、电容和线路分布电容、杂散电容等不能忽略。忽略。第8页/共60页1.1 研究频率响应的必要性q电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因素；电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因素；q研究频响实际上是研究电抗元件对放大器放大倍数研究频响实际上是研究电抗元件对放大器放大倍数的影响；的影响；q当低频时，主要是耦合电容起作用；当低频时，主要是耦合电容起作用；q当高频时，主要是当高频时，主要是PN结电容起作用；结电容起作用；频率响应是衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标第9页/共60页1.2 放大电路的频率参数及波特图放大器的增益与频率的关系可表示为：放大器的增益与频率的关系可表示为：（1）

6、频率响应(频率特性)增益的幅值与频率 f 的函数关系，称为幅频响应增益的相位与频率f 的函数关系称为相频响应第10页/共60页1.2 放大电路的频率参数及波特图典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性OffLfHBWAum0.707Aum 90 180 270 f0通带增益下限频率上限频率通频带（带宽）半功率线第11页/共60页1.2 放大电路的频率参数及波特图（2）频率响应的波特图（Bode Plot）p幅频特性曲线：幅频特性曲线：横轴（横轴（）对数坐标；纵轴（对数坐标；纵轴（）p相频特性曲线：相频特性曲线：横轴（横轴（）对数坐标；纵轴对数坐标；纵

7、轴 相角（相角（）横坐标改线性增长为指数增长，以对数坐标表示；幅频纵坐标以分贝形式表示；曲线做直线化处理。第12页/共60页1.2 放大电路的频率参数及波特图f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程第13页/共60页2.单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应2.1 RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应2.2 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应Frequency Response of RC Circuit第14页/共60页2.1 RC高通电路的频率响应+_+_CR RC 高通电路令：令：时间常数时间

8、常数第15页/共60页2.1 RC高通电路的频率响应则有：则有：（1）对数幅频特性）对数幅频特性第16页/共60页2.1 RC高通电路的频率响应当当 f fL(高频高频)，当当 f fC不通不通通通f fC通通不通不通f 10fC相位滞后相位滞后90000第24页/共60页3.晶体管的高频等效模晶体管的高频等效模型型High-Frequency Equivalent Model for BJT3.1 混合混合等效等效模型模型3.2 电流放大倍数的频率响应3.3 晶体管的频率参数第25页/共60页3.1 混合等效模型rbb 基区的体电阻基区的体电阻rbe发射结电阻发射结电阻b是假想的基区内的一个

9、点。是假想的基区内的一个点。Cbe发射结电容发射结电容rbc集电结电阻集电结电阻Cbc集电结电容集电结电容 受控电流源，代替了受控电流源，代替了混合混合等效模型等效模型第26页/共60页3.1 混合等效模型特点特点：（：（1 1）体现了三极管的体现了三极管的电容效应电容效应；（2）用 代替了ib。因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。第27页/共60页3.1 混合等效模型rbc很大很大可以忽略可以忽略rce很大很大也可以忽略也可以忽略简化的混合等效电路：可从器件手册中查到；：可从器件手册中查到；并且并且(估算，估算，fT 要从器件要从器件手册中查到手册中查到)第28页/共60页3.1 混合等

10、效模型混合混合 参数与参数与 h 参数的关系参数的关系低低频频时时，忽忽略略晶晶体体管管内内部部电电容容，混混合合模模型型与与h参数模型等效。参数模型等效。第29页/共60页3.1 混合等效模型一般小功率三极管一般小功率三极管第30页/共60页3.2 电流放大倍数的频率响应（1）适于频率从适于频率从0至无穷大的表达式至无穷大的表达式ec+_+_+_为什么短路？当当时，时，第31页/共60页3.2 电流放大倍数的频率响应低频时低频时（2）电流放大倍数的频率特性曲线第32页/共60页3.3.电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图:采用对数坐标系注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十

11、倍频折线化近似画法折线化近似画法3.2 电流放大倍数的频率响应第33页/共60页3.3 晶体管的频率参数（1）共射截止频率）共射截止频率 f 值下降到值下降到 0.707 0(即即 )时的频率。时的频率。值值下下降降到到中中频频时时的的 70%左左右右。或或对对数数幅幅频频特特性性下下降降了了 3 dB。fTfOf 20lg 0f0 10 f 0.1f 45 90第34页/共60页3.3 晶体管的频率参数（2）特征频率）特征频率 f T 值降为值降为 1 时的时的频率。频率。f fT 时，时，三三极管失去放大作用；极管失去放大作用；f =fT 时，由式时，由式得：得：fTfOf 20lg 0f

12、0 10 f 0.1f 45 90第35页/共60页3.3 晶体管的频率参数（3）共基截止频率）共基截止频率 f 值值下下降降为为低低频频 0 时时的的 0.707 时的频率。时的频率。f 与与 f 之间关系：之间关系：低低频频小小功功率率管管 f 值值约约为为几几十十至至几几百百千千赫赫，高高频频小小功功率率管管的的 f 约约为为几十至几百兆赫。几十至几百兆赫。第36页/共60页晶体管频率特性小结1.2.f fT f 1.高频混合高频混合等效模型等效模型的频率响应的频率响应fTfOf 20lg 0f0 10 f 0.1f 45 90.晶体管的频率参数晶体管的频率参数第37页/共60页4.单级

13、单级BJT放大电路的频率响放大电路的频率响应应Frequency Response of BJT Amplifier第38页/共60页4单管共射极放大电路的频响中频段：中频段：C1 短路，极间电容开路。短路，极间电容开路。低频段：考虑低频段：考虑C1的影响，极间电容开路。的影响，极间电容开路。高频段：考虑极间电容的影响，高频段：考虑极间电容的影响，C1短路。短路。C1RcRb+VCCC2RL+Rs+将将 C2 和和 RL 看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。第39页/共60页1.1.中频电压放大倍数中频电压放大倍数（1）中频段）中频段 bce +Rb+RcR

14、s结结论论：中中频频电电压压放放大大倍倍数数的的表表达达式式，与与利利用用简简化化 h 参参数数等效电路的分析结果一致。等效电路的分析结果一致。4单管共射极放大电路的频响第40页/共60页1.1.中频电压放大倍数中频电压放大倍数（2）低频段）低频段 bce +Rb+RcRsC1 C1 与与输输入入电电阻阻构构成成一一个个 RC 高通电路高通电路下限截止频率：下限截止频率：低频电压增益：低频电压增益：4单管共射极放大电路的频响第41页/共60页1.1.中频电压放大倍数中频电压放大倍数幅频响应幅频响应：相频响应相频响应：f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135-450/十倍频程

15、十倍频程f0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频程十倍频程4单管共射极放大电路的频响第42页/共60页1.1.中频电压放大倍数中频电压放大倍数（3）高频段）高频段4单管共射极放大电路的频响第43页/共60页混合混合 型等效电路中的电容型等效电路中的电容 将输入回路与输出将输入回路与输出回回路路直直接接联联系系起起来来，使使解解电电路的过程变得十分麻烦。路的过程变得十分麻烦。密勒定理简化电路！密勒定理简化电路！4单管共射极放大电路的频响第44页/共60页密勒定理回顾目的：目的：将阻抗将阻抗Z等效到输入回路和输出回路中。等效到输入回路和输出回路中。令：则：即：同理：4单管共射极放大电

16、路的频响第45页/共60页例4-1 如图电路，用密勒定理将图(a)电路等效为图(b)，求图(b)中的C1、C2为何值。4单管共射极放大电路的频响第46页/共60页用用两两个个电电容容来来等等效效 Cb c。分分别别接接在在 b、e 和和 c、e 两端。电容值分别为：两端。电容值分别为：其中：其中：+bce图图 3.3.2(b)等效电路等效电路 单向化的混合 型等效电路 bce+4单管共射极放大电路的频响第47页/共60页4单管共射极放大电路的频响单管共射放大电路高频等效电路单管共射放大电路高频等效电路 bce +Rb+RcRs ce+Rc第48页/共60页 ce+Rc C 与与 R 构成构成

17、RC 低通电路低通电路 上限截止频率：高频电压增益：高频电压增益：4单管共射极放大电路的频响第49页/共60页幅频响应幅频响应 ：相频响应相频响应 ：f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程十倍频程4单管共射极放大电路的频响第50页/共60页（4）完整的阻容耦合共射放大电路的频率响应4单管共射极放大电路的频响f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程第51页/共60页（5）增益带宽积（GBW）(2)增益带宽积：增益带宽积：GBW=Aum fBW Aum

18、fHBJT一旦确定，带宽增益积基本为常数一旦确定，带宽增益积基本为常数(1)通频带：通频带：放大器中频放大器中频电压电压增益与通频带的乘积称增益与通频带的乘积称GBW（Gain-Bandwidth Product）矛盾4单管共射极放大电路的频响第52页/共60页5.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应Frequency Response of Multistage Amplifier第53页/共60页5.多级放大电路的频率响应总电压放大倍数是各级电压放大倍数的乘积：总电压放大倍数是各级电压放大倍数的乘积：总对数增益是各级对数增益的代数和：总对数增益是各级对数增益的代数和：总相位移是各级

19、相位移的代数和：总相位移是各级相位移的代数和：第54页/共60页5.多级放大电路的频率响应绘制多级放大电路总的幅频特性和相频特性时，只绘制多级放大电路总的幅频特性和相频特性时，只要将各放大电路的对数增益和相位移在同一横坐标下分要将各放大电路的对数增益和相位移在同一横坐标下分别叠加就行。别叠加就行。多级放大器增益多级放大器增益增加了，但通频带却比增加了，但通频带却比任一级都任一级都窄窄。因。因增益带增益带宽积基本为常数，故宽积基本为常数，故放放大倍数的变化量与通频大倍数的变化量与通频带宽的变化量成反比带宽的变化量成反比。第55页/共60页多级放大电路的上限频率和下限频率多级放大电路的上限频率和下

20、限频率总上限频率：总上限频率：总下限频率：总下限频率：当其中第当其中第k级的上限频率级的上限频率fHk比其它各级小得多比其它各级小得多时，可近似认为总的时，可近似认为总的fHfHk；当其中第当其中第k级的下限频率级的下限频率fLk比其它各级大得多时，比其它各级大得多时，可近似认为总的可近似认为总的fLfLk。5.多级放大电路的频率响应第56页/共60页5.多级放大电路的频率响应例 4-2讨论二1.该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路?2.耦合方式耦合方式?3.在在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移时，增益下降多少？附加相移？4.fH？已知某放大电路的幅频已知某放大电路的幅

21、频特性如图所示，讨论下列问特性如图所示，讨论下列问题：题：第57页/共60页本章小结本章小结1.由于放大器件存在极间电容，以及电路中的电抗性由于放大器件存在极间电容，以及电路中的电抗性元件，因此，放大电路的电压放大倍数是频率的函元件，因此，放大电路的电压放大倍数是频率的函数。这种函数关系称为频率响应；数。这种函数关系称为频率响应；2.三个频率参数：三个频率参数：ffTf；3.阻容耦合单管共射放大电路，阻容耦合单管共射放大电路，低频段低频段电压放大倍数电压放大倍数下降主要原因是输入信号在隔直电容上产生压降，下降主要原因是输入信号在隔直电容上产生压降，同时还将产生同时还将产生0+900超前超前附加相位移，附加相位移，高频段高频段主要主要是由极间电容引起的，同时产生是由极间电容引起的，同时产生0900滞后附加相滞后附加相位移。位移。u频率响应的概念；频率响应的概念；u频率响应的分析思路；频率响应的分析思路；u波特图；波特图；u频响分析的定性结论；频响分析的定性结论；第58页/共60页本章小结本章小结4.直接耦合放大电路不通过隔直电容实现级间连接，直接耦合放大电路不通过隔直电容实现级间连接，低频响应好。低频响应好。5.多级放大电路的频带总是比构成它的每一级的通频多级放大电路的频带总是比构成它的每一级的通频带要窄。带要窄。第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页