清华模电频率响应.pptx

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1、本章重点：1、与频率响应相关的基本概念2、具有一个RC环节电路的截止频率（fL、fH）的求解方法，波特图的画法3、晶体管的高频等效电路 5、多级放大电路频率响应与单级电路频率响应间的关系4、单管放大电路的频率响应第1页/共60页本章讨论的问题:1.为什么要研究放大电路的频率响应？2.如何测定一个RC网络的频率响应？怎样画出频率特性曲线？3.晶体管的h参数等效模型在高频信号下还适用吗？4.什么是放大电路的通频带？哪些因素响应通频带？5.如何确定放大电路的通频带？第2页/共60页5.15.1 频率响应概述频率响应概述一、频率响应的概念一、频率响应的概念三、简单三、简单RC电路的频率响应电路的频率响

2、应二、放大电路的频率参数二、放大电路的频率参数四、波特图四、波特图第3页/共60页一、一、频率响应的概念频率响应的概念Au(f)幅频响应（特性）(f)相频响应（特性）频率响应（特性）-放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响，也就是Au与 f 的关系。为什么Au与 f 有关呢？-由于放大电路中有耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容以及线路间分布电容的存在，使放大倍数为频率的函数。1.频率响应频率响应 什么是频率响应？第4页/共60页一、一、频率响应的概念频率响应的概念2.频率失真频率失真q 幅频失真和相频失真总称频率失真频率失真-线性失真q 因放大电路对不同频率信号的放大倍数

3、放大倍数不同，使输出波形产生的失真幅度频率失真幅度频率失真（幅频失真）q 放大电路对不同频率信号的相移相移不同，使输出波形产生失真相位频率失真相位频率失真（相频失真）第5页/共60页一、一、频率响应的概念频率响应的概念2.频率失真（举例）频率失真（举例）第6页/共60页二、二、放大电路的频率参数放大电路的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。第7页/共60页二、二、放大电路的频率参数放大电路的频率参数-通频带、上

4、限截止频率、下限截止频率通频带、上限截止频率、下限截止频率耦合电容耦合电容造成造成三极管结电容三极管结电容造成造成fL下限截止频率fH上限截止频率ffbw=fH fL中频电压放大倍数中频电压放大倍数 通频带通频带放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线幅频特性曲线第8页/共60页三、三、简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应1.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应高通电路高通电路-信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。频率特性：频率特性：第9页/共60页1.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应三、三、简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应90 fO|

5、Au|10.707O45 fLf幅频特性相频特性第10页/共60页2.RC低通电路的频率特性 低通电路低通电路-信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。三、三、简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应 频率特性：频率特性：第11页/共60页2.RC低通电路的频率特性 三、三、简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应fO|Au|10.707O45 90 fHf幅频特性相频特性第12页/共60页几个结论几个结论 电路低频段的放大倍数需乘因子 当信号频率等于fL或fH 时，放大倍数幅值约降到0.707倍，而且产生45 的相移；电路截止频率决定于电容所在回路的时间常

6、数，即电路高频段的放大倍数需乘因子 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。第13页/共60页四、四、波特图波特图q 由由对数幅频特性对数幅频特性和和对数相频特性对数相频特性两部分组成两部分组成;q 横轴横轴 f 采用对数坐标采用对数坐标;q 幅频特性的纵轴采用幅频特性的纵轴采用20lg|u|，单位是分贝单位是分贝(dB);q 相频特性的纵轴仍用相频特性的纵轴仍用 表示表示。为简单起见，常用近似折线代替实际曲线画出的波特图称为近似近似波特图波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。第14页/共60页1.RC高通电路的波特图高通电路的波特图四、四、波特图波特图对数幅频特性为：相频特性不变：频率特性

7、频率特性90 fO|Au|10.707O45 fLf第15页/共60页1.RC高通电路的波特图高通电路的波特图f 10 fL20lg|Au|=0 dBf=fL20lg|Au|=20lg0.707=-3 dBf 0.1 fL20lg|Au|=20lg f/fLf/fLO20lg|Au|/dB20O45 90 400.1 1 100.1 1 10f/fL四、四、波特图波特图+20 dB/十倍频十倍频 3 dB波特图波特图 45/十倍频十倍频第16页/共60页四、四、波特图波特图高通电路的波特图高通电路的波特图在 时，是一条斜率为+20dB/十倍频程的直线；在 时，是一条0dB的水平直线；在近似分析

8、中，可用折线化的近似波特图来描述放大电路的频率特性。在对数幅频特性中，由两段直线近似，以截止频率fL为拐点：在对数相频特性中，由三段直线近似，以截止频率0.1fL和10fL为拐点：当 时，用 的直线近似；当 时，用 的直线近似；当 时，随f 线性下降，当f=fL时 。第17页/共60页四、四、波特图波特图对数幅频特性为：2.RC低通电路的波特图低通电路的波特图 相频特性不变：90 f0|Au|10.707045 fHf频率特性频率特性第18页/共60页四、四、波特图波特图2.RC低通电路的波特图低通电路的波特图 f/fH020lg|Au|/dB20045 90 fH400.1 1 10 100

9、0.1 1 10f/fH波特图波特图f 0.1 fH20lg|Au|=0 dBf=fH20lg|Au|=20lg0.707=-3 dBf 10 fH20lg|Au|=-20lg f/fH 3 dB 20 dB/十倍频十倍频 45/十倍频十倍频第19页/共60页四、四、波特图波特图低通电路的波特图低通电路的波特图在 时，是一条斜率为 -20dB/十倍频程的直线；在对数幅频特性中，由两段直线近似，以截止频率fH为拐点：在 时，是一条0dB水平直线。在对数相频特性中，由三段直线近似，以截止频率0.1fH和10fH为拐点：当 时，用 的直线近似；当 时，用 的直线近似；当 时，随f 线性下降，当 f=

10、fL 时 。第20页/共60页四、四、波特图波特图作幅频特性波特图的方法：1、横轴上标出0.1fL、fL 和 fH、10 fH 点，2、纵轴上标出-20dB点，3、点(0.1fL，-20dB)与(fL，0dB)，点(10 fH，-20dB)与(fH，0dB)，连线。特点：忽略了-3dB的误差，以fL、fH为拐点，得 “折线”一级RC电路幅频特性的斜率为20dB/十倍频第21页/共60页四、四、波特图波特图作相频特性波特图的方法：1、横轴上标出0.1fL、fL、10fL点，在纵轴上标出00、+450、+900点，(0.1fL、+900)(fL、+450)(10fL、00)连线。2、横轴上标出0.

11、1fH、fH、10 fH点，在纵轴上标出00、-450、-900点，(0.1fH、00)(fH、-450)(10fH、-900)连线。一级RC电路相频特性的最大相移为90第22页/共60页5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型一、晶体管的混合一、晶体管的混合模型模型二、晶体管的频率参数二、晶体管的频率参数第23页/共60页结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻rbe：发射结电阻C：发射结电容re：发射区体电阻rbc：集电结电阻C：集电结电容rc：集电区体电阻因多子浓度高而阻值小因面积大而阻值小一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型-形状像，参数量纲各不相同第24页/

12、共60页1.完整的混合模型-忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系 gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型用 代替第25页/共60页2.简化的混合模型-忽略大电阻的分流 C连接了输入回路和输出回路，引入了反馈，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化。一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型rbc很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。第26页/共60页 混合模型的单向化（即使信号单向传递）一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型见课本227密勒电容第27页/共60页 晶体管简化的高频等效电路（混合模型）一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型C C C =

13、C +C 第28页/共60页3.混合模型的主要参数一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型混合模型与h参数模型关系0为低频电流放大系数又低频时二者等效：第29页/共60页3.混合模型的主要参数一、一、晶体管的混合晶体管的混合模型模型？第30页/共60页二、二、晶体管的频率参数晶体管的频率参数（P228）共射截止频率共基截止频率特征频率可查手册获取第31页/共60页 5.3 场效应管的高频等效电路（略）场效应管的高频等效电路（略）可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。很大，可忽略其电流单向化变换极间电容CgsCgdCds数值/pF1101100.11忽略d-s间等效电容第32页/共60页

14、5.4 单管放大电路的频率响单管放大电路的频率响应应二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应三、频率响应的改善和增益带宽积三、频率响应的改善和增益带宽积一、研究频率响应的方法一、研究频率响应的方法第33页/共60页1.1.三个频段的划分三个频段的划分（1 1）中频区(段)特点:Aus基本与 f 无关 基本与 f 无关原因:不考虑电路中所有 电容的影响一、一、研究频率响应的方法研究频率响应的方法第34页/共60页特点:Aus与f有关(f下降Aus下降)也与频率f有关原因:由于耦合电容以及旁路电容的存在，在频率比较低时电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降，所以A Ausus

15、下降，也产生附加相移。一、一、研究频率响应的方法研究频率响应的方法（2 2）低频区(段)第35页/共60页特点:Aus与f有关(f增大Aus下降)也与频率f有关原因:由于晶体管的极间电容以及分布电容的存在，在频率比较高时电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降，所以A Ausus下降，也产生附加相移。一、一、研究频率响应的方法研究频率响应的方法（2 2）高频区(段)第36页/共60页2.2.研究方法研究方法 -分频段用等效电路法分析计算（1 1）中频区用h h参数微变等效电路分析计算（2 2）低频区只考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，画出等效电路,进行分析计算（3 3）高频区只考虑晶体管的极间

16、电容的影响，画出等效电路，进行分析计算一、一、研究频率响应的方法研究频率响应的方法第37页/共60页二、单管共射放大电路的频率响二、单管共射放大电路的频率响应应适用于信号频率从0的交流等效电路中频段：C 短路，开路。低频段：考虑C 的影响，开路。高频段：考虑 的影响，C 短路。将输入信号的频率范围分为三个频段考虑:第38页/共60页1.1.中频电压放大倍数Ausm二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应第39页/共60页2.2.低频电压放大倍数Ausl二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应空载时：第40页/共60页2.2.低频电压放大倍数低频电压放大倍

17、数Ausl二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应-下限截止频率课本P233第41页/共60页20dB/十倍频2.2.低频电压放大倍数低频电压放大倍数Ausl-波特图波特图二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应高通电路的频率特性为：课本P225第42页/共60页3.3.高频电压放大倍数Aush二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应课本P234第43页/共60页二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应3.3.高频电压放大倍数Aush-上限截止频率第44页/共60页二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路

18、的频率响应3.3.高频电压放大倍数Aush-波特图低通电路的频率特性为：课本P225第45页/共60页4.4.完整的电压放大倍数波特图全频段放大倍数表达式：二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应 将前面画出的频率特性的中频段、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的频率特性（波特）图。第46页/共60页 由上图可看出，画单管共射放大电路的频率特性时，关键在于计算出下限和上限截止频率以及中频电压放大倍数Ausm和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间常数二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应上限截止频率取决于高频时输入回路的 时间常数 第4

19、7页/共60页对数幅频特性：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，是一条斜率为-20dB/十倍频程的直线。二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应-20dB/十倍频+20dB/十倍频在画波特图时，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。第48页/共60页相频特性：在 时，；在 时，；在 时，；二、单管共射放大电路的频率响应二、单管共射放大电路的频率响应而在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。-45/十倍频f Hf L第49页/共60页1.1.对放大电路频率响应的要求对

20、放大电路频率响应的要求 只有在通频带的范围内,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；否则就要产生频率失真。频率响应的要求是：放大电路的 要低于输入信号中的最低频率分量 要高于输入信号中的最高频率分量三、频率响应的改善和增益带宽积三、频率响应的改善和增益带宽积第50页/共60页2.2.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 改善低频响应 方法：加大C1、C2和Ce 或采用直接耦合（2）增大 改善高频响应 方法：减小 C、C （采用高频管）（3）引入负反馈 3.3.放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积三、频率响应的改善和增益带宽积三

21、、频率响应的改善和增益带宽积fbw fH fL fH第51页/共60页若rbeRb、Rs fL1，fH fH1，频带变窄！第55页/共60页 对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为fL、fH，则一、多级放大电路的频率响应的定性分析一、多级放大电路的频率响应的定性分析结论结论 放大电路的下限频率高于任一级下限频率 放大电路的上限频率低于任一级上限频率放大电路的级数越多，通频带越窄；放大电路的通频带小于任一级通频带第56页/共60页由于求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得:1.1为修正系数二、截止频率的估算（二、截止频率的估算（P241P243）具有相同频率特性的两级放大电路，有：具有相同频率特性的三级放大电路，有：放大电路的级数愈多，通频带愈窄！第57页/共60页讨论讨论1.该放大电路的耦合方式?2.该放大电路为几级放大电路?3.在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移？4.在 f 105Hz 时，附加相移？5.fH？6.已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：第58页/共60页讨论讨论第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页