第5章放大电路的频率特性.ppt

5.1概述,第5章,5.2 放大电路的高频小信号模型,5.3 单管共射放大电路的频率特性,5.4 放大电路的增益带宽积,5.5 多级放大电路的频率特性,5.1放大电路的频率特性,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,5.1.3 单时间常数RC电路的频率特性,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,Rs,Us,+,-,Uo,+,-,1.频率特性,Au(f)幅频特性,(f)相频特性,0.707Aum,f L 下限截止频率,f H 上限截止频率,2.频带宽度(带宽)BW(Band Width),BW=f H-f L f H,3频率失真,幅频失真:,通频带不够宽，而输入信号的频谱分布又很广，那么输入信号的不同频率成分，就会得不到同倍数的放大，输出波形就会产生失真,放大倍数模的不同所造成的失真.,相频失真:,附加相移不同而造成的失真,两种失真总称频率失真,电路中由于线性的电抗元件，,引起的频率失真，,叫做线性失真。,4.波特图（1）用分贝（dB）表示放大倍数（2）波特图 画频率特性曲线时，为了缩短坐标，扩大视野，简化分析，代表频率的横坐标采用对数刻度。此时，每一个十 倍频率范围在横坐标轴上所占的长度是相等的；用分贝 表示放大倍数和用角度表示相位的纵坐标采用线性分度。,（dB）,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,1.三个频段的划分,（1).中频区(段),特点:Aus与f无关,与f无关,原因:不考虑电路中,电容的影响,（2).低频区(段),特点:Aus与f有关(f下降Aus也下降,与频率有关),原因:由于C1和C2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Aus下降,（3).高频区(段),特点:Aus与f有关(f增大Aus下降,与f有关),原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起,2.研究方法,分频区用等效电路法分析计算,（1）中频区前边已经讲过用H参数微变等效电 路分析计算,（2）.低频区用中频区的等效电路并把C1和C2的影响考虑进去,画出等效电路,进行分析计算,（3）.高频区晶体管的H参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以首先介绍晶体管的高频小信号模型.,5.1.3 单时间常数RC电路的频率特性,1RC低通电路,2RC高通电路,3.时间常数的估算,(1)单个电容多个电阻,(2)单个电阻多个电容,(3)多个电阻多个电容,5.2 晶体管的高频物理模型-混合等效电路,5.2.1混合等效电路的引出,用晶体管物理模型引出,基极 B,集电极 C,发射结,集电结,基区,集电区,base,发射极 E,r bb-基区电阻几欧几百欧,r be-发射极电阻与工作点Q有关,r bc-集电极电阻 一般在几兆以上,可以看作无穷大,r c和re可以忽略不计,Cbc-集电结电容 可以用C来表示,Cbe-发射结电容可以用C 来表示,r ce-输出电阻一般在几百K以上,可以看作,gmUbe-发射结电压控制集电结电流,gm-跨导,5.2.2混合参数和H参数的关系,5.2.3混合等效电路的简化,5.2.4 三极管电流放大系数的频率响应,=0.7070,f 共发射极截止频率,fT 特征频率,=1,同样可求得：,可见：,5.3 单管共射放大电路的频率特性,1.画出全频段的微变等效电路,2.中频区的频率响应 ffH ffL,(1).微变等效电路,C1看作短路 C看作开路,(2).写出Ausm的表达式,(3).写出表达式的模和相位,3.高频区的频率响应 ffH,(1).微变等效电路,C1看作短路,(2).写出表达式,=,=,(3).写出表达式的模和相位,4.低频区的频率响应 ffL,(1).微变等效电路 C看作开路,(2).写出表达式,(3).写出表达式的模和相位,5.波特图的画法,(1).坐标轴的选择,1).幅频响应 纵轴用分贝 横轴用对数表示的频率,2).相频响应 纵轴用度 横轴用对数表示的频率,(2).中频区的画法,设:,(3).高频区的画法,(4).低频区的画法,将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、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。,共射电路完整波特图,实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即,(5).完整的单管共射电路频率响应,，,其中因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等效电路，算出输入回路的时间常数 和，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。,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；在 时，是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路的通频带。,相频特性：在 时，；在 时，；,在 时，；,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。,前面已经指出在画波特图时，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，相频特性的最大误差为，都出现在线段转折处。,如果同时考虑耦合电容 和，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率,这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折频率。如果二者之间的比值在45倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。,否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图的画法要复杂一些。,如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极电阻 和旁路电容，而且 的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由 又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，由于 在射极电路里，射极电流 是基极电流,因此 往往是决定低频响应的主要因素。,5.4 放大电路的增益带宽积,5.4.1对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。频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”,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,5.4.2 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 或采用高频管,3.引入负反馈,5.4.3 放大电路的增益带宽积,结论,当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果同频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高，则应选 和 都很小的高频管,一、小信号频率参数,1.开环带宽BW,BW=f H,5.4.4 集成运算放大器高频参数及其响,2.单位增益带宽 BWG,BWG=f T,运放闭环工作时，,带宽增益积,=Aud f H,fH 为开环增益下降 3 dB 时的频率,通用型集成运放带宽较窄(几赫兹),f T 为开环增益下降至 0 dB(即Aud=1)时的频率,带宽增益积,=1 f T,=f T,=BWG,=Aud f H,BWG=Aud BW,f=0，使 Auf=1，当 Auf 降为 0.707 时，此时的频率 即为 fT。,BWG=Auf BWf,如 741 型运放:Aud=104，BW=7 Hz，Auf=10，,则 BWf=7 kHz,二、大信号频率参数,1.转换速率 SR,输入,输出,A 741 为 0.5 V/s,高速型 SR 10 V/s,否则将引起输出波形失真,例如：,则：,须使：,SR 2 f Uom,A741,Uom=10 V,最高不失真频率为 8 kHz,2.全功率带宽 BWP,输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率,当 BWG 2 MHz，,BWP 20 kHz，,SR 6 V/s,选高速宽带运放,5.5 多级放大电路的频率特性,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,5.5.1 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为,式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。令,5.5.2 多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为,(569),(570),(571),(572),解得多级放大器的下限角频率近似式为,若各级下限角频率相等，即L1=L2=Ln,则,5.5.3 多级放大电路的通频带,设某一两级放大电路是由两个相同的单级放大电路所组成,第 5章,小 结,一、简单 RC 电路的频率特性,RC 低通电路,RC 高通电路,二、放大电路的高频特性,1.晶体管混合 型等效电路(了解),晶体管放大电路增益带宽积 G BW Aus0 fH=常数,2.集成运算放大器高频参数及其影响,小信号频率参数,开环带宽 BW=fH,单位增益带宽 BWG=Aud BW=Auf BWf=fT,闭环带宽 BWf=fHf,带宽增益积 GBW=Aud BW,大信号动态参数：,转换速率 SR,全功率带宽 BWP,三、集成运放小信号交流放大电路,1.耦合电容构成高通电路对下限频率的影响,当电路中只有一个 RC 高通电路时：,当电路中有两个 RC 高通电路时：,耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。,2.闭环放大倍数对上限频率的影响,闭环放大倍数 Auf 越小，上限频率 fH 越大：,