模拟电子自学第五章mn_chp_5课件

1、(5-0)第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 (5-1)第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 5.1 频率响应概述频率响应概述 5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型 5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型 5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应 5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 5.6 频率响应与阶跃响应频率响应与阶跃响应 5.7 Multisim应用举例应用举例(5-2) 在放大电路中，由于在放大电路中，由于耦合电容、旁路电耦合电容、旁路电容、晶体管极间电容、分布电容、寄生电容、晶体管极间电容、分布电容

2、、寄生电容等的存在，当输入信号的频率过高或过容等的存在，当输入信号的频率过高或过低时，电路的放大倍数不但数值会减小，低时，电路的放大倍数不但数值会减小，而且会产生超前或滞后的相移，因此电路而且会产生超前或滞后的相移，因此电路的放大倍数是频率的函数，这种函数关系的放大倍数是频率的函数，这种函数关系称为称为频率响应或频率特性。频率响应或频率特性。5.1 频率响应概述频率响应概述(5-3)一、一、 高通电路高通电路RCjRCjCjRRUUAiou112121 2 1:RCfRC1LLL设设jffffjffjjjALLLLLu1111(5-4)幅频特性幅频特性2)(11ffALu相频特性相频特性Lff

3、arctan90下限下限(截止截止)频率频率(5-5)二、二、 低通电路低通电路RCjCjRCjUUAiou11112121 2 1:RCfRC1HHH设设HHufjfjA1111(5-6)幅频特性幅频特性2)(11HuffA相频特性相频特性Hffarctan上限上限( (截止截止) )频率频率(5-7)LLuffffAarctan90 )(1120lg20lg2三、波特图三、波特图高通电路波特图高通电路波特图低通电路波特图低通电路波特图5.71O3dB )(1120lg20lg 2HHuffffAarctan(5-8) 电路的截止频率由电容所在回路的时间常电路的截止频率由电容所在回路的时间常

4、数数确定。确定。 当信号频率为下限频率当信号频率为下限频率 fL 或上限频率或上限频率 fH 时，放大电路的增益下降时，放大电路的增益下降 3dB，且产生，且产生+45o 或或 -45o 相移。相移。 在近似分析中，可用折线化的近似波特图在近似分析中，可用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。表示放大电路的频率特性。 放大电路的通频带放大电路的通频带 fbw= fH - fL结结 论论(5-9)5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型一、混合一、混合模型：根据结构建立的模型：根据结构建立的体电阻、结电阻、结电容体电阻、结电阻、结电容gm为跨导，它不随信号为跨导，它不随信号频率的变化

5、而变化频率的变化而变化(5-10)混合混合模型的简化及单向化：使信号单向传递模型的简化及单向化：使信号单向传递ebceebceeb )1 (UUKXUKXUUICCCKXIUXCCC1ebCKCKC)1 ()1 (CKKC1 同理可得，同理可得，密勒定理密勒定理(5-11)简化的晶体管高频等效模型简化的晶体管高频等效模型L 1/ RCCCCCLmRgK(5-12)简化的混合简化的混合模型的主要参数模型的主要参数EQTIUr)1 (0ebTEQUIrgrIgUgIIeb0mebbmebmb0cCCCobbbCCr、手册：手册：T管模型：管模型： h参数模型参数模型 混合混合模型模型(5-13)二

6、、电流放大倍数的频率响应二、电流放大倍数的频率响应CEbc UIIebeb0ebebebm 21)( 21j1)( 1 CrCCrfffCCjrUUg由定义知：由定义知：CCCKCCUUKU ebcece )1 (0/ 0共射截止共射截止频率频率(5-14)电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图5.71注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差dB33d220lg20dB/10倍频倍频特征频率特征频率(5-15)( 21ebCCrf晶体管的频率参数晶体管的频率参数1 j1 0ff共射截止频率共射截止频率 ： f特特 征征 频频 率率 ： fT 0 f共基截止频率：共基截止频率： f =( 1

7、+0) f 0 f fT从从IEQ估算估算从手册查得从手册查得求求C： (5-16)5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型高频等效模型高频等效模型简化模型简化模型(5-17)5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4.1 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应短短路路。开开路路，中中频频段段：CC的的影影响响。开开路路，考考虑虑低低频频段段：CC短路。短路。的影响，的影响，高频段：考虑高频段：考虑CC分频段考虑：分频段考虑：(5-18)一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数短短路路开开路路， CCLcLbebebbbbiLbeebisieboieb

8、sism/)/()(RRRrRrrRRRgrrRRRUUUUUUAmu(5-19)二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数 CC 开开路路，考考虑虑CRRjCRRjRgrrRRRRCjRRRgrrRRRUUUUUUAmmu)(1)()( 1)( LcLcLbeebisiLLccbeebisieboiebsisl高通高通(5-20)jffAffjffjACRRjCRRjACRRjCRRjRgrrRRRAuLLuumuLsmsmLcLcsmLcLcLbeebisisl111 )(1)( )(1)()(CRRf)(21LcL下限截止频率：下限截止频率：(5-21)三、高频电压放大倍数三、高频电压放大

9、倍数 短短路路，考考虑虑CC)/( bsbbebsbeebisisRRrrRUrrRRRU低通低通)(11 LbeebisiebosebssshRgCjRCjrrRRRUUUUUUAmu(5-22)H21RCf上限截止频率：上限截止频率：HsmsmLbeebisish1111 )(11fjfARCjARgCjRCjrrRRRAuumu(5-23)四、完整频率响应的波特图四、完整频率响应的波特图)1)(1 (1 )1 (1)1 (HLsmHLLsmfjfjffAffjffjffjAAuuu综合考虑综合考虑(5-24)五、截止频率五、截止频率CRRf)(21LcL下限截止频率：下限截止频率：bsb

10、bebH)/(2121CRRrrRCf上限截止频率：上限截止频率：由电容所在回路的由电容所在回路的时间常数决定时间常数决定(5-25)5.4.2 单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应gsgHLdL 21)(21CRfCRRf)1)(1 (1HLsmffjjffAAuu(5-26)5.4.3 放大电路频率响应的改善放大电路频率响应的改善 和增益带宽积和增益带宽积一、低频特性的改善：一、低频特性的改善： 应应耦合电容耦合电容 C 所在回路的时所在回路的时间常数，以降低间常数，以降低 fL，但改善的程度有，但改善的程度有限。限。 最佳解决方法：采用直接耦合方最佳解决方法：采用直接耦合

11、方式。式。(5-27)二、高频特性的改善：二、高频特性的改善： 应应 C所在回路时间常数，以增大所在回路时间常数，以增大 fH。 fH的提高与的提高与Ausm 的增大相互矛盾！的增大相互矛盾！)( )1 (|)|1 (LbeebisismRgrrRRRACRgCCKCCmuLm通常通常 fH fL 通频带通频带 fbw= fH - fL fH 增益与带宽矛盾增益与带宽矛盾 引入新参数：增益带宽积引入新参数：增益带宽积 (5-28)三、增益带宽积：三、增益带宽积：bsbbebLbeebisismsm)/(21|CRRrrRgrrRRRfAfAmHubwubbeibbebebsbssLLL / /

12、 (1) 1 mmmRrRRrrRRRRRCg R CCg RCCCg R C若若: :，CrfAbbbwusm 21|(5-29) 因因 rbb 和和 C由晶体管决定，故管子选定后，由晶体管决定，故管子选定后，放大电路增益带宽积就大体确定。即：增益放大电路增益带宽积就大体确定。即：增益增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。 为改善电路的高频特性，拓展频带，应首为改善电路的高频特性，拓展频带，应首选选rbb 和和 Cob ( C)均小的高频管，并尽量减均小的高频管，并尽量减小小 C所在回路总等效电阻。此外，也可采所在回路总等效电阻。此外，也可采用共基电路。用共基电

13、路。 注意：放大电路的通频带并非越宽越好，注意：放大电路的通频带并非越宽越好，而是够宽最好，有利于抵抗外部干扰信号。而是够宽最好，有利于抵抗外部干扰信号。CrfAbbbwusm 21| (5-30)5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应nkukuAA1nkukuAA1|lg20|lg20nkk1n级放大电路的级放大电路的 电压放大倍数电压放大倍数幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：n个放大管个放大管n个低通电路个低通电路 m个耦合或旁路电容个耦合或旁路电容m个高通电路个高通电路(5-31)n n级放大电路截止频率的估算级放大电路截止频率的估算下限频率下限频率 fL:nkff1

14、Lk2L1 . 1上限频率上限频率 fH:nkff1Hk2H11 . 11结论：结论：1. 放大电路的级数越多，频带越窄；放大电路的级数越多，频带越窄； 2. 若若 fLk 远高于其它各级，则远高于其它各级，则 fLfLk; 3. 若若fHk远低于其它各级，则远低于其它各级，则 fHfHk;n个耦合或个耦合或旁路电容旁路电容n个放大管个放大管(5-32)两两级级放放大大电电路路的的波波特特图图例例1(5-33)解解: 低频有一拐点，低频有一拐点， 为为20dB/十倍频十倍频 电路有一耦合电路有一耦合 或旁路电容或旁路电容 fL=10Hz 高频有一拐点，为高频有一拐点，为-60dB/十倍频十倍频

15、 电路为三级放大电路电路为三级放大电路 ，每级，每级 fH=2105HzP243 例例5.5.1例例2某电路各级均为共射电路某电路各级均为共射电路,求求:fL, fH, Au。105Hz 31 . 1/HH ff354)1021)(101 (01jfjfAu(5-34)P244 例例5.5.2例例3试求电路的各试求电路的各fL和和fH。解解: fL=1 / 2 fH=1 / 2 = RC 关键应求各电容所关键应求各电容所 在电路的等效电阻在电路的等效电阻(5-35)耦合或旁路电容：短路；级间电容：开路耦合或旁路电容：短路；级间电容：开路若若C1=C2=Ce，则，则e1、2 ， Ce的影响很大的影响很大(5-36)5.6 频率响应与阶跃响应频率响应与阶跃响应频率响应：频率响应： 在频域内分析，考查输入信号幅值不在频域内分析，考查输入信号幅值不变时，输出信号的幅值和相位随频率的变变时，输出信号的幅值和相位随频率的变化而变化的情况。化而变化的情况。阶跃响应：阶跃响应： 在时域内分析，考查输入信号为阶跃在时域内分析，考查输入信号为阶跃函数时，输出信号的前沿和顶部的变化情函数时，输出信号的前沿和顶部的变化情况。况。(5-37)放放大大电电路路的的阶阶跃跃响响应应上升时间上升时间倾斜率倾斜率超调量超调