放大电路的频率特性

1、放大电路的频率特性第1页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.1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第2页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.1.1 放大电路频率特性的基本概念RsUs+-Uo+-第3页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三fOAum1.频率特性Au( f ) 幅频特性 ( f ) 相频特性0.707AumfOAuf 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

2、 H - f L f HfLfH第4页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三3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。 第5页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三 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

3、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） 第6页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.1.2 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)第7页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三特点: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下降第8页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，

4、星期三（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第9页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三2.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.第10页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.1.3 单时间常数RC电路的频率特性1RC低通电

5、路第11页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第12页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三2RC高通电路第13页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第14页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三3.时间常数的估算(1)单个电容多个电阻(2)单个电阻多个电容第15页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三(3)多个电阻多个电容第16页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.2 晶体管的高频物理模型 -混合等效电路混合等效电路的引出用晶体管物理模型引出NNP基极 B集电极 C发射结集电

6、结 基区 集电区base发射极 E第17页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三BEBCrbbrberbcCbcCbe第18页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三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,可以看作第19页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三gmUbe-发射结电压控制集电结电流gm-跨导 混合参数和H参数的关系第20页，共64

7、页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第21页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三混合等效电路的简化第22页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.2.4 三极管电流放大系数的频率响应 = 0.7070f 共发射极截止频率fT 特征频率 = 1同样可求得：可见：ffo0.707o1fTO第23页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.3 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第24页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三2.中频区的频率响应 ffH ffL(1). 微变等效电路 C1看作短

8、路 C看作开路 (2). 写出Ausm的表达式 第25页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三(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看作短路第26页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三(2). 写出表达式 第27页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三=第28页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三(3).写出表达式的模和相位第29页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三4.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 第

9、30页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第31页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第32页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三(3).写出表达式的模和相位第33页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.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).低频区的画法第34页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三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

10、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第35页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第36页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三，由上图可看出，画单管共射 放大电路的频率特性时，关键在于算出下限和上限截止频率和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间数 ，由图可知： ，其中， 而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的 时间常数 ；由图可知： ，第37页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三其中因此，

11、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，是一第38页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三条斜率为+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， ；第39页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三而在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，

12、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。 第40页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三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。 第41页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三否则，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

13、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 第42页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三的倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此 往往是决定低频响应的主要因素。第43页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.4 放大电路的增益带宽积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

14、信号中的最高频率分量第44页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.4.2 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第45页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第46页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三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

15、频管 第47页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三一、小信号频率参数1. 开环带宽BWBW = f H5.4.4 集成运算放大器高频参数及其响f / Hz20lgAud (f ) /dBf HOf T0第48页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三2. 单位增益带宽 BWGBWG = f T运放闭环工作时， 带宽增益积= Aud f HfH 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 HBWG = Aud BW

16、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第49页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三二、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 UomA741Uom= 10 V最高不失真频率为 8 kHz第50页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三2. 全功率带宽 BWP输出为最

17、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选高速宽带运放第51页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.5 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，总增益第52页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.5.1 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为第53页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三 式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中频增益。令第54页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.5.2 多级放

18、大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为(569) (570) (571) (572) 第55页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三 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,则第56页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三5.5.3 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57页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三第 5章 小 结第58页，共64页，2022年，5月20日，15点35分，星期三一、简单 RC 电路的频率特性RC 低通电路RCRCRC 高通电路第59页，共64页，