北邮模电第4章-放大电路的频率特性

第四章：放大电路的频率特性

邓

钢Gdeng@263.net内容提要内容提要由于放大电路中存在着电抗器件或电抗分量，放大电路对不同频率的输入信号的增益量(例如幅度及时延)可能不同增益量因工作频率不同而改变的特性称为放大电路的频率响应特性，简称频率特性频率特性的分析方法晶体管参数的频率特性放大电路的频率响应特性本章包括：放大电路的理想频率特性(一)第一节：频率特性的分析方法将放大电路作为一个信号线性传输系统：：输入信号的拉式变换：输出信号的拉式变换：系统传输函数时，频率的稳态正弦频率响应：：幅度响应：相位响应放大电路的理想频率特性(二)第一节：频率特性的分析方法放大电路应对输入信号频谱范围内任何频率点的信号分量给予同等量的幅度放大和同等量的时延：放大电路的理想幅频特性是通频带应覆盖输入信号的频谱范围且通频带内的幅度增益保持为一常数放大电路的理想相频特性是在输入信号的频谱范围内相频特性为线性频率失真(线性失真)：包括幅度失真和相位失真非线性失真：由于放大器的非线性特性而引起传输函数和零、极点(一)第一节：频率特性的分析方法：标尺因子：零点：极点系统的极零图如右图所示：传输函数和零、极点(二)第一节：频率特性的分析方法一个稳定的放大电路，其传输函数的零、极点有如下特点：零点的个数m小于或等于极点个数n极点应是负实数或是实部为负的共轭复数对在各零、极点均为实数时，令：极点角频率零点角频率波特图的含义及作用(一)第一节：频率特性的分析方法即对数频率特性，横坐标是频率，采用对数坐标：对数幅频特性的纵坐标是电压放大倍数幅值的对数 ，单位是分贝(dB)对数相频特性的纵坐标是相角，不取对数，而是按照线性刻度(dB)0.01-400.1-200.707-310326102010040波特图的优点：扩大视野，作图方便波特图的含义及作用(二)第一节：频率特性的分析方法幅频特性：相频特性：一阶实数极点的波特图(一)第一节：频率特性的分析方法幅频特性：从而可以近似用两条直线构成的折线来表示一阶实数极点的对数幅频特性曲线一阶实数极点的波特图(二)第一节：频率特性的分析方法相频特性：从而可以近似用三条直线构成的折线来表示一阶实数极点的对数相频特性曲线一阶实数极点的波特图(三)第一节：频率特性的分析方法：上限(-3dB)截止角频率高频段时产生负90度滞后相移产生最大偏差处一阶零点因子的波特图第一节：频率特性的分析方法幅频特性：相频特性：一阶零点因子的波特图与一阶实数极点波特图的画法类似，但相对于X轴对称注意：上式所对应的零点为负实数，将提供正的相角，即引起超前相移；若零点值为正实数则会引起滞后相移多级放大电路的幅频特性和相频特性第一节：频率特性的分析方法多级放大电路的通频带和截止频率第一节：频率特性的分析方法多级放大电路的通频带窄于每一单级电路的通频带，且级联的级数越多，多级电路的通频带就越窄可用解高阶代数方程的方法来严格求解多级放大电路的上、下限截止频率1.1为修正系数，以提高公式的近似精度主极点和主极点频率第一节：频率特性的分析方法在一个低通系统中，若有n个极点和m个零点，其中有一个(或几个靠得很近的)极点(或零点)最低，与其它极、零点相隔较远，则最低的极点(或零点)称为主极点(或主零点)类似地，可以在高通系统中定义主极点(或主零点)当系统存在主极、零点时，其上、下限截止频率由主极、零点近似确定，非主极、零点的影响较小但要注意非主极点对相角的贡献有时时不能忽略的讨论第一节：频率特性的分析方法若电路中出现二阶零极点，应如何处理？如何在波特图与传递函数之间建立关联？若电路中出现零零点或零极点，应如何处理？综述第二节：晶体管的频率特性晶体管内部等效电容的容抗随着工作频率的增高而减小，这是导致晶体管放大能力下降的主要原因在中、低工作频段(低至零频)，管内电容的容抗相对较大，从而可相当于开路，晶体管的放大能力基本不随频率变化双极型晶体管的高频参数(一)第二节：晶体管的频率特性即令上图中的输出端短路低、中频时可认为电容开路高频时…双极型晶体管的高频参数(二)第二节：晶体管的频率特性推导可得：在共基极电路中：注意以上各式所适用的频率范围以上各频率与工作点有一定关系MOS型场效应晶体管的高频参数第二节：晶体管的频率特性推导可得：分析可知，沟道长度越短，管的高频放大能力就会相对越强思考第二节：晶体管的频率特性结型场效应管呢？单管共射放大电路的高频特性第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性从该图中可以解出高频段时的电压传输函数。但是结果非常复杂(二阶一零系统)，需要找出更简单的解法注意该电路的特点……密勒等效定理的作用第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性网络的一种等效变换关系，可以将跨接在网络输入端与输出端之间的阻抗分别等效为并接到输入端与输出端的阻抗密勒等效定理的变换方法第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性共射放大电路的单向化等效电路(一)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性共射放大电路的单向化等效电路(二)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性由密勒等效前的电路可近似解得：共射放大电路的单向化等效电路(三)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性单向化后的增益及上截频参数分析(一)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性令：幅频特性相频特性密勒单向化近似后将二阶一零系统简化为一阶无零系统单向化后的增益及上截频参数分析(二)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性增益带宽积：影响上限截止频率的主要元件及参数是和，可据此选器件。同时，信号源内阻应尽可能小些，即共射放大电路应尽可能恒压激励在电路参数及晶体管都选定后，基本上是个常数，因而要提高增益，其带宽就要下降小结：单管共基放大电路的高频特性(一)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性输入回路的电流源可等效为一纯阻令将电流源分别等效到输入、输出回路中单管共基放大电路的高频特性(二)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性由于结电容的输入电容较共射电路要小；且共基回路的输入电阻也相对较小，故共基电路的输入回路时间常数会远小于共射电路因此共基电路电压增益系数的上截止频率要高于相同工作条件下的共射电路单管共基放大电路的高频特性(三)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性共基放大电路的电流增益、上限截止频率、输入输出阻抗均可较好地满足对电流跟随器的要求单管共基放大电路的高频特性(四)第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性忽略后共基放大电路上限截止频率主要由输出回路的极点值决定对的影响程度与的大小有关为了扩展频带，除选用高的管子外，共基极电路宜于恒流激励，而且不宜过大。减小增大，虽可提高，但中频增益将会下降若负载带有容性，则输出回路的时间常数可能会限制共基极放大电路的上截频单管共集放大电路的高频特性结电容跨接于输入、输出端之间，故可根据密勒定理来分析其作用分析可知，由于共集电路的电压跟随特性，的密勒效应较小，电路的上限截止频率相应会较高，高于相同条件下的共射放大电路由近似分析可知，用减小信号源内阻，选基区体电阻效应较小的管，增大负载电阻的方法可以提高共集电路的源电压增益上限截止频率第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性放大电路的低频特性第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性当信号源频率较低时，耦合电容、旁路电容的阻抗增加，从而使得增益的模值减小，相移增大分析可知，欲降低放大电路的下截止频率，应增加耦合电容的容量，增大放大电路的输入电阻和负载电阻直接耦合电路的下截频为零频共射-共基组合放大电路的频率特性第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性又称为串接放大电路具有较大的输入与输出电阻。放大倍数与单极共射电路相同设两管参数相同高频响应特性好的原因共集-共射组合放大电路的频率特性第三节：双极型晶体管放大电路的频率特性射随的输出电阻较低，故提高了后级共射电路的上截频由于射随的电压增益近似为1，故组合电路的中频增益与共射电路近似基本共源放大电路的频率特性(一)第四节：场效应管放大电路的频率特性栅源短路时的MOS管等效模型基本共源放大电路的频率特性(二)第四节：场效应管放大电路的频率特性由于输出回路为容性负载，此时密勒等效处理失去意义手动计算时，可以使用电路分析方法进行求解也可使用EDA工具进行定量计算基本共源放大电路的频