放大电路的频率响应

放大电路的频率响应第1页，课件共95页，创作于2023年2月知识目标1、掌握频率响应的基本概念2、了解频率失真的含义3、了解三极管频率参数的含义能力目标1、掌握单管共射放大电路中fL、fH的估算方法2、理解波特图的意义和画法3、掌握多级放大电路波特图的分析教学目标第2页，课件共95页，创作于2023年2月教学重点利用混合π等效电路定量分析单管共射放大电路的频率特性多级放大电路的频率响应教学难点第3页，课件共95页，创作于2023年2月5.1.1研究放大电路频率响应的必要性1、由于放大电路中存在电抗性元件2、晶体管极间电容所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。f第4页，课件共95页，创作于2023年2月放大电路对不同频率信号的放大能力耦合电容造成三极管结电容造成fL下限截止频率fH上限截止频率通频带：放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线ffbw=fH–fL第5页，课件共95页，创作于2023年2月

在低频段：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。高通电路低通电路在高频段：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。下限频率上限频率结电容第6页，课件共95页，创作于2023年2月频率响应的概念频率响应幅度频率响应相位频率响应放大电路幅频响应和相频响应统称放大电路的频率响应。的幅值与频率的函数关系－－幅频特性的相位与频率的函数关系－－相频特性第7页，课件共95页，创作于2023年2月频率失真（线性失真）--由于放大电路对不同频率信号的放大倍数不同而产生的波形失真1、幅度失真：放大电路对不同频率的信号增益不同，产生的失真。第8页，课件共95页，创作于2023年2月２、相位失真：放大电路对不同频率的信号产生不同的相移所造成的输出波形失真。第9页，课件共95页，创作于2023年2月该图称为波特图纵轴：dB横轴：对数坐标放大电路的对数频率特性

将频率特性的频率坐标改用对数分度电压放大倍数用分贝(dB)为单位表示优点:1、压缩坐标,扩大视野2、将放大倍数相乘化为相加第10页，课件共95页，创作于2023年2月一、

高通电路：信号频率越高，输出电压越接近输入电压。+_+_CR图5.1.1（a)RC高通电路令：5.1.2频率响应的基本概念fL称为下限截止频率耦合电容负载第11页，课件共95页，创作于2023年2月第12页，课件共95页，创作于2023年2月频率响应f=fL第13页，课件共95页，创作于2023年2月高通回路波特图

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.011、对数幅频特性：横轴刻度：lgf纵轴刻度：单位是分贝（dB）用对数坐标画放大电路的频率特性。可以表示很宽的数据范围。第14页，课件共95页，创作于2023年2月0.1fLfL

10fLf0-20-403dB20dB/十倍频实际幅频特性曲线第15页，课件共95页，创作于2023年2月0.1fLfL

10fLf0-20-403dB20dB/十倍频近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。折线以截止频率fL做拐点，两段直线近似曲线。当f≥

fL(高频)，当f<fL(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。第16页，课件共95页，创作于2023年2月2、对数相频特性：横轴刻度：lgf纵轴刻度：

5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º

0f误差5.71º在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。近似分析中：以截止频率（0.1fL、10fL）做拐点，直线近似曲线。第17页，课件共95页，创作于2023年2月RC高通电路波特图第18页，课件共95页，创作于2023年2月小结1.高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。第19页，课件共95页，创作于2023年2月什么电容还会产生高通电路？多个电容会有什么影响？讨论：第20页，课件共95页，创作于2023年2月二、RC低通电路：信号频率越低，输出电压越接近输入电压。图5.1.2RC低通电路图+_+_CR令：则：fH称为上限截止频率输入电阻极间电容第21页，课件共95页，创作于2023年2月对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频波特图近似分析中，折线以截止频率fH做拐点，两段直线近似曲线。第22页，课件共95页，创作于2023年2月图5.1.3(b)低通电路的波特图对数相频特性：fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH

0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。波特图近似分析：以截止频率（0.1fH，10fH）做拐点，直线近似曲线。第23页，课件共95页，创作于2023年2月总结：2.低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。

使输出电压幅值下降到70.7%，相位为±45º的信号频率为截止频率。1.高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。第24页，课件共95页，创作于2023年2月高通电路与低通电路的波特图画电路波特图的关键求出电路的上、下限截止频率fH与fL。第25页，课件共95页，创作于2023年2月小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，即决定了fL和fH。（2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增益下降3dB，且产生+450或-450相移。（3）近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。第26页，课件共95页，创作于2023年2月例、RC低通电路的R=1K

，C=100pF；高通电路的

R=10K

，C=1

F，试画出各自的波特图。解：先画低通电路的波特图⑴计算时间常数，

=RC=110310010-12=10-7S

ƒH=1/2=1/23.1410-71.6106Hz⑵在幅频特性的横坐标上定出ƒ=ƒH1.6106Hz的点，由此点作斜率为-20dB/十倍频的直线(f>fH)和与横轴平行的直线(f<fH)即为幅频特性。第27页，课件共95页，创作于2023年2月⑶在相频特性的横坐标上定出0.1ƒH、ƒH、10ƒH三个点，分别对应于=0º、-45º、-90º，连接此三点(0.1ƒH<ƒ

<10ƒH)和=0º(ƒ

<0.1ƒH)、=-90º(ƒ

>10ƒH)的三条直线即为相频特性。第28页，课件共95页，创作于2023年2月对于高通电路同理可得：

=RC=10103110-6=10-2S

ƒL=1/2=1/23.1410-216Hz

由此可定出波特图中有关的各点。第29页，课件共95页，创作于2023年2月5.2.1晶体管的混合模

型一、完整的混合

模型5.2晶体管的高频等效模型(a)晶体管的结构示意图可从手册中查出rbb’：基区体电阻rb’e’：发射结电阻Cπ：发射结电容re：发射区体电阻rb’c’：集电结电阻Cμ：集电结电容rc：集电区体电阻结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。第30页，课件共95页，创作于2023年2月1.模型的建立：由结构而建立，形状像Π，参数量纲各不相同。

gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。阻值小阻值大连接了输入回路和输出回路第31页，课件共95页，创作于2023年2月由于晶体管两个结电容的存在，使得输入电流ib、输出电流ic的大小和相角均与频率有关。第32页，课件共95页，创作于2023年2月2、混合π模型的单向化（使信号单向传递）等效变换后电流不变第33页，课件共95页，创作于2023年2月图5.2.2简化混合

模型的简化(b)单向化后的混合

模型图5.2.2简化混合

模型的简化(C)忽略C／／μ的混合

模型因为Cπ＞＞，且一般情况下。的容抗远大于集电极总负载电阻R／Ｌ，中的电流可忽略不计，得简化模型图（C）。第34页，课件共95页，创作于2023年2月混合π模型与H参数模型关系β0为低频电流放大系数又从手册中查出低频时二者等效：简化的h参数模型简化的混合π模型简化的混合π模型第35页，课件共95页，创作于2023年2月5.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，而是频率的函数。

电流放大系数的定义：简化的混合π模型第36页，课件共95页，创作于2023年2月为什么短路？第37页，课件共95页，创作于2023年2月共射截止频率第38页，课件共95页，创作于2023年2月对数幅频特性fTfOf

20lg

0-20dB/十倍频f0

对数相频特性10f

0.1f

-45º-90º第39页，课件共95页，创作于2023年2月1.共射截止频率f

值下降到0.707

0

(即)时的频率。当f=f

时，值下降到中频时的70%左右。或对数幅频特性下降了3dB。几个频率的分析第40页，课件共95页，创作于2023年2月2.特征频率fT值降为1时的频率。f>fT时，，三极管失去放大作用；

f

=

fT时，由式得：第41页，课件共95页，创作于2023年2月3.共基截止频率f

值下降为低频

0时

的0.707时的频率。第42页，课件共95页，创作于2023年2月说明：所以：1.f

比f

高很多，等于f

的(1+

0)倍；2.f

<fT<

f

3.低频小功率管f

值约为几十至几百千赫，高频小功率管的

fT约为几十至几百兆赫。第43页，课件共95页，创作于2023年2月5.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下图5.3.1场效应管的高频等效模型（a)一般情况下

rgs和

rds比外接电阻大得多，可认为是开路

Cgd可进行等效变化，使电路单向化第44页，课件共95页，创作于2023年2月

Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容为由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多，故分析频率特性时可忽略的影响。图5.3.1场效应管的高频等效模型(b)简化模型第45页，课件共95页，创作于2023年2月讨论二

电路如图。已知各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流ICQ＝2mA；晶体管的rbb’=200Ω，Cob=5pF，fβ=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。第46页，课件共95页，创作于2023年2月晶体管简化的高频等效电路＝？第47页，课件共95页，创作于2023年2月清华大学华成英hchya@讨论二第48页，课件共95页，创作于2023年2月§5.4

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5.4.2、多级放大电路的频率响应第49页，课件共95页，创作于2023年2月5.4.1、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从0～∞的交流等效电路简化的混合π模型极间电容耦合电容第50页，课件共95页，创作于2023年2月低频段：考虑C的影响，开路。极间电容（小电容、几十~几百PF）耦合电容（大电容、几十微法）低频段：相当于高通电路，存在下限截止频率fL。第51页，课件共95页，创作于2023年2月高频段：考虑的影响，C短路。高频段：相当于低通电路，存在上限截止频率fH。极间电容（小电容、几十~几百PF）第52页，课件共95页，创作于2023年2月中频段：C短路，开路。第53页，课件共95页，创作于2023年2月单管共射的频率响应第54页，课件共95页，创作于2023年2月阻容耦合单管共射放大电路的频率响应C1RcRb+VCCC2RL+

+++~Rs

+

1、分别画出单管共射放大电路的中频、低频和高频的混合π等效模型。2、分别分析单管共射放大电路在中频、低频和高频的电压放大倍数与频率的关系第55页，课件共95页，创作于2023年2月C1RcRb+VCCC2RL+

+++~Rs

+

一、中频段C1和C2可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。直流电压VCC交流接地。1.中频段等效电路第56页，课件共95页，创作于2023年2月结论：中频时单管共射放大电路的电压放大倍数与频率无关。1.中频段电压放大倍数第57页，课件共95页，创作于2023年2月二、低频段考虑隔直电容的作用C与输出电阻构成一个RC高通电路1.低频段等效电路第58页，课件共95页，创作于2023年2月2.低频电压放大倍数下限截止频率：电压放大倍数：第59页，课件共95页，创作于2023年2月三、高频段考虑并联在极间电容的影响C与R构成一个RC低通电路。1.高频段等效电路R第60页，课件共95页，创作于2023年2月2.

高频电压放大倍数上限截止频率：电压放大倍数：第61页，课件共95页，创作于2023年2月耦合电容造成三极管结电容造成fL下限截止频率fH上限截止频率通频带：放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线ffbw=fH–fL阻容耦合单管共射放大电路的频率响应第62页，课件共95页，创作于2023年2月二级共射放大电路的频率响应如何？多级放大电路的频率响应？讨论：第63页，课件共95页，创作于2023年2月一.中频电压放大倍数带负载时：空载时：电压放大倍数与频率无关,相位为-180o第64页，课件共95页，创作于2023年2月二.低频电压放大倍数:定性分析（相当于高通电路）第65页，课件共95页，创作于2023年2月二.低频电压放大倍数：定量分析C所在回路的时间常数？高通电路第66页，课件共95页，创作于2023年2月第67页，课件共95页，创作于2023年2月二.低频电压放大倍数：低频段频率响应分析中频段20dB/十倍频第68页，课件共95页，创作于2023年2月三.高频电压放大倍数：定性分析(低通电路）+-C’

ecRcRLR+-b’+-利用戴维南定理求得：+-第69页，课件共95页，创作于2023年2月戴维南定理第70页，课件共95页，创作于2023年2月+-C’

ecRcRLR+-b’+-输入端相当于低通电路。第71页，课件共95页，创作于2023年2月3.高频电压放大倍数：定量分析+-C’

ecRcRLR+-b’+-低通电路第72页，课件共95页，创作于2023年2月+-C’

ecRcRLR+-b’+-第73页，课件共95页，创作于2023年2月三.高频电压放大倍数：高频段频率响应分析第74页，课件共95页，创作于2023年2月四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL和fH；2.由三段直线构成幅频特性。中频段：对数幅值=20lg低频段：

f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。第75页，课件共95页，创作于2023年2月图5.4.5幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

第76页，课件共95页，创作于2023年2月-135°-180°-90°f

-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103三、单级共射放大电路的对数幅频特性第77页，课件共95页，创作于2023年2月5.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为第78页，课件共95页，创作于2023年2月在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：电压放大倍数第79页，课件共95页，创作于2023年2月归纳：单管共射放大电路的频率响应的分析2、将等效电路中电容短路、开路，计算中频电压放大倍数；1、画出信号频率从零到无穷大的交流等效电路；3、将等效电路中极间电容开路，计算下限截止频率；4、将等效电路中耦合电容短路，计算上限截止频率；5、写出全频段电压放大倍数表达式；6、画出波特图。第80页，课件共95页，创作于2023年2月［例]在图示电路中,已知VCC=15V,Rs=1k

,Rb=20k

,Rc=RL=5k

,C=5F；晶体管的UBEQ=0.7V,rbb’=100

,

=100,f

=0.5MHz,Cob=5F试估算电路的截止频率f

H和f

L，并画出的波特图。解：（1）求解Q点可见，放大电路的Q点合适。RbRc+VCCuIT+-+-uoRLCRsus+-第81页，课件共95页，创作于2023年2月（2）求解混合

模型中的参数，画适用于信号频率从零到无穷大的交流等效电路。rbb'+-+-+-C’

becb’RbRcRLCRs+-第82页，课件共95页，创作于2023年2月（3）求解中频电压放大倍数rbb'+-+-+-C’

becb’RbRcRLCRs+-第83页，课件共95页，创作于2023年2月（4）求解f

H和f

L因为Rs<<Rb，所以rbb'+-+-+-C’

becb’RbRcRLCRs+-第84页，课件共95页，创作于2023年2月（5）画出的波特图-135°-180°-90°f

-225°-270°ffH1fL104030201001021031041051063.2263×103第85页，课件共95页，创作于2023年2月5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积采用直接耦合方式，使得f

L=0。fbw＝fH－fL≈fH矛盾当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。第86页，课件共95页，创作于2023年2月单管共射放大电路的增益带宽积第87页，课件共95页，创作于2023年2月晶体管选定则增益带宽积确定。增益

带宽

带宽

增益

第88页，课件共95页，创作于2023年2月说明：如要得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb

和Cb

c

均小的高频三极管。第89页，课件共95页，创作于2023年2月5.5多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。第90页，课件共95页，创作于2023年2月