模拟电子线路放大器的频率特性

模拟电子线路放大器的频率特性第1页，课件共34页，创作于2023年2月3.1基本概念与分析方法3.1.1基本概念1.线性失真信号在放大过程中的失真可分为两种一种是非线性失真，它是由于信号幅度过大，使晶体管工作在非线性部分所引起的，他有新的频率成分产生。另一种失真是线性失真，它是信号通过线性时不变系统时由于各谐波分量的大小比例发生变化引起的频率失真或初始相位的延时不相等所引起的相位失真，他没有新的频率成分产生二次谐波基波二次谐波基波（a）原波形二次谐波基波（b）频率失真

（c）相位失真合成后大小比例发生变化合成后初相位发生变化合成后（b）频率失真第2页，课件共34页，创作于2023年2月线性系统不失真传输的条件一般地，放大器的放大倍数是频率的函数，即：由于线性失真是信号通过线性系统时输出信号各谐波份量的大小比例与输入信号相比发生了变化，或输出信号相对于输入信号的各谐波份量的初始位置的延时不一致引起的，所以，线性系统不失真传输的条件是：（1）放大倍数与频率无关，既要求放大倍数的幅频特性是一常数，即：A(

)=常数（2）放大器对各频率份量的滞后时间t0相同，即要求放大器的相频特性正比于角频率，即：()=t0第3页，课件共34页，创作于2023年2月2放大器的频率响应阻容耦合电路中，由于耦合电容、旁路电容和极间电容的影响，其频率特性一般近似地分为三个频段来分析。低频段中频段高频段中频段

管子极间电容可视为开路，管子的电路模型可用纯电阻电路模型来表示，耦合电容和旁路电容可视为短路。这时放大倍数几乎与频率没有关系而保持恒定。低频段

管子极间电容可视为开路，耦合电容和旁路电容的容抗增大使得低频段的放大倍数下降，这时，放大器实际上是一个高通滤波器。高频段

器件的极间电容的容抗变小，分流的作用增大，因而使放大倍数下降，这时，放大器实际上是一个低通滤波器。放大电路的频率特性实际上是一个带通滤波器，其截止频率为通频带第4页，课件共34页，创作于2023年2月3.1.2频率特性的分析方法分析频率特性的方法复频率法在复频率法中电阻、电容和电感用复阻抗表示，在各频段的微变等效电路中得到增益的传输函数，进而得到频率特性。复频率所用数学工具是拉氏变换。相量法在相量法中电阻、电容和电感用阻抗表示，在各频段的微变等效电路上先建立放大电路的相量模型，然后求出各频段增益的频率特性和，即可得到放大电路的整个频率特性。相量法所使用的数学工具是傅氏变换。复频率法除了可以得到放大电路的频率特性外，还具有以下优点：第一，复频率法能够引出零极点概念，而这些零极点的分布能唯一地确定网络的频率特性；第二，零极点的分布决定系统的稳定性，因此复频率法便于讨论放大器的频率稳定性；第三，零极点的分布能够决定网络的时域特性。第5页，课件共34页，创作于2023年2月3.1.3单时间常数RC电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：则且令又电压增益的幅值（模）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）①增益频率函数研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。第6页，课件共34页，创作于2023年2月最大误差-3dB②频率响应曲线描述3.1.3RC电路的频率响应幅频响应0分贝水平线斜率为-20dB/十倍频程的直线相频响应1.RC低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入因为所以第7页，课件共34页，创作于2023年2月3.1.3RC电路的频率响应2.RC高通电路的频率响应RC高通电路的电压增益：幅频响应相频响应输出超前输入第8页，课件共34页，创作于2023年2月3.2放大电路的频率分析1.三极管的高频小信号建模2.共射极放大电路的高频响应3.共基极放大电路的高频响应第9页，课件共34页，创作于2023年2月1.三极管的高频小信号建模①模型的引出rb'e---发射结电阻re归算到基极回路的电阻

---发射结电容---集电结电阻---集电结电容

rbb'---基区的体电阻，b'是假想的基区内的一个点。互导第10页，课件共34页，创作于2023年2月1.三极管的高频小信号建模②模型简化#

为什么用能反映频率对受控源的影响？混合型高频小信号模型第11页，课件共34页，创作于2023年2月3.7.2放大电路频率分析又因为所以③模型参数的获得（与H参数的关系）1.三极管的高频小信号建模低频时，混合

模型与H参数模型等效所以又rbe=rb+(1+

)re从手册中查出第12页，课件共34页，创作于2023年2月④

的频率响应由H参数可知1.三极管的高频小信号建模即根据混合

模型得低频时所以当时，第13页，课件共34页，创作于2023年2月——共发射极截止频率④

的频率响应1.三极管的高频小信号建模的幅频响应令则——特征频率——共基极截止频率时当第14页，课件共34页，创作于2023年2月2.共射极放大电路的高频响应①型高频等效电路<A>等效电路第15页，课件共34页，创作于2023年2月2.共射极放大电路的高频响应①型高频等效电路对节点c列KCL得<B>电路简化忽略的分流得称为密勒电容等效后断开了输入输出之间的联系第16页，课件共34页，创作于2023年2月2.共射极放大电路的高频响应①型高频等效电路<B>电路简化最后第17页，课件共34页，创作于2023年2月2.共射极放大电路的高频响应②高频响应由电路得电压增益频响又其中低频增益上限频率第18页，课件共34页，创作于2023年2月2.共射极放大电路的高频响应③增益-带宽积BJT一旦确定，带宽增益积基本为常数#

如何提高带宽？第19页，课件共34页，创作于2023年2月例题解：模型参数为设共射放大电路在室温下运行，其参数为：试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为又因为所以上限频率为第20页，课件共34页，创作于2023年2月3.共基极放大电路的高频响应3.7.2单级高频响应①高频等效电路第21页，课件共34页，创作于2023年2月3.共基极放大电路的高频响应②高频响应列e点的KCL而所以电流增益为其中电压增益为其中特征频率忽略第22页，课件共34页，创作于2023年2月3.共基极放大电路的高频响应③几个上限频率的比较的上限频率特征频率共基极上限频率共发射极上限频率共基极电路频带最宽，无密勒电容第23页，课件共34页，创作于2023年2月3.7.3单极放大电路的低频响应1.低频等效电路第24页，课件共34页，创作于2023年2月3.7.3单极放大电路的低频响应2.低频响应按图3.7.13参数计算中频增益当则下限频率取决于即第25页，课件共34页，创作于2023年2月3-2-4放大电路频率特性分析举例例3-4试分析下图所示电路的频率特性。已知，，，=50，C1=2uF，C2=10uF，，，1）中频段分析在中频区，所有电容的影响均可忽略不计，其中频等效电路为由图不难求出中频区的的电压放大倍数式中所以得或第26页，课件共34页，创作于2023年2月2）低频段分析在低频段，晶体管的结电容可视为开路，设CE容量很大，容抗很小，仍认为短路。其等效电路为这时C1和C2的短路时间常数分别为相对应的低频段的两个极点为：和。低频截止频率为或所以低频段的频率特性近似为第27页，课件共34页，创作于2023年2月3）高频段分析在高频段，C1、C2和CE更是为短路，其单向化的高频等效电路为。其中这时和的开路时间常数分别是

其中，，，，可见是主导极点。高频截止频率为所以，高频段的频率特性为相对应的高频段的两个极点为和或第28页，课件共34页，创作于2023年2月放大器的整个频率特性曲线波特图为-20dB/10倍频程20dB/10倍频程幅频特性波特图低频截止频率高频截止频率相频特性曲线101021031041051061072001027.342.51.6

10690045000-450-9004.254251.6

1051.6

10710102103104105106107

(

)/0第29页，课件共34页，创作于2023年2月例3-5一个结型场效应管放大器。已知IDSS=8mA，Vp=

4V，rds=20kΩ，Cgd=1.5pF，Cds=5.5pF，试计算Aum、和。解先进行静态分析。由结型场效应管的特性和图示电路可得解得所以1）在中频段

2）在低频段由于C1、C3为无穷大，故低频等效电路为6K

1M

5K

5K

0.1

F15V

第30页，课件共34页，创作于2023年2月C2的时间常数为故可得其下限截止频率为

3）在高频段

高频等效电路为由于Ci与恒压源并联，所以对频率特性无影响。在输出端，其密勒电容为其输出总电容为因此可得其高频截止频率为SGDSGD第31页，课件共34页，创作于2023年2月例3-6如图所示同相输入放大电路，已知，，RF=100kΩ，R1=10kΩ，试求频率特性和。A对于低频情况，由于无电容偶合，故和中频情况是一样的其等效电路为由等效电路可知由于可得RfR1UiUo第32页，课件共34页，创作于2023年2月高频情况高频等效电