放大电路的频率特性.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,放大电路的频率特性,放大电路的频率特性放大电路的频率特性,放大电路的频率特性包括两部分：,幅度频率特性,相位频率特性,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,放大电路的频率特性包括两部分：,幅度频率特性,相位频率特性,幅频特性是描绘输入信号幅度,固定，输出信号的幅度随频率变化,而变化的规律。即,=,相频特性是描绘输出信号与输入,信号之间相位差随频率变化而变化,的规律。即,这些统称放大电路的频率响应。,幅频特性偏离中频值的现象称为,幅度频率失真,;,相频特性偏离中频值的现象称为,相位频率失真,。,放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为,幅度频率失真,，简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为,相位频率失真,，简称相频失真。幅频失真和相频失真是,线性失真,。,产生频率失真的原因是:,1.放大电路中存在电抗性元件，,例如,耦合电容、旁路电容、分布电容、变压,器、PN结电容、分布电感等;,2.三极管的,(,)是频率的函数。,在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。,电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因,素，研究频响实际上是研究电抗元件的存在，对,放大器放大倍数的影响。,当f低时，主要是耦合电容、旁路电容起作用。,当f高时，主要是PN结电容起作用。,4.1,RC,电路的频率响应,4.2 双极型三极管的高频小,信号模型,4.3 共发射极接法放大电路,的频率特性,4.4 多级放大器的频率响应,4.1,RC,电路的频率响应,4,.1.,1,RC,低通电路,4,.1.,2,RC,高通电路,4.1.1,RC,低通电路,RC,低通电路如图05.01所示。,图05.01RC低通电路,其,电压放大倍数,(传递函数)为,由以上公式可做出如图05.02所示的,RC,低通电路的近似频率特性曲线：,图05.02,RC,低通电路的频率特性曲线,幅频特性的,X,轴和,Y,轴,都是采用对数坐标,称为,上限截止频率,。当 时，幅频特性将以十,倍频20dB的斜率下降，,或写成-20,dB/dec。在,处的误差最大，有3dB。,当 时，相频特性将滞后45，并具有,-,45,/dec的斜率。在0.1 和10 处与实际的相频,特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7,。,这种折线化画出的频率特性曲线称为,波特图,，,是,分析放大电路频率响应的重要手段。,4.1.2,RC,高通电路,其电压放大倍数 为：,式中,下限截止频率、模和相角分别为,RC,高通电路如图05.03所示。,由此可做出如图05.04所示的,RC,高通电路的近似频率特性曲线。,图05.04,RC,高通电路的近似频率特性曲线,4.2 双极型三极管的高频小信号模型,4.2.1.混合,型高频小信号模型,4.2.2 电流放大系数,的频响,4.2.1混合型高频小信号模型,混合,型高频小信号模型是通过三极管的物理,模型而建立的，三极管的物理结构如图05.05所示。,r,be,-,r,e,归算到基极回路的电阻,-发射结电容，也用,C,这一符号,-集电结电阻,-集电结电容，也用,C,这一符号,r,bb,-基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。,图05.05 双极型三极管 物理模型,（1）物理模型,-发射结电阻,r,e,根据这一物理模型可以画出,混合,型高频小信号模型，如图05.06所示。,图05.06高频混合型小信号模型电路,这一模型中用 代替 ，这是因为,本身就与频率有关，而,g,m,与频率无关。推导如下:,（2）用 代替,由此可见,g,m,是与频率无关的,0,和,r,be,的比，因此,g,m,与频率无关。,若,I,E,=1mA，,g,m,=1mA/26mV38mS。,g,m,称为跨导，还可写成,0,反映了三极管内部，对流经,r,be,的电流 的放大作用。是真正具有电流放大作用的部分，,0,即低频时的,。而,在,型小信号模型中，因存在,C,bc,和,r,bc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因,r,bc,很大，可以忽略，只剩下,C,bc,。可以用输入侧的,C,和输出侧的,C,两个电容去分别代替,C,bc,，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图05.07所示。,（3）单向化,图05.07高频混合,型小信号电路,4.2.2 电流放大系数,的频响,从物理概念可以解释随着频率的增高,将下降。因为,图05.09 的等效电路,是指在,V,CE,一定的条件下,在等效电路中可将,CE间,交流短路，于,是可作出图,05.09,的,等效电路。,由此可求出共射接法交流短路电流放大系数。,可由下式推出,由此可做出,的幅频特性和相频特性曲线，,如05.10图所示。,图05.10 三极管,的幅频特性和相频特性曲线,当,=1时对应的频率称为,特征频率,f,T，,且有,f,T,0,f,当20lg,下降3dB时,频率,f,称为,共发射极接法的截止频率,f,T,0,f,可由下式推出,当,f,=,f,T,时,有,因,f,T,f,所以,f,T,0,f,4.3 共发射极接法放大电路的频率特性,4.3.1 全频段小信号模型,4.3.2 高频段小信号微变等效电路,4.3.3 低频段小信号微变等效电路,频响的基本分析方法（频率特性的描写方法）：,1、分段描写（高、中、低）根据影响各区段Au,的主要因素进行分析。,2、频响特性用对数描写，幅度以分贝为单位，相,位以度为单位。,4.3.1 全频段小信号模型,对于图05.11所示的共发射极接法的基本放大电路，分析其频率响应，需画出放大电路从低频到高频的全频段小信号模型，如图05.12所示。然后分低、中、高三个频段加以研究。,图05.11 CE接法基本放大电路,图05.12 全频段微变等效电路,显然这是一个,RC,低通环节，其时间常数,H,=(,R,s,/R,b,),+r,bb,/,r,be,C,于是上限截止频率,f,H,=1/2,H,。,4.3.2 高频段小信号微变等效电路,将全频段小信号模型中的,C,1,、,C,2,和,C,e,短路，即可获得高,频段小信号模型微变等效电路，如图05.13所示。,设放大电路的中频电压放大倍数为,A,vsM,，其频率特性曲线与,RC,低通电路相似。只不过其幅频特性在,Y,轴方向上上移了20lg,A,vsM,(dB)。相频特性则在,Y,轴方向上向下移180,，以反映单级放大电路倒相的关系。,（,动画5-3,）,图,05.13,高频段微变等效电路,高频电压放大倍数：,其中 Aum为中频电压,放大倍数.,4.3.3 低频段小信号微变等效电路,低频段的微变等效电路如图05.14所示，,C,1,、,C,2,和,C,e,被保留，,C,被忽略。显然，该电路有 三个,RC,电路环节。当信号频率提高时，它们的作用相同，都有利于放大倍数的提高，相当于高通环节，有下限截止频率。,L1,=(,R,b,/r,be,),+R,S,C,1,L2,=(,R,c,+R,L,),C,2,L3,=,R,e,/,(,R,S,+,r,be,)/1+,C,e,式中,R,S,=,R,S,/R,b,图05.14 低频段微变等效电路,如果,L,在数值上较小的一个与其它两个相差较大，有45倍之多，可将最大的,f,L,作为下限截止频率，然后做波特图。,低频电压放大倍数：,其中:Aum为中频放大倍数,为下限截止频率，=1/2,L,完整的频率响应及波特图：,频率响应表达式：,由以上分析，可知作波特图的步骤：,（1）先求出中频电压放大倍数，方法通前；,（2）确定分别在高频和低频时影响A,u,的电容器的,个数；,（3）分别求出各电容器回路的时间常数；,（4）比较各时间常数，低频时取时间常数小的转,化为f,L,，高频时取时间常数大的转化为f,H,，,转化式 f=1/2,，如相差很近，一般小于4倍，,则有：,下面讨论频率响应的改善和增益带宽积：,频率响应的改善主要是通频带变宽，即是高,频时性能的改善，其高频等效电路如图所示：,1、通频带,f,bw,=f,H,-f,L,(要使f,bw,加宽有两种方法),（1）f,L,下降（即是使耦合电容C所在回路的时间常数取值大）亦是R或C增大，改善有限。,（2）f,H,增大（。）就会使Au下降。,于是形成了带宽和增益的矛盾，合理的解决的办法,是综合考虑。,2、增益带宽积,设（1+g,m,R,L,）C,C,，则有：C,=(1+g,m,R,L,)C,=g,m,R,L,C,所以：,当晶体管选定后r,bb,C,就确定，因此放大倍数与带宽积就确定了。,要改善放大电路的高频性能，应选小r,bb,，C,ob,的管子，且,R,b,要尽量小。,因为：,4.4 多级放大器的频率响应,一、多级放大器频响的一般形式,由于多级放大器总的电压放大倍数满足：,其中A,ui,为第i级的放大倍数。,幅频响应：,相频响应：,以上表明,多级放大器的幅频特性等于对数幅频特性的代,数和，相频特性也是各级的代数和。,若在同一个横坐标下，只要将纵坐标叠加即可,得到总的频响特性曲线。,汇报结束,谢谢大家,!,请各位批评指正,谢谢观赏！,2020/11/5,32,