低频电子电路何丰.pptx

5.1.15.1.15.1.15.1.1频率特性的稳态描述方法频率特性的稳态描述方法频率特性的稳态描述方法频率特性的稳态描述方法5.25.2单元放大器频率特性基础单元放大器频率特性基础5.1.25.1.25.1.25.1.2基本增益器件的频率特性与电路模型基本增益器件的频率特性与电路模型基本增益器件的频率特性与电路模型基本增益器件的频率特性与电路模型5.15.15.15.1频率特性频率特性描述方法与基本增益器件频率特性描述方法与基本增益器件频率特性描述方法与基本增益器件频率特性描述方法与基本增益器件频率特性第五章第五章 放大器频率特性基础放大器频率特性基础5.2.15.2.15.2.15.2.1双极型单元放大电路的频率特性双极型单元放大电路的频率特性双极型单元放大电路的频率特性双极型单元放大电路的频率特性5.2.25.2.25.2.25.2.2放大器频率特性分析举例放大器频率特性分析举例放大器频率特性分析举例放大器频率特性分析举例低频电子电路低频电子电路 一般而言，放大器中含有电抗元件。在多频率的一般而言，放大器中含有电抗元件。在多频率的模拟信号激励下，因频率的不同，放大器增益会随之改模拟信号激励下，因频率的不同，放大器增益会随之改变，因此，一般情况下，稳态情况的增益必需采用复数变，因此，一般情况下，稳态情况的增益必需采用复数表达，即表达，即复增益复增益。则表明频率失真是由线性电抗元件引起的，故也称频率则表明频率失真是由线性电抗元件引起的，故也称频率失真为失真为线性失真线性失真。注意：注意：线性失真不产生新的频率成份。线性失真不产生新的频率成份。也正是由于信号频率变化引起增益改变，可致使也正是由于信号频率变化引起增益改变，可致使放大器输出波形不能反应输入变化规律的情况，定义放大器输出波形不能反应输入变化规律的情况，定义为放大器的为放大器的频率失真频率失真。若放大器的。若放大器的复增益复增益表达式为表达式为第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础（1）不同频率信号，对增益的幅频特性的影响）不同频率信号，对增益的幅频特性的影响 若对不同频率，增益的模不为常数，则输出会出现失若对不同频率，增益的模不为常数，则输出会出现失真，即真，即幅度失真幅度失真。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础输出输出 例：输入例：输入 则则 即放大电路存在幅度失真。即放大电路存在幅度失真。（2）不同频率信号，对增益的相频特性的影响）不同频率信号，对增益的相频特性的影响 若对不同频率，增益的时延不为常数，则输出会出现若对不同频率，增益的时延不为常数，则输出会出现失真，即失真，即相位失真相位失真。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础无相位失真的条件无相位失真的条件为：为：或或输出输出 例：输入例：输入 则则 即放大电路不存在相位失真。即放大电路不存在相位失真。0f/HzA(f)0f/Hz A(f)幅幅频频特特性性相相频频特特性性通频带通频带BW0.7定义：定义：（1 1）上限截止频率上限截止频率fH（2 2）下限截止频率下限截止频率fL 增益下降到增益下降到AIAI2fHfL可以证明：放大器在通频带内近似无频率失真。可以证明：放大器在通频带内近似无频率失真。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础-180时，对应的频率范围。时，对应的频率范围。放大器典型频率特性放大器典型频率特性1）写出）写出电路传递函数表达式电路传递函数表达式 A(j )q 频率特性分析频率特性分析 确确定定放放大大器器的的上上、下下限限截截止止频频率率，即即明明确确无无失失真的真的BW0.7范围范围。2）绘制频率特性曲线，即研究）绘制频率特性曲线，即研究波特图波特图表示方法表示方法第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础 一般音频放大器应考虑是否存在幅度失真；视频一般音频放大器应考虑是否存在幅度失真；视频放大器则对幅度失真与相位失真都应考虑。放大器则对幅度失真与相位失真都应考虑。根据研究的目的，我们必需考虑根据研究的目的，我们必需考虑：结电容结电容和增和增益器件益器件外接电容外接电容带来的影响。以简单共发射极小信带来的影响。以简单共发射极小信号放大器研究为例，画出如下等效电路号放大器研究为例，画出如下等效电路5.1 5.1 频率特性描述方法与基本增益器件频率特性频率特性描述方法与基本增益器件频率特性第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础等效电路电容作用分类：等效电路电容作用分类：第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础0f/HzA(f)幅幅频频特特性性AIAI2fHfL （1）串联大电容）串联大电容C1和和C2 将在频率减小时，使放大电路将在频率减小时，使放大电路增益降低；增益降低；（2）晶体管中）晶体管中PN结结电容结结电容Cbe和和Cbc 将在频率增加时，将在频率增加时，使放大电路增益降低。使放大电路增益降低。5.1.15.1.1频率特性的稳态描述方法频率特性的稳态描述方法1、波特图的坐标特点、波特图的坐标特点 幅频和相频特性波特图的横坐标横坐标均采用对数坐标。这样可以扩大低频频率范围，压缩高频频率范围。注注意横坐标没有零意横坐标没有零。lg1=0，lg2=0.30，lg3=0.48，lg4=0.60，lg5=0.70lg6=0.78，lg7=0.85，lg8=0.90，lg9=0.95，lg10=1第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础（a）相频特性纵坐标 （b）幅频特性纵坐标（2）幅频特性纵坐标纵坐标对增益来说也是对数坐标对数坐标，如图（b）所示，但增益是通过dB方式标注的，即第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础（1）相频特性纵坐标纵坐标是采用传统的比例坐标比例坐标，如图（a）所示；q RC 低通电路频率响应低通电路频率响应 CR+-+-vi(t)vo(t)由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式：式中式中幅值：幅值：或或相角：相角：2、基本传递函数因子的波特图、基本传递函数因子的波特图第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础0 P0.1 P10 PAv()/dB-20-30 P0.1 P10 P A()-45-90-5.7 绘制渐近波特图绘制渐近波特图：根据根据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图渐近波特图画法：渐近波特图画法：幅频幅频 P时，时，=P 时，时，相频相频 10 P时，时，=P 时，时，-20dB/十倍频十倍频-45/十倍频十倍频第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础 确定上限角频率：确定上限角频率：0 p0.1 p10 pAv()/dB-200 p0.1 p10 p A()-45-90-20dB/十倍频十倍频-45/十倍频十倍频归纳一阶因子归纳一阶因子渐近波特图画法：渐近波特图画法：幅频渐近波特图：幅频渐近波特图：已知已知 自自0dB水水平平线线出出发发，经经 p转转折折成成斜斜率率为为（20dB/十十倍倍频）的直线。频）的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图：自自0 水水平平线线出出发发，经经0.1 p处处转转折折，斜斜率率为为(45/十十倍倍频频)，再再经经10 p处处转转折折为为-90 的水平线。的水平线。因因 =p时，时，H=p第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q RC 高通电路频率响应高通电路频率响应 由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式：式中式中幅值：幅值：相角：相角：CR+-+-vi(t)vo(t)下限角频率：下限角频率：因因 =L时，时，L 第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础0 L0.1 L10 L A()45 90 绘制渐近波特图绘制渐近波特图：根据根据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图0 L0.1 L10 LAv()/dB-2020dB/十倍频十倍频-45/十倍频十倍频幅频渐近波特图：幅频渐近波特图：L：0dB水平线；水平线；L：斜率为：斜率为(20dB/十倍十倍 频）的直线。频）的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图：0.1 L：-90 的水平线。的水平线。0.1 L 10 L：0 水平线。水平线。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q RC 高通电路波特图另解另解 由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式：式中式中幅值：幅值：相角：相角：CR+-+-vi(t)vo(t)第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础结论：无论是幅频特性或是相频特性，均是由因子结论：无论是幅频特性或是相频特性，均是由因子 和和 构成，其构成，其总图形由因子图形叠加形成总图形由因子图形叠加形成。0 1 A()90 0.1 110 1010 1 1100 1Av()/dB 204060-2020dB/十倍频十倍频-45/十十第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础幅值：幅值：相角：相角：-90 下限角频率：下限角频率：因因 =L时，时，L=1 确定多极点函数的上限角频率：确定多极点函数的上限角频率：幅频特性：幅频特性：第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础例例：0 H2 H1Av()/dB 204060-20-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频（1）1000=60dB；（2）；（3）；在在 H=H1时，时，上述因子上述因子2=3dB，因子，因子3在在0 3dB之之间，即间，即 Av(H1)60-3dB。因此，实际因此，实际 H ，得，得 指指()下降到中频下降到中频 的的0.707倍时对应的角频率。倍时对应的角频率。共基电路截止角频率共基电路截止角频率 T 根据根据及及整理得整理得其中其中 三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征三个频率参数中应用最广、最具代表性的是特征角频率角频率 T。通常，。通常，T越高，三极管高频性能越好，越高，三极管高频性能越好，构成的放大器上限频率越高。构成的放大器上限频率越高。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础场效应管的频率特性描述场效应管的频率特性描述 一般来说，场效应管比晶体管有更高的上限截一般来说，场效应管比晶体管有更高的上限截止频率。单个场效应管的频率特性计算时，常采用止频率。单个场效应管的频率特性计算时，常采用如图所示小信号等效电路。如图所示小信号等效电路。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础5.2 5.2 单元放大器频率特性基础单元放大器频率特性基础 放大单元的下限截止频率由外接电容决定，上放大单元的下限截止频率由外接电容决定，上限截止频率由增益管内部结电容决定。限截止频率由增益管内部结电容决定。对于直接耦合放大器，因无外接电容，即电路对于直接耦合放大器，因无外接电容，即电路下限截止频率下限截止频率 fL=0，通频带，通频带BW0.7=fH。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础设原四端网络传递函数：设原四端网络传递函数：q 1 1、密勒定理和单向化近似模型、密勒定理和单向化近似模型5.2.15.2.1双极型单元放大电路的频率特性双极型单元放大电路的频率特性密勒定理密勒定理等效后：等效后：网络网络+-+-V1(j)V2(j)Y(j)网络网络+-+-V1(j)V2(j)Y1(j)Y2(j)第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 共发射极放大电路的频率特性共发射极放大电路的频率特性第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础（a）共发射极电路）共发射极电路（b）交流通路）交流通路（c）中高频中高频小信号等效电路小信号等效电路（d）低中频低中频小信号等效电路小信号等效电路q共发射极共发射极-中高频频率特性分析（单向化分析法）中高频频率特性分析（单向化分析法）第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础（c）中高频中高频小信号等效电路小信号等效电路单向化单向化近似条件近似条件第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 共发射极共发射极-中高频频率特性分析中高频频率特性分析则则（5-2-3）（5-2-4）可以得出：可以得出：fH1H1为由为由输入回路输入回路确定的极点确定的极点频率，具体计算公式为频率，具体计算公式为:fH2H2由由输出回路输出回路确定的极点频率，确定的极点频率，具体计算公式为具体计算公式为:电路上限截止频率：电路上限截止频率：第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础 为了工程计算的方便，估算每个估算每个PNPN结结结电容单独作用时，结电容单独作用时，其它电容作开路处理其它电容作开路处理q 共发射极共发射极-工程近似分析工程近似分析(a)低、中频等效电路低、中频等效电路 低频响应主要取决于放大电路的外接电容，常用如低频响应主要取决于放大电路的外接电容，常用如下工程分析步骤。下工程分析步骤。先画出图示交流等效电路耦合电容和旁路电容不能先画出图示交流等效电路耦合电容和旁路电容不能忽略，然后忽略，然后分别求解每个电容单独作用时分别求解每个电容单独作用时（其它电容此其它电容此时短路时短路）的下限截止频率的下限截止频率fLn,第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 共发射极共发射极-低中频频率特性分析（工程近似）低中频频率特性分析（工程近似）C1单独作用时单独作用时 C2单独作用时单独作用时 CE单独作用时单独作用时第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 增益带宽积（增益带宽积（）若若 ，则有则有 信号源内阻越小，并且选信号源内阻越小，并且选rbb 小、小、Cb c小、小、T高的晶高的晶体管可体管可使使GB*W 。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础提高共发电路上限频率的方法：提高共发电路上限频率的方法：在电路输入端采用低阻节点（即在电路输入端采用低阻节点（即RS小）。小）。在电路输出端也采用低阻节点（即在电路输出端也采用低阻节点（即 RL 小）。小）。此时，共发电路上限角频率此时，共发电路上限角频率 H最高，且接近最高，且接近管子特征角频率管子特征角频率 T。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 共集放大器上限截止频率分析共集放大器上限截止频率分析由于由于因此，因此，Cb c可忽略不计。可忽略不计。令令 RL =rce/RE/RL简化等效电路简化等效电路 rbb rb eCb egmVb eb VoRS+-R L+-VseIb(s)第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础因此，因此，q 共基极放大器的频率特性共基极放大器的频率特性第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础由简化等效电路：由简化等效电路：式中式中共基电路输出为低阻节点共基电路输出为低阻节点(RL 小小)时，上限角频率时，上限角频率 fH f 由于由于Cb c很小，因此当很小，因此当RL 较小时较小时:fH2 fH1fH fH1 f 结论：结论：三种组态电路中，共基电路频率特性最好、共发最差。三种组态电路中，共基电路频率特性最好、共发最差。考考虑到虑到混和混和型电路成立条件型电路成立条件，共集和共基电路实际只能工作，共集和共基电路实际只能工作在在fT/3/3以下频率范围。以下频率范围。reCb eCb cgmVb eb VoRS+-R L+-VsecIe(s)共基简化等效电路共基简化等效电路第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础5.2.25.2.2放大器频率特性分析举例放大器频率特性分析举例(例例5.2.2)5.2.2)估算每个估算每个PNPN结结电容单独作用时，结结电容单独作用时，其它电容作开路处理其它电容作开路处理。第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础例题例题5-2-25-2-2图图 第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础q 组合电路宽带放大器组合电路宽带放大器 共发共发共基组合电路共基组合电路 三种组态中，共发电路上限频率最低，因此，组合电路三种组态中，共发电路上限频率最低，因此，组合电路上限频率主要由共发电路决定。为扩展整个电路上限频率，上限频率主要由共发电路决定。为扩展整个电路上限频率，应设法使共发电路的输入、输出为低阻节点。应设法使共发电路的输入、输出为低阻节点。Vs(s)+-RL+-RST1T2Vo(s)+-RL+-RST1T2Vs(s)Vo(s)共集共集共发组合电路共发组合电路 因为共基电路因为共基电路Ri2小小因此扩展了上限频率。因此扩展了上限频率。则共发电路具有低阻输出节点则共发电路具有低阻输出节点因为共集电路因为共集电路RO1小小因此扩展了上限频率。因此扩展了上限频率。则共发电路具有低阻输入节点则共发电路具有低阻输入节点第第 5 章放大器频率特性基础章放大器频率特性基础