1、第五章 放大電路的頻率響應,模擬電子技術 電 子 教 案 沈陽工業(yè)大學 電子技術教研室,第五章 放大電路的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,目 錄 第五章 放大電路的頻率響應 第一節(jié) 頻響的基本概念 第二節(jié) 晶體管的頻率響應 第三節(jié) 放大器的頻率響應 第四節(jié) 放大器的階躍響應,第五章 放大電路的頻率響應,第一節(jié) 頻響的基本概念,一、頻響的基本概念 1. 什么叫放大器的頻響 定義： 是放大器對不同頻率正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應。 意義： 表明放大器對不同頻率信號放大能力 表明放大器質量的重要指標,目錄,第五章 放大電路的頻率響應,第一節(jié) 頻響的基本概念,2. 描述頻響

2、的基本方法 傳輸函數(shù): Au(S)=UO(S)/Ui(S) 頻響表達式 Au(j)=UO(j)/Ui(j)=Au()(),目錄,Au()即Au(f) -模， 稱為Amp的幅頻特性(曲線) () 即(f) -相角， 稱為Amp的相頻特性(曲線),術語：上、下限載止頻率fH和fL、 帶寬fBW、相位、附加相移,第五章 放大電路的頻率響應,3. 頻率失真 放大器的輸入信號往往是多頻率組合而成的，當頻響不好時，輸出波形與輸入波形相比走樣了，稱產(chǎn)生了頻率失真。它分兩類：幅度失真和相位失真。,目錄, 幅度失真 是由于輸入信號頻率不同，使Au(f)各異，導致輸出波形走樣,第一節(jié) 頻響的基本概念, 相位失真

3、對不頻率輸入信號產(chǎn)生的相移(f)不同，導致輸出波形走樣,對失真的要求：依放大器的用途而定。 例如 音響設備對幅度失真要求高， 視頻設備對相位失真要求高,第五章 放大電路的頻率響應,二、RC低通與高通電路的頻率響應,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,概述：,2. RC低通電路,凡是電路中存在電抗元件，必然對不同頻率信號引起不同響應 RC電路是影響放大器頻率響應的最基本因素。 對頻響而言，放大器可抽象為包含幾個RC電路。,特點：電容C和負載RL相并連 ； 信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓,第五章 放大電路的頻率響應,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,RC低通頻響特性：,幅頻特性 相頻特性,結論 當信號

4、頻率ffHfUO，相移滯后。 f=fH時，相移滯后-45，幅值下降3dB。f=相移趨于-90 ,第五章 放大電路的頻率響應,畫幅頻特性曲線 采用波特圖法 是一種用折線逼近真實曲線的近似畫法，橫坐標為頻率以lgf 縱坐標為增益以dB分度（取20lg）,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放大電路的頻率響應,解釋如下： f/fp1時，20lgAu(f)-20lg（f/fp）由該式看出， 若f=10fp（稱為10倍頻程，記作dec），則 20lgAu(f)=20dB 所以在(f/fp）1頻域內(nèi)，用一條起始f/fp=1之點 斜率為20dB/dec的折線逼近。,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放

5、大電路的頻率響應,畫相頻特性曲線 1.理論依據(jù) 相頻特性表達式 =tg-1(f/fP) 2.具體畫法 （1）縱坐標代表角度,以”度”dB分度 橫坐標為頻率以lgf分度,但仍用f表示 （2）用三條折線逼近 在（f/fp）10頻域內(nèi), 為始于(f/fp)=10之點的90度線 在1（f/fp）10頻域內(nèi)，為連接兩個起始點的斜率為45度/dec線段。,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放大電路的頻率響應,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放大電路的頻率響應,解釋如下： ffp時，=90度; f=10fp時，=-84.3度90度 所以，在（f/fp）10的頻域內(nèi)用90度線逼近真實曲線 f=fp時

6、，=45度。所以兩個起始點之間的斜率為45度/dec。,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放大電路的頻率響應,2. 高通RC電路的頻響 電路組成特點 電容C和負載RL串聯(lián)。 只通高頻，不通低頻。,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,頻響表達式,第五章 放大電路的頻率響應,目錄,高通RC頻響曲線,第一節(jié) 頻響的基本概念,第五章 放大電路的頻率響應,低頻截止頻率 fL=1/2RC 當ffL信號幾乎全部通過，且無相移。 當ffLfUO, 相移導前，f=相移趨于正90 當f=fL相移超前+45，幅值下降3dB。,目錄,第一節(jié) 頻響的基本概念,高通RC電路結論,第五章 放大電路的頻率響應,第二節(jié) 晶體管的

7、頻率響應,一、頻率響應特征 電流放大系數(shù)是頻率的函數(shù) (jf)=0/1+j(f/f) f|(jf)|同時產(chǎn)生滯后相移（最大為90度）。,目錄,第五章 放大電路的頻率響應,二、表征BJT頻響的頻率參數(shù) 1f共發(fā)射極截止頻率 定義 是(jf)的模(f)下降到0/時所對應的頻率值。 意義 f值越高，說明BJT高頻響應好，即高頻放大能力強。 2fT特征頻率 定義 是(f)=1或20lg(f)=0dB時所對應的頻率值。 意義 fT值越高的管子，表明它高頻響應好。 3f共基極截止頻率 f=（1+0）ffT 共基極截止頻率遠大于共射極截止頻率，因此CB-Amp作寬帶放大器應用。,目錄,第二節(jié) 晶體管的頻率響

8、應,第五章 放大電路的頻率響應,BJT存在兩個結電容 發(fā)射結電容C 集電結電容C 它們的電抗是頻率的函數(shù)，使集電極和基極電流與頻率有關，電流放大系數(shù)為復數(shù)。,目錄,第二節(jié) 晶體管的頻率響應,三、影響B(tài)JT高頻放大能力的主要因素,第五章 放大電路的頻率響應,自學.在高頻曲域內(nèi)不能再使用H參數(shù)等效模型，必須使用反映極間電容影響的混合型等效模型。,混合模型,目錄,四、BJT高頻等效模型,第二節(jié) 晶體管的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,圖5.2.2 混合模型的簡化,目錄,第二節(jié) 晶體管的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,五、FET頻率響應 FET的各極之間存在電容CgS、Cgd、CdS,必然

9、影響高頻響應，其中Cgd影響最大。,目錄,第二節(jié) 晶體管的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,第三節(jié) 放大器的頻率響應,定義 放大器對不同頻率正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應，表現(xiàn)為增 益是頻率的函數(shù)。 2. 導致放大器放大能力隨頻率變化的因素 耦合電容、旁路電容、晶體管的極間電容、 負載電容和導線間電容等。 它們和電阻構成低通或高通RC電路，影響Au。,目錄,一、放大器的頻響概述,第五章 放大電路的頻率響應,單管CE-Amp的頻率響應,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,1耦合電容和旁路電容是使Amp低頻放大能力下降

10、的主要因素 電容的容抗是頻率的函數(shù)，使信號受到損耗且隨頻率而變 當f(1/C)UCUiUOAu 晶體管的極間電容放大能力，對低頻放大能力無影響。 因極間電容對交流信號而言，等效為并聯(lián)在IN或OUT回路兩端，其值又很小，對低頻相當于開路。 為改善Amp的低頻響應， 應使耦合電容和旁路電容取值足夠大。,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,一、定性分析,第五章 放大電路的頻率響應,2晶體管的極間電容是使Amp高頻放大能力下降的主要因素 對極間電容f容抗旁路作用 UOAu 耦合電容和旁路電容對高頻放大能力沒有影響。 因容值很大，信號頻率又高，使容抗為零，故信號沒有損失。 為改善Amp的高頻響應，選取極間電

11、容小的晶體管。 BJT極間電容對共集與共基接法影響很小， 故共集放大器和共基放大器的頻響優(yōu)于共射放大器,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,一、定性分析,第五章 放大電路的頻率響應,二、定量分析共射放大器頻率響應 1. 分析思路 將全部頻域劃成三個頻段（低、中、高）單獨分析，再綜合。 必須采用混合等效模型 以混合等效模型畫出Amp的交流等效電路。 列回路方程，推導各頻段頻響表達式。,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,2分析中頻增益Ausm,圖5.4.2 單管共射放大電路的中頻等效電路,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,3. 分析低頻增益Ausl

12、低頻段頻響表達式標準型 fL- 下限截止頻率。 低頻區(qū)放大器等效為幾個由耦合電容或旁路電容組成的 高通RC電路，由此計算出總的fL,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,4. 分析高頻增益Aush 高頻段頻響表達式標準型 高頻等效電路 高頻區(qū)放大器等效為幾個由極間電容組成的低通RC電路， 由此計算出總的fH,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,第三節(jié) 放大器的頻率響應,5. 全頻域頻響,目錄,第五章 放大電路的頻率響應,6. 放大器的增益帶寬積GWB 定義 GWB=AusmWB 單管共射放大器的GWB GWB1/2(rbb+RS)C 器件選定(rb

13、b和C為確定值)之后，GWB大體上為恒值。 若提高WB，應選擇rbb和C小的高頻晶體管。 提高增益和展寬頻帶不能兼得,目錄,第三節(jié) 放大器的頻率響應,第五章 放大電路的頻率響應,7. 多級放大電路的頻率響應分析,一個兩級放大電路每一級（已考慮了它們的相互影響）的幅頻特性均如圖所示。,6dB,3dB,fL,fH,0.643fH1,fL fL1， fH fH1，頻帶變窄！,第三節(jié) 放大器的頻率響應,目錄,第五章 放大電路的頻率響應,對于N級放大電路，若各級的下、上限頻率分別為fL1 fLn、 fH1 fHn，整個電路的下、上限頻率分別為fL、 fH，則,由于,求解使增益下降3dB的頻率，經(jīng)修正，可

14、得,1.1為修正系數(shù),第三節(jié) 放大器的頻率響應,目錄,第五章 放大電路的頻率響應,第四節(jié) 放大器的階躍響應,一、研究放大器響應的兩種方法 1穩(wěn)態(tài)分析法（頻域法） 以正弦波作為輸入，研究放大器對不同頻率信號的幅值和相位響應。優(yōu)點：簡單，不需特殊測試設備。缺點：以幅頻響應和相頻響應不能直觀確定波形失真。,目錄,2瞬態(tài)分析法（時域法） 以單位階躍信號作為基本測試信號，研究放大器的輸出波形隨時間變化關系，也稱為放大器的階躍響應。優(yōu)點：可用示波器直接觀察到放大階躍信號的波形失真。 缺點：分析復雜,第五章 放大電路的頻率響應,目錄,第四節(jié) 放大器的階躍響應,階躍響應三個變化過程: 從0漸升振蕩(升Uom后漸衰)趨于穩(wěn)態(tài)值Um,階躍響應的性能指標 上升時間tr 是uo從0.1Um（穩(wěn)態(tài)值）上升到0.9Um所需時間 傾斜率 =(Uom-Uom)/Uom100% Uom-最大值,第五章 放大電路的頻率響應,3. 階躍響應和頻響之間關系 若放大器能對階躍信號