放大电路的频率响应课件.ppt
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1、第四章 放大电路的频率响应,4.1频率响应的概念,4.2晶体管的高频等效模型,4.4单管放大电路的频率响应,4.5多级放大电路的频率响应,4.3场效应管的高频等效模型,4.6放大电路的阶跃响应,第四章 放大电路的频率响应4.1频率响应的概念4.2晶,本章重点:,2、单管共射放大电路混合模型等效电路图、 频率响应的表达式及波特图绘制 。,1、晶体管、场效应管的混合模型。,本章重点:2、单管共射放大电路混合模型等效电路图、,4.1频率响应的概念,研究放大电路频率响应的必要性,由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容,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。,小信号等效模
2、型只适用于低频信号的分析。 本章将引入高频等效模型,并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法,以及频率响应的描述方法。,4.1频率响应的概念研究放大电路频率响应的必要性,频率响应的概念,1.频率响应与通频带,放大电路的电压放大倍数Au是频率的函数,这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。,Au( f )表示电压放大倍数的模与频率f的关系,称为幅频响应,( f )表示放大电路输出电压与输入电压之间的相位差与频率f的关系,称为相频响应,放大电路的对数频率特性称为波特图。,频率响应的概念1.频率响应与通频带 放大电路的,2. 通频带,在中频区各种电容的影响均可以忽略不计,电压放大倍
3、数Au基本上不随信号频率而变化,保持常数。,在低频区,放大电路的耦合电容和发射极旁路电容的影响不可忽略,会使放大倍数下降;,在高频区,此时三极管的极间电容和接线电容的影响不可忽略,也会使放大倍数下降。,2. 通频带 在中频区各种电容的影响均可以忽,2. 通频带,在绘制频率响应曲线时,常常采用对数坐标。 幅频特性的纵坐标为 ,单位为分贝(dB)。 相频特性的纵坐标仍为,不取对数。这时得到的频率响应曲线称为对数频率响应或波特图。,在波特图中,放大器的下限频率fL和上限频率fH也就是中频电压增益下降3dB时所对应的两个频率。,2. 通频带 在绘制频率响应曲线时,常常采用对数坐标。,3.幅频失真和相频
4、失真,放大器不能使不同频率的信号得到同样的放大,使输出波形产生失真,这种失真称为频率失真,又称为线性失真 。,频率失真又包括幅度失真和相位失真。,幅度失真:是由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同 而引起输出波形产生的失真。,相位失真:是由于放大器对不同频率信号的相位移不同而 引起输出波形产生的失真。,3.幅频失真和相频失真 放大器不能使不同频率的信号,幅频失真和相频失真,幅频失真和相频失真,4.1.2 RC电路的频率响应,1. RC低通电路,时间常数H=R1C1,令,幅频响应:,相频响应:,4.1.2 RC电路的频率响应1. RC低通电路时间常数,(1)幅频响应:,当ffH 时,,当ffH
5、时,,两条直线的交点f H称为转折频率。,(1)幅频响应:当ffH 时, 随着,当ffH 时,,当ffH 时,,(2)相频响应:,当f = fH 时,,可以利用RC低通电路来模拟放大电路的高频响应。,当ffH 时, (2)相频响应: 当,则有:,放大电路的对数频率特性称为波特图。,(3) 低通电路的波特图,则有:放大电路的对数频率特性称为波特图。(3) 低通电路的波,对数幅频特性:,3dB,-20dB/十倍频,对数相频特性:,fH,10 fH,-45,5.71,5.71,-45/十倍频,-90,0.1 fH,在高频段,低通电路产生0 90的滞后相移。,(3)低通电路的波特图,对数幅频特性:0.
6、1 fHfH 10 fHf0-20-403,2. RC高通电路,时间常数L=R2C2,令,幅频响应:,相频响应:,2. RC高通电路时间常数L=R2C2,令幅频响应:相频响,(1)幅频响应:,当ffL 时,,当ffL 时,,(1)幅频响应:当ffL 时, 随着,当ffH 时,,当ffH 时,,(2)相频响应:,当f = fH 时,,可以利用RC高通电路来模拟放大电路的低频响应。,当ffH 时, (2)相频响应: 当,则有:,放大电路的对数频率特性称为波特图。,(3) 高通电路的波特图,则有:放大电路的对数频率特性称为波特图。(3) 高通电路的,对数幅频特性:,实际幅频特性曲线:,幅频特性,当
7、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。,3dB,最大误差为 3 dB,发生在 f = fL处,对数幅频特性: 实际幅频特性曲线:幅频特性当 f fL(,对数相频特性,图 5.1.3(a) 相频特性,5.71,-45/十倍频,误差,在低频段,高通电路产生 0 90 的超前相移。,5.71,对数相频特性图 5.1.3(a) 相频特性5.71-45,【小结】,(1)电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数,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
8、线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。,【小结】(1)电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数,4.2 晶体三极管的高频等效模型,4.2.1 高频混合型等效模型的引出,通常情况下,rce远大于c-e间所接的负载电阻,而rbc也远大于C的容抗,因而可认为rce和rbc开路。,4.2 晶体三极管的高频等效模型4.2.1 高频混合型,1.完整的混合 模型,高频时由于结电容的影响 和 ,已不能保持正比关系,所以用放射结上的电压 来控制集电极电流Ic,用电流源 来表示基极回路对集电极回路的控制作用。,1.完整的混合 模型高频时由于结电容的影响 和,gm为低频互导:,2.简化的混合 模型,gm为低频互
9、导:2.简化的混合 模型,4.2.2 混合型等效模型参数的获得,4.2.2 混合型等效模型参数的获得,【结论】 这样,混合型等效模型中,除C和C外的全部参数都可以通过H参数求出,C的数值可以从手册中查到,手册中提供的Cob值近似为C。而C值不能直接从手册中查到,可按下列公式计算式中fT是三极管的特征频率,可由手册直接给出。通常,例如,一个三极管的C=100pF,而C=3pF。 三极管的高频响应取决于混合型等效模型的参数gm、 rbc 、 rbe 、C和C。而这些参数又可用、rbe、fT和Cob来表示。因此,我们可以用、rbe、fT和Cob来衡量三极管的高频性能。 同时,通过上述分析可知,混合型
10、等效模型的参数不仅与静态工作点有关,还与温度有关。,【结论】,4.2.3 三极管的频率参数,1.共射极截止频率f,三极管的频率参数是用来描述管子对不同频率信号的放大能力。常用的频率参数有共射极截止频率f、特征频率fT、共基极截止频率f等。,4.2.3 三极管的频率参数1.共射极截止频率f三极管的,4.2.3 三极管的频率参数,1.共射极截止频率f,(截止频率),4.2.3 三极管的频率参数1.共射极截止频率f(截止频,其模值为,其模值为,共射接法交流短路电流放大系数的对数幅频特性与对数相频特性,对数幅频特性,fT,f,20lg 0,-20dB/十倍频,对数相频特性,10 f,0.1f,-45,
11、-90,对数幅频特性fTfOf20lg 0-20dB/十倍频f0,2. 特征频率fT,fT的典型数据约在1001000MHz之间。,2. 特征频率fT一般,故fT的典型数据约在1001000,3.共基极截止频率 f,利用与的关系可得:,令,可得:,3.共基极截止频率 f利用与的关系可得:令可得:,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 3 dB。,【几个频率的分析】,1.共射截止频率 f 值下,2.特征频率 f T,值降为 1 时的频率。,f fT 时,三极管失去放大作用;,f = fT
12、时,由式,得:,2.特征频率 f T 值降为 1,3.共基截止频率 f,值下降为低频 0 时 的 0.707 时的频率。,3.共基截止频率 f 值下降为低频 0 时 的 0.70,【f 与 f 、 fT 之间关系】:,因为,可得,【f 与 f 、 fT 之间关系】:因为可得,【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。,【说明:】所以:1. f 比 f 高很多,等于 f,4.3 场效应管的高频等效模型,与晶体管一样,场效应管的各电极之间也会存在极间电
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