放大电路的频率响应解读课件.ppt

1、4.5 放大电路的频率特性问题提出问题提出 前面所讲述的均以单一频率的正弦信号来研究，事实上信号的频率变化比较宽（例如声音信号、图象信号），对一个放大器，当Ui 一定时，f变化 Uo变化，即Au=Uo/Ui 变化，换句话说：Au与f有关。为什么Au与f有关呢？什么是频率响应？频率响应：指放大器对不同频率的正弦信号的稳态响应。其表示方法：Av(f)(f)其中 Av(f)为幅频响应、(f)为相频响应。vA&=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固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化

2、的规律。即=A&io/VV&f()相频特性是描绘输出信号与输入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信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即)(iofVVA&这些统称放大电路的频率响应。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

3、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，研究频率响应实际上是研究电抗元件的存在，对放大器放大倍数的影响。当当f低时，主要是耦合电容、旁路电容起作用。低时，主要是耦合电容、旁路电容起作用。当当f高时，主要是高时，主要是PN结电容起作用。结电容起作用。补充：RC电路的频率响应 RC低通电路 RC高通电路RC低通电路 RC低通电路如图所示。2H)(11ffAv ffRC012H a

4、rctg(Hff)式中011RC。vA&的模、上限截止频率和相角分别为 RC+-io.VVRC低通电路低通电路其电压放大倍数(传递函数)为RCCRCAu j11j1j1&由以上公式可做出如图所示的RC低通电路的近似频率特性曲线：2H)(11ffAvarctg(Hff)RC低通电路的频率特性曲线fO|Au|10.707O45 90 fHf 0 1 ,0 ；时时uAf 45 0.707 21 H；时时，uAff 90 0 H ；时时，uAffRC低通电路的频率特性曲线低通电路的频率特性曲线波特图波特图 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

5、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波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。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-20dB/dec。在 处的误差最大，有3dB。ffH f=fH fH fH f=fH fH)arctg(90LoffRC高通电路RCff21L02LL)(1/ffffAvL11RC。式中 下限截止频率、模和相角分别为 其电压放大倍数 为：vA&RC高通电路如图所示。RC 高通电路 RCCRRUUAu 1/j11 j/1 io LL j1 jffff 由此可

6、做出如图所示的RC高通电路的近似频率特性曲线。2LL)(1/ffffAv)arctg(90Lofff 10 fL20lg|Au|=0 dB 0 f=fL20lg|Au|=20lg0.7071=3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au|=20lg f/fL 90 RC高通电路的近似频率特性曲线波特图波特图小结小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间路的时间 常数，即决定了常数，即决定了fL和和fH。（2）当信号频率等于）当信号频率等于fL或或fH放大电路的增益放大电路的增益下降下降3dB，且产生，且产生+450或或-450相移。相移。（3 3）近似分

7、析中，可以用折线化的近似波）近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。特图表示放大电路的频率特性。4.5.2晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型1.晶体三极管的混合晶体三极管的混合 型等效电路型等效电路混合混合模型模型 这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。eb.mVg.b0I(a)晶体管的结构示意图晶体管的结构示意图ebU2、简化的、简化的混合混合 模模型型通常情况下，通常情况下，rce远大于远大于c-e间所接的负载间所接的负载电阻，而电阻，而rb/c也远大于也远大于C的容抗，因而可的容抗，因而可认为认为rce和和rb/c开路。开路。(b)混

8、合混合 模模型型ebU混合混合 模模型的型的简化简化(a)简化的简化的混合混合 模模型型C跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将常将C等效在输入回路和输出回路，称为等效在输入回路和输出回路，称为单向化单向化。单向单向化靠等效变换实现。化靠等效变换实现。简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (b)单向化后的混合单向化后的混合 模模型型简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (C)忽略忽略C的混合的混合 模模型型因为因为C ，且一般情况下。，且一般情况下。的容抗远大于集电的容抗远大于集电极总负载电阻极总负载电阻R，中的电流可忽略不计，

9、得简化模型中的电流可忽略不计，得简化模型图（图（C）。）。Cu/Cu/Cu/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 0bcceVII&的等效电路 V.ce 00.ceV 是指在VCE一定的条件下,在等效电路中可将CE间交流短路，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)(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrg&e bmc be be bmce be bb)(+)/1(VgCjVVgICCjrVI&由此可做出的幅频特性和相频特性曲线，如图所示。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fT，且有fT0f 当

10、20lg下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率)(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrg&4.5.3 共发射极接法放大电路的频率特性 频率响应的基本分析方法（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、频率响应特性用对数描写，幅度以分贝为单位，相位以度为单位。单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应中频段：中频段：各种电各种电抗影响忽略，抗影响忽略，Au 与与 f 无关；无关；低频段：隔直隔直电容压降增大，电容压降增大，Au 降低。与电路中电阻降低。与电路中电阻构成构成 RC 高通电路；高通电路；高频段

11、：三极管极间电容并联在电路中，三极管极间电容并联在电路中，Au 降低。降低。而且，构成而且，构成 RC 低通电路。低通电路。C1Rb+VCCC2Rc+Rs+SU&OU&iU&+单管共射放大电路单管共射放大电路 结电容及耦合电容结电容及耦合电容C在不同的频率信号输在不同的频率信号输入下有不同的作用。入下有不同的作用。)(LmbeebsiisousmRgrrRRRUUA&结论：结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化中频电压放大倍数的表达式，与利用简化 h 参数等效电路的分析结果一致。参数等效电路的分析结果一致。1LuslusmLfjfAAfjf&C)RR(21fLcL三极管的极间电容可视为开路

12、，耦合电容三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C不能忽略不能忽略。HusmushffjAA11&12/(/)(1)HsbbebbmLufRCRrrRRCCg RC三极管的极间电容不能忽略，耦合电容三极管的极间电容不能忽略，耦合电容C视为短路视为短路。)ffj1)(ffj1(ffjAAHLLusmus&C)RR(21fLcL12/(/)(1)HsbbebbmLufRCRrrRRCCg RC)(LmbeebsiisousmRgrrRRRUUA&（1）通频带：）通频带：（2 2）带宽）带宽-增益积：增益积：fbwAum三极管一旦确定，三极管一旦确定，频频带宽增益积基带宽增益积基本为常数本为常数HLH

13、bwffff5 两个频率响应指标：两个频率响应指标：obsbbHusmbwusmCRrfAfA)(21（1 1）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应，条件是得到它的频率响应，条件是 。A.A.输入电压幅值不变，改变频率输入电压幅值不变，改变频率 B.B.输入电压频率不变，改变幅值输入电压频率不变，改变幅值 C.C.输入电压的幅值与频率同时变化输入电压的幅值与频率同时变化 （2 2）放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是）放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是()()，而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是，

14、而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是()()。A.A.耦合电容和旁路电容的存在耦合电容和旁路电容的存在 B.B.半导体管极间电容和分布电容的存在。半导体管极间电容和分布电容的存在。C.C.半导体管的非线性特性半导体管的非线性特性 D.D.放大电路的静态工作点不合适放大电路的静态工作点不合适（3）当信号频率等于放大电路的fL 或fH时，放大倍数的值约下降到中频时的()。A.0.5倍 B.0.7倍 C.0.9倍 即增益下降()。A.3dB B.4dB C.5dB（4）对于单管共射放大电路，当f fL时，与 相位关系是()。A.45 B.90 C.135 当f fH时，与 的相位关系是()。A.45 B.135 C.225 解：解：（1）A （2）B，A （3）B A （4）C C