频率特性课件.pptx

1、 频率特性是放大电路的一项重要特性，它是用频率特性是放大电路的一项重要特性，它是用来衡量一个放大电路对不同输入信号频率的适应程来衡量一个放大电路对不同输入信号频率的适应程度。度。例如：一个音频放大器（收音机）的频率范例如：一个音频放大器（收音机）的频率范围若小于人耳的频率响应（围若小于人耳的频率响应（15HZ)15HZ)，则该放大器是不，则该放大器是不合格的。若放大器的频率范围远大于合格的。若放大器的频率范围远大于15kHZ15kHZ，则放大，则放大器中的噪声会被放大，使音质变差。音频放大器频器中的噪声会被放大，使音质变差。音频放大器频率范围一般为率范围一般为2020HZ-20kHZ.HZ-2

2、0kHZ.而有时又需要放大频率范围大于几而有时又需要放大频率范围大于几MHZ,MHZ,甚至甚至几十几十MHZMHZ的宽频带放大电路（如视频信号放大器）的宽频带放大电路（如视频信号放大器）6.1 6.1 频率响应的基本概念和基本表示方法频率响应的基本概念和基本表示方法6.2 6.2 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应6.3 6.3 多级放大电路的频率相应多级放大电路的频率相应6.4 6.4 负反馈放大电路的稳定问题负反馈放大电路的稳定问题返回返回6.1 频率响应的基本概念和基本表示方法频率响应的基本概念和基本表示方法1 1 频率响应和通频带频率响应和通频带2 2 幅度失真和相位失真幅度

3、失真和相位失真4 4 波特图波特图返回返回3 3 阻容耦合放大电路的等效电路阻容耦合放大电路的等效电路放大电路频率特性就是指电压放大倍数与频率的关系，即：放大电路频率特性就是指电压放大倍数与频率的关系，即：幅频特性是描绘放大倍数的幅度随频率变化幅频特性是描绘放大倍数的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化的规律。即)(fFAv 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幅频特性幅频特性相频特性相频特性NoImage)(fFAV由于电压放大倍数是矢量，故包含两个内容：电压放大倍数的模由于电

4、压放大倍数是矢量，故包含两个内容：电压放大倍数的模与频率的关系，称为与频率的关系，称为幅频特性幅频特性;电压放大倍数的相位与频率的关系，电压放大倍数的相位与频率的关系，称为称为相频特性相频特性1 1 频率响应和通频带频率响应和通频带通频带通频带BW=fH-fL上限频率上限频率下限频率下限频率阻容耦合放大电路的幅频特性曲线阻容耦合放大电路的幅频特性曲线返回返回放大电路对不同频率成分信号的相移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。为相位频率失真，简称相频失真。(动画5-1)2 2 幅度失真和相位失真幅度失真和相

5、位失真幅度失真幅度失真因放大电路对不同频率成分信号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，简称生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真或幅度失真。幅频失真或幅度失真。相位失真相位失真幅频失真和相频失真都是线性失真。幅频失真和相频失真都是线性失真。1.1.放大电路中存在电抗性元件，放大电路中存在电抗性元件，例如例如 耦合电容、旁路电容、分布电容、耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等变压器、分布电感等 2.2.三极管的三极管的()是频率的函数。是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小在研究频率特性时，三极管的低频

6、小信号模型不再适用，而要采用高频小信号信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。模型。产生频率失真的原因是产生频率失真的原因是:返回返回由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。例1：阻容耦合单级共射极放大电路（无射极旁路电容）的频率特性，引入线性深负反馈网络后判断该电路会不会自激？纵坐标仍用原来的值度（。CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。判断负反馈放大电路自激的方法:高频混合型小信号模型电路1时，电路自激，减小F为0.在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。和无射极电阻的共射放大电路的高频响应一样1

7、三极管混合型高频小信号等效电路2 单级放大电路的频率响应4 负反馈放大电路的稳定问题一般负反馈放大电路要求幅度裕量m大于等于45o，总的上限频率近似等于该级的上限频率。其电压放大倍数(传递函数)为从物理概念可以解释随着频率的增高,001，幅频特性下移20dB，则电路不再自激为减小补偿电容的容量,可利用密勒效应,将补偿电容(补偿电容与电阻串联)跨接在放大电路的输入端和输出端.电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，改变AF的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起振条件4 负反馈放大电路的稳定问题返回返回3 阻容耦合放大电路的等效电路阻容耦合放大电路的等效电路阻容耦合放大电路的中的电容大小有

8、很大差别阻容耦合放大电路的中的电容大小有很大差别,耦合电容和旁路电耦合电容和旁路电容值很大容值很大,而杂散电容和三极管结电容值很小而杂散电容和三极管结电容值很小,因此上面两种电容对因此上面两种电容对不同频率有不同的等效电路不同频率有不同的等效电路,分别等效为低频、中频、高频三种电分别等效为低频、中频、高频三种电路路中频等效电路中频等效电路对于中频信号，耦合电容和旁路电容视为短路，杂散电容和三极对于中频信号，耦合电容和旁路电容视为短路，杂散电容和三极管结电容视为开路。管结电容视为开路。低频等效电路低频等效电路对于低频信号，耦合电容和旁路电容不能视为短路，因此它们必对于低频信号，耦合电容和旁路电容

9、不能视为短路，因此它们必须包含在等效电路中。而杂散电容和三极管结电容仍可视为开路。须包含在等效电路中。而杂散电容和三极管结电容仍可视为开路。高频等效电路高频等效电路对于高频信号，耦合电容和旁路电容仍可视为短路，但杂散电容对于高频信号，耦合电容和旁路电容仍可视为短路，但杂散电容和三极管结电容不能视为开路，因此它们必须包含在等效电路中。和三极管结电容不能视为开路，因此它们必须包含在等效电路中。4 4 波特图波特图波特图是频率特性的一种画法，在电子技术领域输入信波特图是频率特性的一种画法，在电子技术领域输入信号频率的变化范围很大，为了把大范围的频率在一张图号频率的变化范围很大，为了把大范围的频率在一

10、张图上表示出来，提出用对数坐标系，作图时采用折线的近上表示出来，提出用对数坐标系，作图时采用折线的近似画法来画频率特性图，这种频率特性图称为波特图似画法来画频率特性图，这种频率特性图称为波特图幅频特性幅频特性横坐标采用对数刻度，故每十倍频率在坐标横坐标采用对数刻度，故每十倍频率在坐标轴上的长度是相等的，称十倍频程轴上的长度是相等的，称十倍频程纵坐标用对数刻度，单位为分贝（纵坐标用对数刻度，单位为分贝（dBdB）|lg20VA相频特性相频特性横坐标采用对数刻度横坐标采用对数刻度纵坐标仍用原来的值纵坐标仍用原来的值度（度（。）例1：RC低通电路 RC低通电路如图低通电路如图 式中011RC。vA的

11、模、上限截止频率和相角分别为0ioj11j11RCVVvA=RC+-io.VV其其电压放大倍数电压放大倍数(传递函数传递函数)为为波特图画法举例波特图画法举例 由表达式画出幅频和相频的由表达式画出幅频和相频的波特图波特图 2H)(11ffAv arctg(Hff)lgflgf 幅频特性的幅频特性的X轴和轴和Y轴都轴都是采用对数坐标是采用对数坐标,fH称为称为上限截止频率。当上限截止频率。当ffH时，时，幅频特性将以十倍频幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成的斜率下降，或写成-20dB/dec。在在f=fH 处的误处的误差最大，有差最大，有3dB。fH fH f=fH 当当 时，相频特性

12、将滞后时，相频特性将滞后45，并具有，并具有 -45/dec的斜率。在的斜率。在0.1 和和10 处与实际的相频处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为特性有最大的误差，其值分别为+5.7和和5.7。这种折线化画出的频率特性曲线称为这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图波特图，是是分析放大电路频率响应的重要手段。分析放大电路频率响应的重要手段。)arctg(90Loff 其电压放大倍数其电压放大倍数 为：为：vARCff21L02LL)(1/ffffAvLLLLio/j1/j/j1/jffffVVvA=L11RC。式中式中 下限截止频率、模和相角分别为下限截止频率、模和相角分别为 RC高通电

13、路如图高通电路如图 由此可做出如图所示的由此可做出如图所示的RC高高通电路的波特图。通电路的波特图。2LL)(1/ffffAv)arctg(90Loff返回返回1 三极管混合三极管混合型高频小信号等效电路型高频小信号等效电路2 2 单级共射放大电路的频率响应单级共射放大电路的频率响应返回返回1 三极管混合三极管混合型高频小信号等效电路型高频小信号等效电路（1 1）物理模型物理模型（3 3）用用 代替代替eb.mVg.bI（4 4）单向化单向化返回返回（5 5）简化的混合简化的混合型等效电路型等效电路 混合混合型高频小信号模型是通过三极管的物理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

14、管的物理结构如图模型而建立的，三极管的物理结构如图r rbebe-r re e归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 -发射结电容，也用发射结电容，也用C C 这一符号这一符号Cbe-集电结电阻集电结电阻rbc -集电结电容，也用集电结电容，也用C 这一符号这一符号 Cbc（1 1）物理模型）物理模型 -发射结电阻发射结电阻 re r rbbbb-基区的体电阻，基区的体电阻，bb是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。返回返回 从物理概念可以解释随着频率的增高从物理概念可以解释随着频率的增高,将下降。因为将下降。因为 0bcceVII图05.09 的等效电路 V.ce 00.ceV

15、是指在是指在直流直流VCE一定的条件一定的条件下下,在等效电路中可在等效电路中可将将CE间间交流短路，交流短路，于是可作出右图的于是可作出右图的等效电路。等效电路。生失真，称为幅度频率失真，简称001，幅频特性下移20dB，则电路不再自激为了改善通频带变窄的程度，利用RC校正网络代替电容校正网络rbe-re归算到基极回路的电阻根据这一物理模型可以画出混合型高频小信号模型，如下图所示。由表达式画出幅频和相频的波特图由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。1时，电路自激，减小F为0.高频段，耦合电容和旁路电容可视为短路，杂散电容和结电容不可看成开路由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。2 负

16、反馈放大电路的判断方法（5）简化的混合型等效电路生失真，称为幅度频率失真，简称(2)有直流射极电阻及其旁路电容的共射放大电路的频率响应1 三极管混合型高频小信号等效电路CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。这是在学习这部分内容时要特别注意的。rbe-re归算到基极回路的电阻2 负反馈放大电路的判断方法若改变负反馈放大电路在环路增益为0dB点的相位，使之超前，也能破坏自激振荡条件，使f0fc这是在学习这部分内容时要特别注意的。可由下式推出可由下式推出)(211)(1cbebeb0cbebebebmCCrfffjCCrjrge bmc be be b

17、mce be bb)(+)/1(VgCjVVgICCjrVI0=gmrbe为低频时的为低频时的|lgf 0 返回返回高频混合高频混合型小信号模型电路型小信号模型电路（3 3）用）用 代替代替eb.mVg.bIbebmCIVgI0ebmrg00 0为中、低频段三极管的电流放大系数，与频率无关为中、低频段三极管的电流放大系数，与频率无关 这一模型中用这一模型中用gm vbe代替代替 ib0，这是因为，这是因为本身与频率有关，而本身与频率有关，而gm=0/rbe 。0 0和和r rb be e均与频率无关，因此均与频率无关，因此g gm m与频率无关。与频率无关。高频混合高频混合型小信号模型电路型小

18、信号模型电路若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。g gm m称为跨导，还可写成称为跨导，还可写成TEee00eb0m1)1(VIrrrg返回返回在在型小信号模型中，因存在型小信号模型中，因存在Cbc 和和rbc,对求解不便，可对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，很大，可以忽略，只剩下只剩下Cbc。可以将可以将Cbc等效为输入侧和输出侧两个电容等效为输入侧和输出侧两个电容，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。（4 4）单向化）单向化输入侧cbcecbebebcbebCjvv

19、Cjviii111由上图，有由上图，有)1()(cbebcecbebebCvvCCvj由下图，有由下图，有)(11CCjviebeb)2()(ebebvCCj由（由（1）式）式=（2）式，得）式，得ebebceCvvC)1(cecbmcervgv有cbcemCrgC)1(由于由于C 1.AF|1.判断负反馈放大电路自激的方法判断负反馈放大电路自激的方法:利用利用AFAF的波特图来进行判断的波特图来进行判断dBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf在在AFAF的波特图中，的波特图中，设设AFAF的相位为的相位为-180-1800 0时所对应的频率时所对应的频率为为f

20、 f0 0，20lg|20lg|AF|=0AF|=0时所时所对应的频率为对应的频率为f fc c，则自激时，若当0|lg200FAff，则自激时，若当180FAff时，电路自激当ff 03dBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf不自激举例不自激举例返回返回3 3 负反馈放大电路的稳定裕量负反馈放大电路的稳定裕量当负反馈放大电路不自激时，设当负反馈放大电路不自激时，设计负反馈放大电路时，要保证电计负反馈放大电路时，要保证电路在环境温度、电路参数、电源路在环境温度、电路参数、电源电压产生波动时仍能稳定，故要电压产生波动时仍能稳定，故要求设计电路时不仅仅只满足稳定求设

21、计电路时不仅仅只满足稳定条件，而且应有一定的裕量。条件，而且应有一定的裕量。dBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf（1 1）幅度裕量）幅度裕量Gm幅度裕量指幅度裕量指f=f0时，时，20lg|AF|的值的值0|lg20ffmFAG一般负反馈放大电路要求幅度裕一般负反馈放大电路要求幅度裕量量Gm小于等于小于等于-10dB-10dBdBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf（2 2）相位度裕量）相位度裕量m幅度裕量指幅度裕量指f=fC时，时，(180(1800 0-AF)的的值值FAm180一般负反馈放大电路要求幅度裕一般负反馈放大电

22、路要求幅度裕量量m大于等于大于等于4545o o返回返回4 4 负反馈放大电路的常用的校正措施负反馈放大电路的常用的校正措施(1)(1)减小反馈系数减小反馈系数F F或减或减小反馈深度小反馈深度|1+|1+AF|AF|的值，的值，使相位移使相位移AF=1800 时，时，|AF|1.AF|1.dBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcfcf1.0|F001.0|F例：反馈系数例：反馈系数F=0.1F=0.1时，电时，电路自激，减小路自激，减小F F为为0.0010.001，幅，幅频特性下移频特性下移2020dBdB，则电路不，则电路不再自激再自激缺点：反馈深度下降，不

23、利缺点：反馈深度下降，不利于放大电路其它性能的改善。于放大电路其它性能的改善。实际电路中常采用接电容和实际电路中常采用接电容和RCRC网络网络进行校正，消除自激振荡。进行校正，消除自激振荡。（2 2）电容补偿校正）电容补偿校正 电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，改变改变AFAF的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起振条件振条件例如在放大电路的第一级输出端加一大电容例如在放大电路的第一级输出端加一大电容C CBR1CR2ER2CR3ER3CRCCVivovC+-+-+-Civ 例：设例：设F=-0

24、.1,F=-0.1,三级放大三级放大电路的放大倍数为电路的放大倍数为)101)(11)(1.01(104fjfjfjA 要使放大电路有要使放大电路有-20-20dBdB的的幅度裕量，下限频率应为幅度裕量，下限频率应为多少？多少？解：0204060-200 0.0 01 10 0.1 11 11 10 01 10 00 0-40dB/dec-60dB/decf/MHZdBFA/|lg20-40-600-900 0.0 01 10 0.1 111 10 01 10 00 0-45/dec-90/decf/MHZFA-180-270-20dB/dec-45/dec0 0.0 00 01 10 0.0

25、 00 01 1画出AF的频率特性)101)(11)(1.01(103fjfjfjFA001.01LLff适当选取C,使电容校正的缺点电容校正的缺点 使放大电路的通频带大大变窄使放大电路的通频带大大变窄 电容容值大电容容值大电容校正是将放大电路的主极点频率降低电容校正是将放大电路的主极点频率降低,以以破坏自激振荡破坏自激振荡,所以又叫主极点校正所以又叫主极点校正.（3）RC补偿补偿校正校正为了改善通频带变为了改善通频带变窄的程度，利用窄的程度，利用RC校正网络代校正网络代替电容校正网络替电容校正网络BR1CR2ER2CRCCVivovCR校正网络应加在时间常数最大的那一级，即极点频率最低的放大

26、校正网络应加在时间常数最大的那一级，即极点频率最低的放大级，通常可接在前级输出电阻和后级输入电阻都比较高的地方。级，通常可接在前级输出电阻和后级输入电阻都比较高的地方。返回返回 为减小补偿电容的容量为减小补偿电容的容量,可利用密勒效应可利用密勒效应,将将补偿电容补偿电容(补偿电容与电阻串联补偿电容与电阻串联)跨接在放大电路跨接在放大电路的输入端和输出端的输入端和输出端.（4）密勒电容补偿密勒电容补偿校正校正+-+-+-Civ（5）超前补偿超前补偿校正校正若改变负反馈放大电路在若改变负反馈放大电路在环路增益为环路增益为0dB点的相位，点的相位，使之超前，也能破坏自激使之超前，也能破坏自激振荡条件

27、，使振荡条件，使f0fcdBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf这种补偿方法称为超这种补偿方法称为超前补偿法，通常将补前补偿法，通常将补偿电容加在负反馈回偿电容加在负反馈回路中，如图路中，如图+-Civov2R1R小结1 综上所述，无论前面介绍的哪种补偿方法都综上所述，无论前面介绍的哪种补偿方法都会使带宽减小，对带宽影响最小的是超前补偿，会使带宽减小，对带宽影响最小的是超前补偿，对带宽影响最大的是电容补偿。对带宽影响最大的是电容补偿。2 理解消除自己振荡的基本思路以及不同方法理解消除自己振荡的基本思路以及不同方法的特点，要比计算具体补偿元件的参数重要得的特点，要

28、比计算具体补偿元件的参数重要得多，因为计算可以借助计算机软件获得结果，多，因为计算可以借助计算机软件获得结果，而在很多情况下，则需要在明确的思路指导下，而在很多情况下，则需要在明确的思路指导下，通过实验才能获得理想的效果。这是在学习这通过实验才能获得理想的效果。这是在学习这部分内容时要特别注意的。部分内容时要特别注意的。第第6 6章章 结束结束返回返回6.1 6.1 频率响应的基本概念和基本表示方法频率响应的基本概念和基本表示方法6.2 6.2 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应6.3 6.3 多级放大电路的频率相应多级放大电路的频率相应6.4 6.4 负反馈放大电路的稳定问题负反馈

29、放大电路的稳定问题返回返回例1：RC低通电路 RC低通电路如图低通电路如图 式中011RC。vA的模、上限截止频率和相角分别为0ioj11j11RCVVvA=RC+-io.VV其其电压放大倍数电压放大倍数(传递函数传递函数)为为波特图画法举例波特图画法举例输入侧cbcecbebebcbebCjvvCjviii111由上图，有由上图，有)1()(cbebcecbebebCvvCCvj由下图，有由下图，有)(11CCjviebeb)2()(ebebvCCj由（由（1）式）式=（2）式，得）式，得ebebceCvvC)1(cecbmcervgv有cbcemCrgC)1(由于由于C C,C 的容的容抗

30、远大于抗远大于rce,可忽略可忽略C 要使放大电路有-20dB的幅度裕量，下限频率应为多少？阻容耦合放大电路的幅频特性曲线由于C C,C的容抗远大于rce,可忽略C1时，电路自激，减小F为0.(2)有直流射极电阻及其旁路电容的共射放大电路的频率响应1时，电路自激，减小F为0.变压器、分布电感等例如在放大电路的第一级输出端加一大电容C幅频失真和相频失真都是线性失真。而杂散电容和三极管结电容仍可视为开路。生失真，称为幅度频率失真，简称为减小补偿电容的容量,可利用密勒效应,将补偿电容(补偿电容与电阻串联)跨接在放大电路的输入端和输出端.（2）电流放大系数的频响幅度裕量指f=fC时，(1800-AF)

31、的值CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。和无射极电阻的共射放大电路的高频响应一样001，幅频特性下移20dB，则电路不再自激一般负反馈放大电路要求幅度裕量m大于等于45o由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。2 单级共射放大电路的频率响应产生频率失真的原因是:4 4 完整的表达式和波特图完整的表达式和波特图)1)(1(ffjffjAALHvsmvs返回返回dBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf（2 2）相位度裕量）相位度裕量m幅度裕量指幅度裕量指f=fC时，时，(180(1800 0-AF)的的值值FAm1

32、80一般负反馈放大电路要求幅度裕一般负反馈放大电路要求幅度裕量量m大于等于大于等于4545o o返回返回（2 2）电容补偿校正）电容补偿校正 电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，电容校正是指在放大电路中的某一位置接入大电容，改变改变AFAF的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起的幅频特性的高频特性，从而破坏高频段的起振条件振条件例如在放大电路的第一级输出端加一大电容例如在放大电路的第一级输出端加一大电容C CBR1CR2ER2CR3ER3CRCCVivovC+-+-+-Civ（5）超前补偿超前补偿校正校正若改变负反馈放大电路在若改变负反馈放大电路在环路增益为环路增益为0dB点的相位，点的相位，使之超前，也能破坏自激使之超前，也能破坏自激振荡条件，使振荡条件，使f0fcdBFA/|lg20lgf6040200FAlgf1800f0fcfcf这种补偿方法称为超这种补偿方法称为超前补偿法，通常将补前补偿法，通常将补偿电容加在负反馈回偿电容加在负反馈回路中，如图路中，如图+-Civov2R1R第第6 6章章 结束结束返回返回