5章放大电路的频率特性(精)

模拟电子技术5.1放大电路的频率特性第5章放大电路的频率特性5.2多级放大器的频率特性小结模拟电子技术5.1放大电路的频率特性5.1.2晶体管以及其单级放大电路的频率特性5.1.3集成运算放大器高频参数及其影响5.1.1放大电路频率特性的基本概念模拟电子技术5.1.1放大电路频率特性的基本概念RsUs+-Uo+-模拟电子技术fOAum1.频率特性)()(ffAAuuAu(f)—幅频特性(f)—相频特性0.707AumfOAufL—下限截止频率fH—上限截止频率2.频带宽度(带宽)BW(BandWidth)BW=fH-fLfHfLfH模拟电子技术3．频率失真幅频失真:通频带不够宽，而输入信号的频谱分布又很广，那么输入信号的不同频率成分，就会得不到同倍数的放大，输出波形就会产生失真放大倍数模的不同所造成的失真.相频失真:附加相移不同而造成的失真两种失真总称频率失真电路中由于线性的电抗元件，引起的频率失真，叫做线性失真。模拟电子技术4.研究频率响应的方法(1).三个频段的划分1).中频区(段)特点:Aus与f无关与f无关原因:不考虑电路中电容的影响2).低频区(段)模拟电子技术特点:Aus与f有关(f下降Aus也下降,与频率有关)原因:由于C1和C2的存在在频率比较低时电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降.所以Aus下降模拟电子技术3).高频区(段)特点:Aus与f有关(f增大Aus下降,与f有关)原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起模拟电子技术(2).研究方法分频区用等效电路法分析计算1).中频区前边已经讲过用H参数微变等效电路分析计算2).低频区用中频区的等效电路并把C1和C2的影响考虑进去,画出等效电路,进行分析计算3).高频区晶体管的H参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以首先介绍晶体管的高频小信号模型.模拟电子技术5.单时间常数RC电路的频率特性(1)．RC低通电路++__CRUo.Ui.RCjCjRCjUUA1111iouRCf212HHHHu1111ffjjA模拟电子技术-)arctan()(11H2HuffffA--)arctan()(1lg20lg20H2HuffffAf(Hz)φ0-5.7º-45º-84.3º-90º100fH10fHfH0.1fH0.01fHf(Hz)20lg|Au|(dB).0-3-20-40fH0.1fH0.01fH10fH100fH-20dB/十倍频模拟电子技术(2)．RC高通电路++__CRUo.Ui.RCjRCjCjRRUUA11iouRCf212LLffjffjffjjjALLLLLu1111-模拟电子技术-)arctan()(1lg20lg20L2LuffffAf(Hz)20lg|Au|(dB).0-3-20-40fL0.1fL0.01fL10fL100fL+20dB/十倍频f(Hz)φ05.7º45º84.3º90º100fL10fLfL0.1fL0.01fL45º/十倍频模拟电子技术(3).时间常数的估算1）单个电容多个电阻ui-uo+CR1+-R2R3R4CRRRRRC)]////([21342）单个电阻多个电容ui-uo+C1+-RC2)(21CCRRC模拟电子技术3）多个电阻多个电容ui-uo+C1+-C2R1R2))(//(2121CCRRRC模拟电子技术5.1.2晶体管的高频物理模型---混合∏等效电路1.混合∏等效电路的引出用晶体管物理模型引出NNP基极B集电极C发射结集电结—基区—集电区base发射极E模拟电子技术BEBCrbbrberbcCbcCbe模拟电子技术rbb---基区电阻几欧—几百欧rbe---发射极电阻与工作点Q有关rbc---集电极电阻一般在几兆以上,可以看作无穷大rc和re可以忽略不计Cbc---集电结电容可以用C来表示Cbc---发射结电容可以用C来表示rce---输出电阻一般在几百K以上,可以看作∞模拟电子技术gmUbe---发射结电压控制集电结电流gm---跨导cbe2.混合参数和H参数的关系模拟电子技术2626(1)bebbbebeEQCQbbbeberrrrIIrrr-/bmbembebebbeIgUgrUIr模拟电子技术3.混合∏等效电路的简化1/(2)mLmTCCKCKgRCgf其中模拟电子技术4.与频率f的关系=0.7070f—共发射极截止频率fT—特征频率=1可求得：)(21CbebebCCrffCCgf0cbebmT)(2同样可求得：)(21cbebeCCrff)1(0可见：fffTffo0.707o1fTO模拟电子技术5.1.3晶体管基本放大电路的频率响应1.画出全频段的微变等效电路+VCC+--+C2C1VTRBRLRCUi.Uo.rberbb′gmUb'e.Cπ′C2RBRCRLUi.Uo.+_+_模拟电子技术2.中频区的频率响应f≤fHf＞fL(1).微变等效电路C1看作短路C∏’看作开路(2).写出Ausm的表达式rberbb′gmUb'e.RBRCRLUi.Uo.+_+_ieb'bb'eb'eb'UrrrU)//(LCeb'moRRUgU-eb'bb'eb'LCmioum)//(rrrRRgUUA-模拟电子技术(3).写出表达式的模和相位3.高频区的频率响应f＞fH(1).微变等效电路C1看作短路-180])//(lg[20lg20eb'bb'eb'LCmumrrrRRgA模拟电子技术(2).写出表达式rberbb′gmUb'e.Cπ′RBRCRLUi.Uo.+_+_)//(LCeb'moRRUgU-'πeb'bb''πeb'LCmiouh1//)1//)(//(CjrrCjrRRgUUA-)1//(1//'πeb'bb''πeb'eb'iCjrrCjrUU模拟电子技术eb'bb'eb'bb''πeb'bb'eb'LCm11)//(rrrrCjrrrRRg-=)//(1eb'bb''πumrrCjA-='πeb'bb'H)//(21Crrf模拟电子技术(3).写出表达式的模和相位HumuH1ffjAA---)(180])(1lg[10||lg20||lg20H2HumuhffarctgffAA模拟电子技术4.低频区的频率响应f≤fL(1).微变等效电路C∏’看作开路(2).写出表达式rb'erbb′gmUb'e.C2RBRCRLUi.Uo.+_+_C1RBUi.+_C1C2RCRLUo.+_Uo.'+_模拟电子技术1eb'bb'B1i1)]//([CrrRCR2LC2)(CRR2LCL21eb'bb'BL1)(21)]//([21CRRfCrrRf模拟电子技术o2LCLo1UCjRRRUeb'eb'eb'bb'iUrrrU2LCeb'bb'eb'LCmioul)(111)//(CRRjrrrRRgUUA--ffjAALumul1-模拟电子技术(3).写出表达式的模和相位--)(180])(1lg[10||lg20||lg20L2LumuHffarctgffAA模拟电子技术5.波特图的画法(1).坐标轴的选择1).幅频响应纵轴用分贝横轴用对数表示的频率2).相频响应纵轴用度横轴用对数表示的频率(2).中频区的画法设:(3).高频区的画法(4).低频区的画法100LfHZ610HfHZ100usmA180-模拟电子技术将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整的频率特性（波特）图。共射电路完整波特图实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即(5).完整的单管共射电路频率响应模拟电子技术)1)(1(HLumuffjffjAA-模拟电子技术，H由上图可看出，画单管共射放大电路的频率特性时，关键在于算出下限和上限截止频率LfHf和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间数，由图可知：，其中，而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的时间常数；由图可知：，L1CRRisLebbbBirrRR'CRH模拟电子技术其中因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等效电路，算出输入回路的时间常数和，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。HHf21HL对数幅频特性：在到之间，是一条水平直线；在时，是一条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一LfHfusmusAAlg20lg20LffHff模拟电子技术条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路的通频带。HffLHBWfff-相频特性：在时，；在时，；HLfff1.010180-Lff1.090-在时，；Hff10270-模拟电子技术而在f从到以及从到的范围内，相频特性都是斜率为十倍频程的直线。/45-前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大误差为3dB，相频特性的最大误差为，都出现在线段转折处。71.5模拟电子技术如果同时考虑耦合电容和，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率1C2C1121CRRfiSL2221CRRfLCL这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折频率。如果二者之间的比值在4~5倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。模拟电子技术否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图的画法要复杂一些。如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极电阻和旁路电容，而且的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，由于在射极电路里，射极电流是基极电流ERECECECECeI模拟电子技术bI的1倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此往往是决定低频响应的主要因素。EC模拟电子技术5.1.4放大电路频率的改善和增益带宽积1.对放大电路频率响应的要求只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”频率响应的要求是：放大电路的要低于输入信号中的最低频率分量要高于输入信号中的最高频率分量LfHf模拟电子技术2.对放大电路频率响应的改善（1）.减小改善低频响应方法：加大C1、C2和Ce或采用直接耦合Lf（2）.增大改善高频响应方法：减小C、C或采用高频管Hf（3）.引入负反馈3.放大电路的增益带宽积πeb'bb'eb'bb'eb'LmHum)//(21||CrrrrrRgfAGBP模拟电子技术12usmHsbbAfRrC]1([2μLmπbb'LmCRgCrRgμLmππ)1(CRgCCμLmπ)1(CRgC1LmRgμbb'21CrGBP模拟电子技术结论•当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果同频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数•为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高，则应选和都很小的高频管Cbbr模拟电子技术一、小信号频率参数f/Hz20lgAud(f)/dBfHOfT01.开环带宽BWBW=fH4.1.5集成运