模拟电子技术基础-第4章三极管基本放大电路3.7

模拟电子技术——电子技术基础精品课程第三章半导体三极管及放大电路武汉理工大学信息工程学院电子技术基础课程组上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3半导体三极管及放大电路•3.1半导体BJT•3.2共射极放大电路•3.3估算法与图解分析法•3.4小信号模型分析法•3.5放大电路的工作点稳定问题•3.6共集电极电路和共基极电路•3.7放大电路的频率响应上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性本节要求1.熟悉频率特性基本概念：上限频率、下限频率及通频带2.掌握对数频率特性（波特图）的画法。3.了解单级放大器的低频等效电路和高频等效电路4.了解负反馈放大器的自激条件及稳定工作条件上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性什么是频率响应呢？为什么要提出这个问题呢？电子系统的信号不是单一频率的正弦波（如声波）—它可以分解成不同频率正弦波的叠加；而在放大电路中都常常有电抗元件存在（如电容），其电抗值在不同频率下是不同的，因而使放大器对不同频率信号的放大倍数不一致，这时电路输出信号不能完全重现输入信号的波形，即在放大过程中产生了失真（属于频率失真）。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性)(f3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法1.频率响应定义放大器对不同频率正弦信号的稳态响应称为频率响应。如何表征？——用频率响应表达式。)()(ffAAVV)(fAV复模与频率的关系——称为幅频响应输出/输入电压之间相位差——称为相频响应两者综合表征放大器的频率响应特性上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法2.通频带fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应两种放大器为何频率特性曲线不同呢？上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性2).低频区：当信号频率降低时，耦合电容和射极旁路电容的影响不可忽略，致使放大倍数下降。1).高频区：当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可忽略，致使放大倍数下降。3).中频区：当信号频率处于中频区所有电容（耦合、射极旁略、极间、分布）的影响可以忽略不计，放大倍数不随信号频率而变，维持一个定值。容抗的频率效应上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法2.通频带fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性1).频率响应曲线平坦部分称为中频区，放大倍数用AVM表示。2).当AV下降0.707AVM时，所确定的两个频率、分别称为上限频率fH和下限频率fL。3).在fH与fL之间的频率范围（中频区）又称为放大器的通频带或带宽BW。4).在低于fL的频率范围称为放大器的低频区。5).在高于fH的频率范围称为放大器的高频区。带宽BW=fH-fL频带的基本概念上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法3.频率失真若放大器的通频带不够宽，对不同频率的波形放大倍数不同，则将出现频率失真，输出波形就会变形。频率失真分为幅度失真和相位失真频率失真——放大电路对不同频率的输入信号，有不同的放大能力和相移，从而使输出信号产生了失真。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础ovt输出信号二次谐波基波幅度失真相位失真二次谐波基波输入信号tiv二次谐波基波输入信号tiv输出信号二次谐波基波ovt3.7频率响应与稳定性上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法3.频率失真频率失真也称为线性失真（因为晶体管工作于放大区时出现的失真）。不同于晶体管工作在非线性工作区产生的饱和与截止——非线性失真对于单一频率的正弦波，频率失真并不会引起波形失真。对于单一频率的正弦波，非线性（饱和或截止）失真将引起波形失真。而现在讨论频率失真之所以是线性失真，指的是对于单一频率的正弦波输出波形只有幅度变化和相位改变，结果输出波形还是一个单一频率的正弦波，波形不变形。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法4.用分贝表示放大倍数电压放大倍数转换分贝表示：若放大倍数为衡量放大器信号在传输过程中的变化，我们常用对数单位来表示，一个对数单位我们就叫——“分贝”（dB）NOVVg)(Ag)dBl02l02AVV倍（用分贝表示100VAdBg4010020l上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法4.用分贝表示放大倍数在上、下截止频率处有用分贝表示VMA.A7070VVMgA.gAgl207070l20l20V)dB(.ggAAgVM37070l20l20l20V上限频率fH和下限频率fL是对应中频放大倍数下降3dB之处上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法4.用分贝表示放大倍数放大倍数采用分贝表示优点在于：①可将放大倍数的相乘化为相加。②在绘制频率响应图时，采用对数坐标，有利于扩大视野。③较符合人耳对声音的感觉状况，如输出功率增大了100倍，但人耳觉得只增大了两倍。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法5.对数频率响应——折线波特图为压缩坐标，扩大视野在画幅度频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而幅值采用dB表示。在画相位频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而相角用线性刻度。这种半对数坐标频率特性曲线称为对数频率特性或波特图频率响应即指电压放大倍数——频率的关系上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法5.对数频率响应——折线波特图频率响应即指电压放大倍数——频率的关系波特图采用折线法近似作出。频率响应特性分为幅频响应特性和相频响应特性。因此放大电路频响波特图由幅频响应波特图和相频响应波特图组成。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.1频率响应的基本概念和基本分析方法5.对数频率响应——折线波特图幅度——f关系频率采用对数分度，幅值采用dB；相移采用线性分度这两张图称为对数频率响应或波特图。阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：)()(ffAAVV相位——f关系幅频响应曲线相频响应曲线上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性(1)分析放大电路中频区的频率响应。各种电容影响忽略不计，绘制纯电阻放大电路；求出中频电压放大倍数和中频附加相移。(2)分析放大电路低频区的频率响应。考虑耦合电容和旁路电容影响，用电路的RC高通电路模拟低频区放大电路；求出下限截止频率。(3)分析放大电路高频区的频率响应。考虑极间电容和引线电容影响，用电路的RC低通电路模拟高频区放大电路；求出上限截止频率。)()(ffAAVV阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性)()(ffAAVV阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：求fL低频区中频区高频区用电路中的RC高通电路模拟求AVM、MC影响忽略不计绘制纯电阻电路用电路中的RC低通电路模拟求fH考虑极间电容和引线电容影响绘制波特图考虑耦合电容和旁路电容影响上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——对应放大器的低频响应1.电路特点oV2C2RiV)CR(jRRAVL22222io111Cj1VV其电压放大倍数为：电路特点是：电容在前，电阻在后，频率越低，容抗越大，相位超前上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——对应放大器的低频响应oV2C2RiV)CR(jRRAVL22222NO111Cj1VVf2)fCR(jCfRjAVL22222111211122L21CRf令)ff(jAVLL11有令上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——对应放大器的低频响应oV2C2RiV复模表达式，即幅频响应复角表达式，即相频响应)ff(jAVLL112L11)f/(AVLf)ff(arctgLl复数表达式上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——对应放大器的低频响应2L11)f/(AVLfLff0dB20lg1VLVLAA，LffLVLffAL0.1ff101VLAdBgAVL200l2Lff7070.AVLdBgALV320l①当时，时，若为转折频率时，这是一条斜线，斜率为20dB/十倍频；幅频响应的一条直线；产生最大误差。RC高通电路频率特性曲线——折线波特图②当③当上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——放大器的低频响应LffL0.1ffLff时，为转折频率时，的直线表示；RC高通电路频率特性曲线——折线波特图②当③当)ff(arctgLl相频响应近似用0L90L10ff若07510..arctg的直线表示；近似用0L0o45L①当Lff时，若038410.arctg上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.2RC高通电路分析——放大器的低频响应2L11)f/(AVLf幅频响应RC高通电路频率特性曲线——折线波特图Lf0dBfdB/AlgV20十倍频斜率dB/20L10f.-20dBLff0dB20lgVLALffL0.1ffdBgAVL200l2LffdBgALV320l斜率为20dB/十倍频；3dB近似折线实际曲线上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性L0.1ffLff转折频率处直线RC高通电路频率特性曲线——折线波特图)ff(arctgLL相频响应0L90L10ff直线0L0o45L十倍频斜率/45L10fLffL45°L10f.90°0°近似折线实际曲线上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性RC高通电路频率特性曲线——折线波特图L10f.L10fLff0dBdB/AlgV20十倍频斜率dB/20-20dBL10f.LffL十倍频斜率/4545°90°0°L10f3dB上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.3RC低通电路分析——放大器的高频响应1.电路特点oV1C1RiV其电压放大倍数为：11111ioVH11C1C1CRjjRjAVV电路特点是：电阻在前，电容在后，频率越高，容抗越小，相位滞后。上页下页电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础3.7频率响应与稳定性3.7.3RC低通电路分析——放大器的高频响应f211111ioVH11C1C1CRjjRjAVV令)CRf(jfCRjA1111VH2111211令1121CRfH有