大学课件 模拟电子技术 放大电路的频率响应

模拟电子技术3.2RC电路的频率响应第3章放大电路的频率响应3.5放大电路的增益带宽积小结3.1概述3.3晶体管的高频等效模型3.4共射放大电路的频率响应模拟电子技术fOAum1.幅频特性和相频特性)()(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)fBW(BandWidth)fBW=fH-fLfH3.1概述fLfH模拟电子技术3.2.1RC低通电路的频率响应3.2RC电路的频率响应1.频率特性的描述RCoU•iU••j11j/1j/1ioRCCRCUUAu••Hj11ff令1/RC=H,τ=RCRCfH21模拟电子技术)/(112HffAu•Harctanf/f-滞后900H-；时，uAff•01,0；时uAf•-450.70721H；时，uAff••fO|Au|10.707O–45–90fHf幅频特性相频特性Hj11ffAu模拟电子技术在研究放大电路的频率响应时，输入信号（即加在放大电路输入端的测试信号）的频率范围常常设置在几赫到上百兆，甚至更宽；而放大电路的放大倍数可从几倍到上百万倍；为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时常采用，称为波特图。，它们的横轴采用对数刻度lgf，幅频特性的纵轴采用表示，单位是分贝（dB）；相频特性的纵轴仍用表示。这样不但。uAlg20滞后Harctan-f/f)/(112HffAuffH0f=fH-45ffH-90RCoU•iU•2.频率特性的波特图表明f每上升10倍，增益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（－20dB/十倍频）的直线。dBAu0lg20dBAu3lg20-HuffAlg20lg20-模拟电子技术f/fH0•20lg|Au|/dB–200–45–90fH–400.11101000.1110f/fH频率特性波特图•–90f0|Au|10.7070–45fHf–3dB–20dB/十倍频H/arctanff-)/(112HuffA•波特图的优点：能够扩大频率的表达范围，并使作图方法得到简化。在电路的近似分析中，为简单起见，常将波特图的曲线折线化，称为近似的波特图。在对数幅频特性中，以截止频率为拐点，由两段直线近似曲线。在对数相频特性中，用三段直线取代曲线，以10fH和0.1fH为两个拐点。模拟电子技术3.2.2RC高通电路的频率响应RCCRRUUAuj111j1ioffLj11-令1/RC=L超前f/farctanL)/(112LffAuffL0f=fL45ffL90RCoUiU••RCfL21dBAu0lg20dBAu3lg20-LuffAlg20lg20模拟电子技术高通电路的波特图f/farctanL)/(112LffAuRCoUiU••当f10fL时，以直线近似。dBAu0lg20当f0.1fL时，以斜率为（20dB/十倍频）的直线近似。当f10fL时，以=0°的直线近似。当f0.1fL时，以=+90°的直线近似。模拟电子技术在本节的分析中，具有普遍意义的结论是：电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数。当信号频率等于下限频率或上限频率时，放大电路的增益下降3dB，且产生+45°或－45°相移。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。模拟电子技术例：求已知一阶低通电路的上限截止频率。0.01F1k1k1//1k0.01FRCf21HF01.0k5.014.321kHz)(8.31例：已知一阶高通电路的fL=300Hz，求电容C。500C2kRfCL212500Hz30014.321F)(212.0戴维南定理等效注：电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数。模拟电子技术3.3.1晶体管的混合模型（1）3.3晶体管的高频等效模型3.3.1晶体管的混合型的建立在低频和中频情况下，信号频率较低，晶体管的PN结极间电容的容抗很大，而结电容很小，两者并联时，可以忽略极间电容的作用；而在高频情况下，晶体管的极间电容的容抗变小，与其结电阻相比，影响就不能被忽略了。PN结结电容的影响：的影响：因值随频率升高而降低。结论：高频下不能采用H参数等效电路。模拟电子技术3.3.1晶体管的混合模型（2）晶体管结构示意图混合型的建立模拟电子技术BEBCrbbrberbcCbcCbeCbe：不恒定，与工作状态有关简化的结构示意图模拟电子技术晶体管的混合模型Cbc=Cμ，Cbe=Cπ模拟电子技术3.3.1晶体管的混合模型（5）晶体管的混合模型3.3.2简化混合模型rceRLrbcCμ的容抗将Cμ单向化：Cμ及Cμ、Cμ中的电流相同模拟电子技术3.3.3混合模型的主要参数低频等效电路混合模型主要参数的计算依据：混合模型与h参数模型在低频时是等效的。模拟电子技术混合模型的主要参数：,rrrebbbbe''IUrEQTeb)1(0'UgIIebmbc'0rIUebbeb''UIrgTEQebm'0）从手册中可查到obobCCC()1(cccccK查手册得之）为特征频率，计算由(2'0fccrfTebT。），KKUUebce可通过计算得到是电路的电压放大倍数('Cob是晶体管为共基接法且发射极开路时c-b间的结电容，与C近似。模拟电子技术3.4共射放大电路的频率响应在分析放大电路的频率响应时，为了方便起见，一般将输入信号的频率范围分为中频、低频和高频三个频段。在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响；在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视为开路；在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）仍视为短路；根据上述原则，便可得到放大电路在各频段的等效电路，从而得到各频段的放大倍数。利用晶体管的高频等效模型，可以分析放大电路的频率响应。本节通过单管放大电路来讲述频率响应的一般分析方法。适应于信号频率从零到无穷大的交流等效电路＋－ebU模拟电子技术一、中频段电压放大倍数在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响。-180//)//(''rRrrRRbebebbbbiUUAsousmRRRLcL//coRR电路空载时的中频电压放大倍数为RgrrRRRcmbeebsii-'单管共射放大电路的中频等效电路RgrrRRRLmbeebsii-'中频电压放大倍数：UUUUUUeboiebsi''UUAsousmUUUUUUeboiebsi''模拟电子技术二、高频电压放大倍数在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）视为短路。单管共射放大电路的高频等效电路输入回路的等效变换输入回路利用戴维宁定理ibeebsUrrU)////(bsbbebRRrrR低通电路＋－ebU（b-e间的开路电压）（戴维宁等效电阻）soushUUALmbeebisiRgCRjCRjrrRRR-111高频电压放大倍数：ebosebssUUUUUUsisibeebURRRrr模拟电子技术ebosebsssoushUUUUUUUUALmbeebisiRgCRjCRjrrRRR-111将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得高频电压放大倍数：CRjAusmushA11CRfH21令HusmushffjAA1121lg20lg20lg20-HusmushffAAHffarctan180--对数幅频特性与相频特性的表达式：－180°表示中频段时输出电压与输入电压反相。因电抗元件引起的相移称为附加相移。在高频段，由极间电容引起的最大附加相移为－90°。上限截止频率高频电压放大倍数：式中RC´正是C´所在回路的时间常数，它等于从电容C´两端向外看的等效总电阻乘以C´。模拟电子技术三、低频电压放大倍数单管共射放大电路的低频等效电路输出回路的等效变换高通电路在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视为开路。souslUUALcLcmbeebisiRCjRRRgrrRRR-1空载时的输出电压将上式的分子与分母同除以（RC+RL）便可得到CRRjRgrrRRRALCLmbeebisiusl)(111-低频电压放大倍数：oosoUUUU模拟电子技术CRRjAALCusmusl)(111LLusmLusmuslffjffjAjffAA111CRRfLcL)(21令式中（RC+RL）C正是C所在回路的时间常数，它等于从电容C两端向外看的等效总电阻乘以C。21lg20lg20lg20LLusmuslffffAA--Lffarctan90180对数幅频特性与相频特性的表达式：－180°表示中频段时输出电压与输入电压反相。在低频段，由耦合电容引起的最大附加相移为＋90°。将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得低频电压放大倍数：下限截止频率模拟电子技术单管共射放大电路的波特图四、波特图综上所述，若考虑耦合电容及结电容的影响，则对于频率从零到无穷大的输入电压，电压放大倍数的表达式应为HLusmHLLusmusffjjffAffjffjffjAA11111此式可以全面表示任何频段的电压放大倍数，而且上限频率和下限频率均可表示为1/2，分别是极间电容和耦合电容所在回路的时间常数，其值为从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。可见，求解上、下限截止频率的关键是正确求出回路的等效电阻。模拟电子技术例一：在共射放大电路中，已知VCC=15V，Rs=1kΩ，Rb=20kΩ，Rc=RL=5kΩ，C=5μF；晶体管的UBEQ=0.7V，rbb′=100Ω，β=100，fβ=0.5MHz，Cob=5pF。试估算电路的截止频率fH和fL，并画出的波特图。解：（1）求解Q点（us=0）mARURUVIsBEQbBEQCCBQ015.0--mAIIBQCQ5.1VRIVUcCQCCCEQ5.7-可见，放大电路的Q点合适。（2）画出全频段交流等效电路＋－ebUuA模拟电子技术＋－ebU（3）求解混合模型中的参数1733)1(EQTebIUrpFCfrCfrCobebeb1782121--)(。，f相似的频率响应与低通电路的截止频率为式中SUIgTEQm0577.0144)//(--LcmebceRRgUUKpFCKCC898)1(-（4）求解中频电压放大倍数krrrebbbbe83.1krRRbebi68.1//85)(--LmbeebisisousmRgrrRRRUUA模拟电子技术（5）求解fH和fLkHzCRRrrfbsbbebH263)]////([21