《第五章放大电路的频率响应ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章放大电路的频率响应ppt课件（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第5章 放大电路的频率响应,5.1 简单RC低通和高通电路的频率响应,5.2 三极管放大电路的频率响应, 5.3 负反馈放大电路的自激和频率补偿,放大电路的频率响应,在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线圈等）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍数的数值会变小，而且还将产生超前或滞后的相移。这说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。,5.1 简单RC低通和高通电路的频率响应,若考虑电抗性元件的作用和信号角频率变量，则放大电路的电压增益可表达为,式中为信号的角频率，Au（）表示电压增益的模与角频率之间的关系，称为幅频响应；（）表示放大电路
2、输出与输入电压信号的相位差与角频率之间的关系，称为相频响应。,1kHz,100MHz,20Hz,波特图,波特图由对数幅频特性和对数的相频特性两部分组成。横轴用，纵轴 与 。,信号的频率范围常常在几赫到上百兆赫，放大倍数从几倍到上百万倍，为了在同一个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对数坐标，称为波特图。,画波特图时，常采用折线化画法，称为近似折线的波特图，以截止频率为拐点，由两段直线近似曲线。,幅频响应,在输入信号幅值保持不变条件下，增益下降3dB的频率点，其输出功率约等于中频区输出功率的一半，通常称为半功率点。,高低两个半功率点间的频率差定义为放大电路的带宽。,上限截止频
3、率,下限截止频率,研究方法：研究频率特性时，三极管的低频小信号等效模型已经不适用，而要采用高频小信号模型。,在放大电路中由于耦合电容的存在，对信号构成高通电路。由于半导体器件的极间电容的存在，对信号构成低通电路。,1、低通电路,回路的时间常数=R1C1， 令H=1/,则,用幅值和相角表示，则,分析,f 0.1fH时,f = fH时,f 10fH 时,用分贝表示，则20lg|Au|=0dB 这是一条与横轴平行的零分贝线。,用分贝表示，则20lgAu=20lg|fH/f|(dB) 这是一条斜线，其斜率为-20dB/十倍频。它与零分贝线相交于f=fH处。,用分贝表示，则20lg|Au|=-3dB 该
4、点是放大电路的半功率点，称为低通电路的上限频率。,fH称转折频率，它也是放大电路的上限频率。,由于f/fH=0.1或f/fH=10时，相应的可近似得=0o和=-90o， 当频率为fh时，相位滞后45o 故在0.1fH和10fH称之间可用一条斜率为-45o/十倍频的直线来表示。,波特图 ,2、高通电路,回路的时间常数=R2C2，令L=1/,则,用幅值和相角表示，则,分析,f 0.1fL时,用分贝表示，则20lgAu=20lg|f/fL |(dB) 这是一条斜线，其斜率为20dB/十倍频。它与零分贝线相交于f=fL处。,f = fL时,用分贝表示，则20lg|Au|=-3dB 该点是放大电路的半功
5、率点，称为高通电路的下限频率。,f 10fL 时,用分贝表示，则20lg|Au|=0dB 这是一条与横轴平行的零分贝线。,fL称转折频率，它也是放大电路的下限频率。,波特图 ,单管放大电路的频率响应,1、BJT的高频小信号建模,rc和re分别为集电区和发射区体电阻，它们的值比较小，常常忽略不计。所以,5.2三极管放大电路的频率响应,基区体电阻 约在50 300之间。,发射结电阻 约为几十欧，在共射极接法中大约几千欧。,发射结电容 约为几十几 百皮法。,集电结电容 约在210pF范围内。,集电结电阻 约为100K 10M 之间 。,Cbc,Cbe,由于结电容的影响， 和 不能保证正比关系，因而用
6、 表示受控电流源。,电流源电阻rce很大，约为100K。,fT是特征频率，从手册中可以查到。,三极管的频率参数,1 共发射极截止频率,2 特征频率,3 共基极截止频率,电流放大倍数下降到0.7070,电流放大倍数下降到1,共射极放大电路的频率响应,1、中频电压放大倍数,耦合电容短路,三极管结电容断开,对高频信号，耦合电容可认为短路，则高频等效电路简化：,2、高频电压放大倍数,电容CM称为密勒电容,求等效电阻和等效电源的方法,输入回路构成低通电路,3、低频电压放大倍数,对低频信号，两个结电容可认为开路，则低频等效电路简化为：,输入回路构成高通电路,1、在中频（ ）,2、在低频（ ）,3、在高频（
7、 ）,全频段的频率响应为:,4、波特图,某放大电路中的对数幅频特性如图题所示。（1）试求该电路的中频电压增益，上限频率，下限频率；（2）当输入信号的频率 或 时，该电路实际的电压增益是多少分贝？（3）写出该电路的电压增益的表达式。,例题,增益-带宽积,将中频电压增益与通频带相乘所得到的乘积称为增益带宽积。,例题,共射极放大电路在室温下运行，其参数为：RS=1K，C1=C2=4.7F,试估算电路的截止频率fH。,电路工作在放大区,1、求解静态工作点,2、求解高频混合模型中的参数,多级放大电路的频率响应,对于多级放大电路,其幅频特性为,相频特性为,画多级放大电路的波特图，只要将各单级放大电路的幅频
8、特性波特图相叠加，相频特性波特图相叠加即可,对于多级放大电路的上限频率和下限频率,上限频率近似公式,下限频率近似公式,当某级的上限频率比其他各级小的多时（一般在5倍以上），总的上限频率近似等于该级的上限频率。,当某级的下限频率比其他各级大的多时（一般在5倍以上），总的下限频率近似等于该级的下限频率。,例：已知单级共发射极放大电路的幅频特性如图所示，（1）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频率和上限频率。（2）画出相频特性波特图,解：（1）从图中可读出,放大电路的中频电压放大倍数为,下限频率为,上限频率,（2）画相频特性波特图,2 画低频段波特图，：当频率小于0.1fL时，波特图为 =-180
9、+90= -90的水平线，图中的AB段。频率在0.1fL到10fL时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。,3 画高频段波特图，：当频率大于10 fH时，波特图为 =-180 - 90 =-270 的水平线，图中的EF段。频率在0.1fH到10fH时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。,1 在中频区，由于单级共射放大电路的倒相作用，所以 中频段放大倍数的相位为-180，首先画出中频段的 相频特性：从10fL到0.1 fH，= -180 ，图中的CD段。,例：在两级放大电路中，已知第一级的中频电压放大倍数Au1= -100、下限频率fL1=10Hz，上限频率fH1=20kHz；第二级的中频电压
10、放大倍数 Au2= -10 、下限频率fL2=100Hz，上限频率fH2=150kHz；（1）求放大电路的总的中频电压放大倍数。（2）写出电压放大倍数表达式。（3）画出幅频特性、相频特性波特图。,解（1）放大电路的总的中频电压放大倍数为：,（2）放大电路的电压放大倍数表达式为：,根据表达式,（2）画出幅频特性,画出单级 的幅频特性，再叠加,几点结论：,1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；,2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；,5.3 负反馈放大电路的自激与频率补偿,
11、对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。,5.3.1产生自激振荡原因,放大电路的闭环增益为：,自激振荡的幅度条件和相位条件,当 时说明，此时放大电路没有输入信号，但仍有一定的输出信号，因此产生了自激振荡。,所以，负反馈放大电路产生自激振荡的条件是：,幅度条件,相位条件,刚起振时,注意:单级放大电路不会产生自激振荡；两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，才满足相位条件，所以也不会产生自激振荡；但三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。,5.3.2 自激振荡的判断方法,利用负反馈放大电路回路增益的波特图，分析是否同
12、时满足自激振荡的幅度和相位条件。,例：某负反馈放大电路的波特图为：,由波特图中的相频特性可见，当 f = f0 时，相位移 AF = -180，满足相位条件；,结论：当 f = f0 时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。,此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即：,(a)产生自激,结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。,例：,由负反馈放大电路 的波特图可见，当 f = f0 ，相位移 AF = -180 时。,(b)不产生自激,三、负反馈放大电路的稳定裕度,当环境温度、电路参数及电源电压等在一定范围内变化时，为保证放大电路也能满足稳定条件，要求放大
13、电路要有一定的稳定裕度。,1. 幅度裕度 Gm,对于稳定的负反馈放大电路，Gm 为负值。 Gm 值愈负，负反馈放大电路愈稳定。,一般要求 Gm -10 dB 。,2. 相位裕度 m,当 f = fc 时，,负反馈放大电路稳定,对于稳定的负反馈放大电路，m 为正值。m 值愈大，负反馈放大电路愈稳定。,一般要求 m 45,4 负反馈放大电路的常用的校正措施,(1) 减小反馈系数F或减小反馈深度|1+AF|的值，使相位移AF=1800 时， |AF|1.,（2）电容校正,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,（3） RC 校正,除了电容校正以外，还可以利用电阻、电容元件串联组成的 RC 校正网络来消除自激振荡。,
