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1、1 半导体器件半导体器件 2 放大器分析基础放大器分析基础3 频率响应频率响应4 低频功率放大器低频功率放大器5 负反馈放大电路负反馈放大电路6 集成运算放大器集成运算放大器7 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用8 直流电源直流电源* 电路仿真电路仿真课程内容课程内容 56学时学时 3.5学分学分1行业材料第第3章章 频率响应频率响应3.1 频率响应概述频率响应概述3.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数3.3 共射放大器的频率特性共射放大器的频率特性3.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性2行业材料3.1 频率响应概述频率响应概述放大电路的频率响应是在输入正弦信号情况下，输
2、出放大电路的频率响应是在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。随频率连续变化的稳态响应。把增益的大小随频率变化的特性称为把增益的大小随频率变化的特性称为幅频特性幅频特性，根据，根据这个特性描绘的曲线即为幅频特性曲线；把增益的相这个特性描绘的曲线即为幅频特性曲线；把增益的相角随频率变化的特性称为角随频率变化的特性称为相频特性相频特性，根据这个特性描，根据这个特性描绘的曲线即为相频特性曲线。绘的曲线即为相频特性曲线。幅频特性和相频特性统幅频特性和相频特性统称为频率特性，或叫做频率响应。称为频率特性，或叫做频率响应。uiuouiuo放大器放大器3行业材料产生频率响应的原因是什么？产生频率
3、响应的原因是什么？在放大电路中，由于电抗元件（电容、电感）及半导在放大电路中，由于电抗元件（电容、电感）及半导体管极间电容等的存在，当输入信号幅度不变而体管极间电容等的存在，当输入信号幅度不变而频率发生改变时，电路的放大倍数会改变，且相频率发生改变时，电路的放大倍数会改变，且相移也会产生变化。移也会产生变化。IUR=I*RUC=I*1(2f C)Uf 增大增大XC减小减小UC减小减小UR增大增大相角改变相角改变电容、电阻电容、电阻UI关系关系大小、相位大小、相位XC=1/(2f C) = 1/(C)电压滞后滞后电流流904行业材料典型的幅频特性曲线典型的幅频特性曲线下限频率下限频率上限频上限频
4、率率AUM0.707AUM半功率半功率AUMdB-0.707AUMdB=20*lgAUM-20lg(0.707AUM)=20lg（2）0.5= 10*lg2 = 3.010dB带宽带宽BW= fH - fL5行业材料1、什么叫频率响应，它包括哪两个、什么叫频率响应，它包括哪两个部分？部分？2、幅频特性曲线的自变量和函数分、幅频特性曲线的自变量和函数分别是什么？别是什么？3、相频特性曲线的自变量和函数分、相频特性曲线的自变量和函数分别是什么？别是什么？6行业材料 研究频率响应的方法研究频率响应的方法用复频域分析方法，统一处理稳态分析和瞬态分析用复频域分析方法，统一处理稳态分析和瞬态分析输入激励信
5、号的拉氏变换输入激励信号的拉氏变换输出响应信号的拉氏变换输出响应信号的拉氏变换传递传递函数函数标尺标尺因子因子零点零点极点极点利用传递函数利用传递函数A(S) 进行稳态分析时，令进行稳态分析时，令s=j，则，则A(s) =A(j)，它就是系统的频率特性，并据此画出系统的波，它就是系统的频率特性，并据此画出系统的波特图，确定相应的上下限频率。特图，确定相应的上下限频率。 7行业材料虚数符号虚数符号j为可看作旋转因子，为可看作旋转因子，表示逆时针旋转（超前）表示逆时针旋转（超前）90正弦稳态电路的相量法正弦稳态电路的相量法 在频率一定时，一个交流信号的全部信息可由在频率一定时，一个交流信号的全部信
6、息可由其幅值和相角完全给出，因此交流放大电路中的其幅值和相角完全给出，因此交流放大电路中的各个参数均可以表示为复数形式。各个参数均可以表示为复数形式。复数形式放大倍数的模与频率复数形式放大倍数的模与频率的关系的关系幅频特性幅频特性复数形式放大倍数的幅角与频复数形式放大倍数的幅角与频率的关系率的关系相频特性相频特性8行业材料相量法举例之一相量法举例之一RC高通电路高通电路9行业材料fL0.1fL0.01fLfAU/dB0-40-2020dB/20dB/十倍频十倍频10fL100fL.RC高通电路高通电路10行业材料fL0.1fL0.01fL10fL90045000f.4545度度/ /十倍频十倍
7、频RC高通电路：频率越低，高通电路：频率越低，衰减越大，相移越大衰减越大，相移越大RC高通电路高通电路fL0.1fL0.01fLfAU/dB0-40-2020dB/20dB/十倍频十倍频10fL100fL.11行业材料相量法举例之二相量法举例之二RC低通电路低通电路12行业材料0.1fHfH10fH-40 0-20-3dB-20dB/-20dB/十倍频十倍频.AU/dB 低通电路的幅频特性曲线低通电路的幅频特性曲线RC低通电路低通电路f13行业材料0.1fHfH10fH00-450-900.-45-45度度/ /十倍频十倍频 低低通通电电路路的的相相频频特特性性曲曲线线RC低通电路低通电路fR
8、C低通电路：频率越高，低通电路：频率越高，衰减越大，相移越大衰减越大，相移越大14行业材料波特图波特图采用对数坐标的幅频特性和相频特性图采用对数坐标的幅频特性和相频特性图称为波特图。称为波特图。波特图由对数幅频特性和对数相频特性波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成两部分组成横轴采用对数刻度横轴采用对数刻度lgf，幅频特性的纵轴，幅频特性的纵轴采用采用20lg|Au|表示，单位是分贝表示，单位是分贝(dB);相相频特性的纵轴仍用频特性的纵轴仍用表示。表示。15行业材料采用波特图的好处采用波特图的好处1、频率范围和放大倍数所表示的范围都大大增加。、频率范围和放大倍数所表示的范围都大大增加。
9、2、幅频特性曲线和相频特性曲线都可以用分段的直、幅频特性曲线和相频特性曲线都可以用分段的直线段来近似表示。线段来近似表示。3、放大倍数用对数表示可以将相乘变为相加。、放大倍数用对数表示可以将相乘变为相加。AU0.010.03160.10.3160.70711.4143.161031.610020lgAU-40-30-20-10-3.003.01020304016行业材料取对数幅频特性后，高通取对数幅频特性后，高通电路可近似为以电路可近似为以fL为拐点，为拐点，频率低于频率低于fL后，每下降后，每下降10倍，增益下降倍，增益下降20dB，即对，即对数幅频特性在此区间可等数幅频特性在此区间可等效成
10、斜率为效成斜率为(20dB十倍十倍频频)的直线。的直线。而高通电路的对数相频特而高通电路的对数相频特性可近似为以性可近似为以0.1fL和和10fL为拐点的三段直线近似，为拐点的三段直线近似，频率在两个拐点之间，每频率在两个拐点之间，每下降下降10倍，相移增加倍，相移增加45，而在两个拐点之外的相移而在两个拐点之外的相移保持不变。保持不变。fL0.1fL0.01fLfAV/dB0-20-40-3dB20dB/20dB/十倍频十倍频10fL90045000100fL.4545度度/ /十倍频十倍频高通电路高通电路f17行业材料f0.1fHfH10fH-40 0-20.-3dB-20dB/-20dB
11、/十倍频十倍频.00-900.AV/dB-45-45度度/ /十倍频十倍频低通电路低通电路-450取对数幅频特性后，低通电取对数幅频特性后，低通电路可近似为以路可近似为以fH为拐点，频为拐点，频率高于率高于fH后，每上升后，每上升10倍，倍，增益下降增益下降20dB，即对数幅，即对数幅频特性在此区间可等效成斜频特性在此区间可等效成斜率为率为(-20dB十倍频十倍频)的直的直线。线。而低通电路的对数相频特性而低通电路的对数相频特性可近似为以可近似为以0.1fH和和10fH为拐为拐点的三段直线近似，频率在点的三段直线近似，频率在两个拐点之间，每上升两个拐点之间，每上升10倍，倍，相移增加负相移增加
12、负45，而在两个，而在两个拐点之外的相移保持不变。拐点之外的相移保持不变。f18行业材料波特图波特图波特图由哪两部分组成？波特图由哪两部分组成？波特图横轴表示什么，单位是什么？波特图横轴表示什么，单位是什么？波特图中幅频特性曲线的纵轴是什么，单位是波特图中幅频特性曲线的纵轴是什么，单位是什么？什么？波特图中相频特性曲线的纵轴是什么，单位是波特图中相频特性曲线的纵轴是什么，单位是什么？什么？简单简单RC低通、高通电路传递函数的形式各是低通、高通电路传递函数的形式各是怎样的？它们对应的幅频特性、相频特性波特怎样的？它们对应的幅频特性、相频特性波特图又是怎样近似的？图又是怎样近似的？19行业材料第第
13、3章章 频率响应频率响应3.1 频率响应概述频率响应概述3.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数3.3 共射放大器的频率特性共射放大器的频率特性3.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性20行业材料3.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数 中频时，认为晶体管电流放大倍数基本不变，但频中频时，认为晶体管电流放大倍数基本不变，但频率升高后，三极管内部电容效应不再能忽略，其放大率升高后，三极管内部电容效应不再能忽略，其放大作用下降。电流放大系数是频率的函数作用下降。电流放大系数是频率的函数21行业材料=13.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数共射截共射截止频率止频率特征特征频率频率特征频
14、率是一个重要参数，超过特征频率后，特征频率是一个重要参数，超过特征频率后，晶体管电流放大倍数小于晶体管电流放大倍数小于1，失去放大作用。，失去放大作用。22行业材料晶体管的混合晶体管的混合型等效电路型等效电路（P102图）图）发射结结电容发射结结电容集电结结电容集电结结电容频率升高后，晶体管内部电容不可忽略，这时再用频率升高后，晶体管内部电容不可忽略，这时再用h参数等参数等效模型已不方便，要用混合效模型已不方便，要用混合型等效模型。型等效模型。26*/ICQC=gm/2fTgm=ICQ/26手册提供手册提供23行业材料晶体管的混合晶体管的混合型等效电路型等效电路（P102图）图）rce通常比通
15、常比RC大很多可忽略，大很多可忽略，放大状态时集电结反偏，放大状态时集电结反偏，rbc可认为断开可认为断开集电结电容集电结电容Cu用密勒定律等效到两侧用密勒定律等效到两侧中低频应用时，电容效应可忽略中低频应用时，电容效应可忽略26*/ICQgm=ICQ/2624行业材料第第3章章 频率响应频率响应3.1 频率响应概述频率响应概述3.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数3.3 共射放大器的频率特性共射放大器的频率特性3.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性25行业材料3.3 共射放大电路的频率特性共射放大电路的频率特性混合混合型等效电路型等效电路C1为微法数量级，为微法数量级，C皮法
16、数量皮法数量级；看看C1能否能否视为短路，短路，C能否能否视为断路。断路。高频等效时，高频等效时，C1短路，短路，C不不可忽略可忽略中频应用时，中频应用时， C1短路，短路，C断路，忽略断路，忽略低频应用时，低频应用时， C1不可忽略，不可忽略，C断路，忽略断路，忽略26行业材料中频等效电路中频等效电路中频等效电路放大中频等效电路放大倍数与频率无关倍数与频率无关27行业材料低频等效电路低频等效电路低频等效电路放大低频等效电路放大倍数表达式与倍数表达式与RC高高通电路一致通电路一致fL0.1fL0.01fL10fL-900-1350-1800f.fL0.1fL0.01fLf0-40-20-3dB
17、20dB/20dB/十倍频十倍频10fL100fL.RC高通电路高通电路20lg(A/Aum)28行业材料高频等效电路高频等效电路高频等效电路放大高频等效电路放大倍数表达式与倍数表达式与RC低低通电路一致通电路一致RC低通电路低通电路0.1fHfH10fH-40 0-20-3dB-20dB/-20dB/十倍频十倍频0.1fHfH10fH-1800-2250-2700.-45-45度度/ /十倍频十倍频20lg(A/Aum)29行业材料完整的频率特性曲线完整的频率特性曲线将中频、低频和高频的放大倍数综合，可得共发射极基本放大将中频、低频和高频的放大倍数综合，可得共发射极基本放大电路在全部频率范围
18、内放大倍数的表达式电路在全部频率范围内放大倍数的表达式 图图3-20 共射极共射极放大电放大电路的幅路的幅频和相频和相频特性频特性曲线曲线 作图关键点作图关键点30行业材料【例例3-1】一个单管放大电路的频率特性，当一个单管放大电路的频率特性，当f =5kHz、10kHz、20kHz、30kHz、40kHz时，电压放大倍数均为时，电压放大倍数均为100，而当，而当f 500kHz时，电压放大倍数降为时，电压放大倍数降为10。试问上限频率为多大？。试问上限频率为多大？解：当解：当f =5kHz40kHz时，电压放大倍数均为时，电压放大倍数均为100，即中频放，即中频放大倍数为大倍数为100，Gm
19、=20lg(100)=40dB当当f 500kHz时，电压放大倍数为时，电压放大倍数为10，G500k=20lg(10)=20，恰，恰好比好比40dB下降了下降了20dB。单管放大电路的幅频特性在过单管放大电路的幅频特性在过fH后，后，f每上升每上升10倍，增益下降倍，增益下降20dB，即对数幅频特性此区间为（，即对数幅频特性此区间为（-20dB/十倍频）的直线。十倍频）的直线。所以所以fH= 500kHz/10= 50kHz。31行业材料例例 某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为（1）中频电压放大倍数、上、下限转折频率各为多少）中频电压放大倍数、上、下
20、限转折频率各为多少?（2）画出幅频波特图）画出幅频波特图解：要按照标准形式变换表达式，可以使解：要按照标准形式变换表达式，可以使jf /5变为变为1。Ausm=100，fL=5Hz，fH=10kHz32行业材料例例 某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为（1）中频电压放大倍数、上、下限转折频率各为多少）中频电压放大倍数、上、下限转折频率各为多少?（2）画出波特图）画出波特图解：要按照标准形式变换表达式，可以使解：要按照标准形式变换表达式，可以使jf /5变为变为1。Ausm=2*105，fH=5Hz，fL=10kHz变换表达式时注意要使变换后的变换表达式时
21、注意要使变换后的fLfH33行业材料P120题3-5 已知某共射放大已知某共射放大电路的波特路的波特图，试确定其确定其放大倍数，高放大倍数，高频转折折频率、低率、低频转折折频率，写出率，写出 的表达式。的表达式。 解：解：40dB，放大倍数为放大倍数为100倍。倍。高频转折频率为高频转折频率为2.5*105Hz、低频转折频率为低频转折频率为10Hz，1Hz。放大倍数表达式：放大倍数表达式：34行业材料P113例例3-3 某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为（1）中频电压放大倍数为多少）中频电压放大倍数为多少?（2）转折频率为多少）转折频率为多少?解：解：
22、35行业材料解：解：（1）中频电压放大倍数为）中频电压放大倍数为100 （2）三个转折频率：）三个转折频率：低频转折频率低频转折频率1为为2Hz，低频转折频率，低频转折频率2为为=100Hz，高频，高频转折频率为转折频率为105Hz ，带宽为，带宽为100Hz到到105Hz）36行业材料一般方法：一般方法：1、首先将表达式进行变换得到标准式、首先将表达式进行变换得到标准式变换时注意高低频转折频率。变换时注意高低频转折频率。2、绘制幅频特性曲线，注意、绘制幅频特性曲线，注意（1）确定转折频率。幅频特性的转折）确定转折频率。幅频特性的转折频率是使表达式中各因式实部与虚部系数相等时的频率值。对频率是
23、使表达式中各因式实部与虚部系数相等时的频率值。对本例而言，其转折频率有三个。本例而言，其转折频率有三个。（2）确定中频段。当转折频率差异较大时，取最低的）确定中频段。当转折频率差异较大时，取最低的fH和最和最高的高的fL之间的频段作为中频区段。之间的频段作为中频区段。（3）计算各段的斜率，线段斜率主要由分母中的因子决定。）计算各段的斜率，线段斜率主要由分母中的因子决定。3、绘制相频特性，绘制时注意、绘制相频特性，绘制时注意（1）转折频率。相频特性的转折频率是与幅频特性转折频率）转折频率。相频特性的转折频率是与幅频特性转折频率相差相差10倍时的值。倍时的值。（2）中频段。相频特性可近似为的直线段
24、。）中频段。相频特性可近似为的直线段。（3）计算其余各段的斜率。）计算其余各段的斜率。37行业材料第第3章章 频率响应频率响应3.1 频率响应概述频率响应概述3.2 晶体管的频率参数晶体管的频率参数3.3 共射放大器的频率特性共射放大器的频率特性3.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性38行业材料 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载多级放大电路多级放大电路39行业材料2-32 两级放大电路如图两级放大电路如图,=50, rbe=1.3
25、k，计算中频区电压放计算中频区电压放大倍数。大倍数。 Ri=Rb1/Rb2/rbe+(1+)*R4RL1为为R6和和VT2的输入电阻并联的输入电阻并联,也可理解为也可理解为VT2的输入电阻的输入电阻RL1=R6/rbe+(1+)*(R7/R8)RL=R7/R840行业材料41行业材料假定两个完全一样的电路级连假定两个完全一样的电路级连Au=Au1*Au2fLifHiAuf10070.71000050007070fLfH84.1当当各各级级放放大大电电路路的的转转折折频频率率相相同同或或很很接接近近时时，多多级级放放大大电电路的路的下限频率升高下限频率升高，上限频率降低上限频率降低，总通频带变窄
26、总通频带变窄。42行业材料 当当各各级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，多级放大电路的下限频率按下式计算：多级放大电路的下限频率按下式计算： 当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率远远大大于于其其它它各各级级的的下下限限频频率率时时，则则多多级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率近近似似等于该级放大电路的下限频率。等于该级放大电路的下限频率。43行业材料 当当各各级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，多级放大电路的上限频率按下式计算：多级放大电路的上限频率按下式计算： 当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的
27、上上限限频频率率远远小小于于其其它它各各级级的的上上限限频频率率时时，则则多多级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率近近似似等于该级放大电路的上限频率。等于该级放大电路的上限频率。44行业材料根据以上公式，可以得到：根据以上公式，可以得到：经过一级放大电路后，其转折频率之外增益经过一级放大电路后，其转折频率之外增益-20dB/十倍频十倍频经过两级放大电路后，其转折频率之外增益变为经过两级放大电路后，其转折频率之外增益变为-40dB/十倍频十倍频经过三级放大电路后，其转折频率之外增益变为经过三级放大电路后，其转折频率之外增益变为-60dB/十倍频十倍频多级放大电路多级放大电路45行业材料例例3
28、-5 某电路的各级均为共发射极放大电路，其对数幅频特某电路的各级均为共发射极放大电路，其对数幅频特性如图性如图，试确定其放大倍数，高确定其放大倍数，高频转折折频率、低率、低频转折折频率，率，写出写出 的表达式。的表达式。 解：解：80dB，放大倍数，放大倍数10000倍。倍。低频转折频率为低频转折频率为10Hz。高频电路有三级，且每一级高频电路有三级，且每一级转折频率都为转折频率都为2*105Hz。三级共射放大电路，三级都对高三级共射放大电路，三级都对高频有影响，但仅有一级对低频有频有影响，但仅有一级对低频有影响。影响。三级共射电路，中频段相移仍为三级共射电路，中频段相移仍为180度度(取负号
29、取负号)。解得高频转折频率为解得高频转折频率为105kHz。46行业材料题题3-6 已知某电路的幅频特性如图，试问：（已知某电路的幅频特性如图，试问：（1）该电路的耦）该电路的耦合方式；（合方式；（2）该电路由几级放大电路组成；（）该电路由几级放大电路组成；（3）当频率为）当频率为104和和105Hz时，附加相移各为多少？时，附加相移各为多少？ 解：解： (1) 低频端无衰减，直接耦合低频端无衰减，直接耦合（2）高频端十倍频）高频端十倍频-60dB，三级放大。，三级放大。（3）考虑相移）考虑相移104Hz处：处：-2253= - 675=720-675= 45105Hz处：处：-2703= -
30、 810=720-810= -90补充：如何求该电路的带宽。补充：如何求该电路的带宽。47行业材料题3-16 已知一个两已知一个两级放大放大电路各路各级电压放大倍数分放大倍数分别为 （1）写出）写出该放大放大电路的表达式；路的表达式； （2）求出）求出该电路的路的fL和和fH各约为多少；各约为多少； （3）画出该电路的波特图。）画出该电路的波特图。48行业材料 （1）写出）写出该放大放大电路的表达式路的表达式（2）求出）求出该电路的路的fL和和fH各约为多少；各约为多少；49行业材料 （3）画出该电路的波特图。）画出该电路的波特图。还要考虑相频特性波特图的形状还要考虑相频特性波特图的形状500
31、Hz104Hz，无附加相移，无附加相移50Hz，附加相移，附加相移+454Hz，附加相移为，附加相移为 +90+45=+135 0.4Hz，附加相移，附加相移 +90+90=+180105Hz，附加相移，附加相移 -45*2=-90106Hz，附加相移，附加相移 -90*2=-180 50行业材料 （3）画出该电路的波特图。）画出该电路的波特图。相频特性波特图相频特性波特图500Hz104Hz，无附加相移，无附加相移50Hz，附加相移，附加相移+454Hz，附加相移为，附加相移为 +90+45=+135 0.4Hz，附加相移，附加相移 +90+90=+180105Hz，附加相移，附加相移 -45*2=-90106Hz，附加相移，附加相移 -90*2=-180 51行业材料练习练习P118 3-2, 3-4, 3-8Q&A52行业材料
