低頻電子電路_05章(頻率響應(yīng)20111110)

1、5.1.1　頻率特性的穩(wěn)態(tài)描述方法,5.2　單元放大器頻率特性基礎(chǔ),5.1.2　基本增益器件的頻率特性與電路模型,5.1　頻率特性描述方法與基本增益器件頻率特性,第五章 放大器頻率特性基礎(chǔ),5.2.1　雙極型單元放大電路的頻率特性,5.2.2　放大器頻率特性分析舉例,放大器頻率特性是指放大電路的輸入與輸出電量關(guān)系表達(dá)式受輸入信號(hào)頻率變化的影響特性。 原因在于放大器內(nèi)部存在電容或電感等動(dòng)態(tài)記憶元器件，即無(wú)論放大器內(nèi)部存

2、在的電容或電感是否線(xiàn)性，都將引起放大倍數(shù)表達(dá)式隨信號(hào)頻率變化。,《低頻電子電路》,一般而言，放大器中含有電抗元件。在多頻率的模擬信號(hào)激勵(lì)下，因頻率的不同，放大器增益會(huì)隨之改變，因此，一般情況下，穩(wěn)態(tài)情況的增益應(yīng)采用復(fù)數(shù)表達(dá)：,由于頻率失真由線(xiàn)性電抗元件引起，故稱(chēng)線(xiàn)性失真。,注意：線(xiàn)性失真不產(chǎn)生新的頻率成份。,由于信號(hào)頻率變化引起增益改變，可致使放大器輸出波形不能反應(yīng)輸入變化規(guī)律的情況，定義為放大器的頻率失真。,（1）不同頻率信號(hào)，對(duì)增益

3、的幅頻特性的影響,（2）不同頻率信號(hào)，對(duì)增益的相頻特性的影響,若對(duì)不同頻率，增益的模不為常數(shù)，則輸出會(huì)出現(xiàn)失真，即幅度失真。,若對(duì)不同頻率，增益的時(shí)延不為常數(shù)，則輸出會(huì)出現(xiàn)失真，即相位失真。無(wú)相位失真的條件為：,,,,注：一般音頻放大器應(yīng)考慮是否存在幅度失真；視頻放大器則對(duì)幅度失真與相位失真都應(yīng)考慮。,1）寫(xiě)出電路傳遞函數(shù)表達(dá)式 A(j ?),頻率特性分析一般步驟,3）確定上、下限角頻率,2）繪制漸近波特圖,,基本共發(fā)射極放大器的小信號(hào)

4、等效通路,,從上圖可知（1）串聯(lián)大電容C1、C2 和 將在頻率減小時(shí)，使放大電路增益降低，（2）三極管中PN結(jié)結(jié)電容Cb’e、Cb’c 將在頻率增加時(shí)，使放大電路增益降低。,5.1 頻率特性描述方法與基本增益器件頻率特性,通頻帶：,對(duì)應(yīng)上限頻率fH 、,及下限頻率fL 。,增益下降到 時(shí)，,,,,fH,fL,圖5-1-1 共發(fā)射極放大器的頻率分析示意圖,5.1.1　頻率特性的穩(wěn)態(tài)描述方法,1、波特圖的坐標(biāo)特點(diǎn),幅頻和相頻特性

5、波特圖的橫坐標(biāo)均采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。這樣才可能把各個(gè)頻段的特性在同一個(gè)圖上描述出來(lái)。注意橫坐標(biāo)沒(méi)有零。,lg1=0，lg2=0.30，lg3=0.48，lg4=0.60，lg5=0.70lg6=0.78，lg7=0.85，lg8=0.90，lg9=0.95，lg10=1,,（a）相頻特性縱坐標(biāo) （b）幅頻特性縱坐標(biāo),幅頻特性縱坐標(biāo)對(duì)增益來(lái)說(shuō)是對(duì)數(shù)坐標(biāo)，如圖（b）所示，但增益通過(guò)dB方式標(biāo)注，,,RC 低通電路頻率響應(yīng),

6、由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：,時(shí)間常數(shù),,幅值：,或,相角：,2、基本傳遞函數(shù)因子的波特圖,繪制漸近波特圖：,漸近波特圖畫(huà)法：,幅頻,? <<? H 時(shí)，,? >>? H時(shí)，,? =? H 時(shí)，,相頻,? <0.1?H 時(shí)，,? >10?H 時(shí)，,? =?H 時(shí)，,,,,,,-20dB/十倍頻,-45?/十倍頻,確定上限角頻率：,,,,,,,,,,,,-20dB/十倍頻,-45?/十倍頻,歸納一階因子漸近

7、波特圖畫(huà)法：,幅頻漸近波特圖：,已知,自0dB水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)?p轉(zhuǎn)折成斜率為（–20dB/十倍頻）的直線(xiàn)。,相頻漸近波特圖：,自0?水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)0.1?p處轉(zhuǎn)折，斜率為(–45?/十倍頻)，再經(jīng)10?p處轉(zhuǎn)折為-90?的水平線(xiàn)。,因? =?p時(shí)，,?H =?p,RC 高通電路頻率響應(yīng),由圖，傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：,時(shí)間常數(shù),,幅值：,相角：,下限角頻率：,因? =?L時(shí)，,?L,繪制漸近波特圖：,,,,,,,,,,,20dB/十倍頻,-4

8、5?/十倍頻,幅頻漸近波特圖：,?>?L：0dB水平線(xiàn)；?<?L：斜率為(20dB/十倍 頻）的直線(xiàn)。,相頻漸近波特圖：,?10?L ：0?水平線(xiàn)。,多個(gè)一階因子系統(tǒng)頻率響應(yīng),利用RC低通電路分析結(jié)果，得傳遞函數(shù)表達(dá)式 ：,式中,如圖所示的三級(jí)理想電壓放大器，Ri ??，Ro ?0。試畫(huà)漸近波特圖，并求?H 。已知 R1 C1> R2 C2 > R3 C3,頻率特性表達(dá)式：,幅頻及

9、相頻表達(dá)式：,均為單階因子波特圖的疊加。,,,,,,,,,-20dB/十倍頻,-40dB/十倍頻,-60dB/十倍頻,,,,-45?/十,,,,,,,,-90?/十,-45?/十,歸納多極點(diǎn)系統(tǒng)漸近波特圖畫(huà)法：,幅頻漸近波特圖：,自中頻增益AvI(dB)的水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)?pn轉(zhuǎn)折成斜率為（–20ndB/十倍頻）的直線(xiàn)。,相頻漸近波特圖：,自0?水平線(xiàn)出發(fā)，經(jīng)0.1?p1處開(kāi)始轉(zhuǎn)折，斜率為： (–45?/十倍頻）乘

10、以（單階因子重疊的段數(shù)），再經(jīng)10?pn ，轉(zhuǎn)折成-90?n的水平線(xiàn)。,已知,確定上、下限角頻率：,根據(jù)定義，當(dāng)? =?H時(shí)：,即,整理并忽略高階小量得：,將上式推廣到多級(jí)放大器。則上限截止頻率為,,,若?H2 ?4?H1 ，則稱(chēng)?H1為主極點(diǎn)， ?H2 、 ?H3為非主極點(diǎn)。,上限角頻率取決于主極點(diǎn)角頻率：,對(duì)于下限截止頻率也可以推出結(jié)論如下：,,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，放大器級(jí)數(shù)越多（其中電容越多），通頻帶越窄。,高頻工作，考慮三極管極間電容影

11、響時(shí)，? 為頻率的復(fù)函數(shù)。,5.1.2　基本增益器件的頻率特性與電路模型三極管頻率特性參數(shù),,經(jīng)推導(dǎo)得,其中,,,??,,當(dāng)? =?T時(shí),指?(?)下降到1時(shí)，對(duì)應(yīng)的角頻率。,特征角頻率?T,,,?T,1,根據(jù) ?T >> ??,?T 是三極管具有電流放大作用的最高極限角頻率。,及,共基電路截止角頻率??,??>?T>>??,根據(jù),及,整理得,其中,三個(gè)頻率參數(shù)中應(yīng)用最廣、最具代表性的是特征角頻率

12、?T。通常，?T越高，三極管高頻性能越好，構(gòu)成的放大器上限頻率越高。,場(chǎng)效應(yīng)管的頻率特性描述,一般來(lái)說(shuō)，場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管有更高的上限截止頻率。單個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的頻率特性計(jì)算時(shí)，常采用如圖所示小信號(hào)等效電路。,5.2 單元放大器頻率特性基礎(chǔ),放大單元的下限截止頻率由外接電容決定，上限截止頻率由增益管內(nèi)部結(jié)電容決定。 對(duì)于直接耦合放大器，因無(wú)外接電容，即電路下限截止頻率 fL=0，通頻帶BW0.7 =fH? 。,設(shè)原四端

13、網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)：,1、密勒定理和單向化近似模型,5.2.1　雙極型單元放大電路的頻率特性,,密勒定理等效后：,單向化近似,,整理得,則,共發(fā)高頻等效電路及密勒近似,,可以得出：,fH1為由輸入回路確定的極點(diǎn)頻率，具體計(jì)算公式為:,,fH1由輸出回路確定的極點(diǎn)頻率，具體計(jì)算公式為:,,,,,,電路上限截止頻率，,(a)　低、中頻等效電路,共發(fā)放大電路的下限截止頻率分析,低頻響應(yīng)主要取決于放大電路的外接電容，常用如下工程分析步驟。,,先畫(huà)出圖

14、示交流等效電路耦合電容和旁路電容不能忽略，然后分別求解每個(gè)電容單獨(dú)作用時(shí)（其它電容此時(shí)短路）的下限截止頻率fLn ,,C1單獨(dú)作用時(shí) C2單獨(dú)作用時(shí) CE單獨(dú)作用時(shí),,,,,增益帶寬積,,,若 ， 則有,,信號(hào)源內(nèi)阻越小，并且選rbb?小、 Cb?c小、?T高的三極管可使GBW ?。,提高共發(fā)電路上限頻率的方法：

15、,此時(shí)，共發(fā)電路上限角頻率?H最高，且接近管子特征角頻率?T 。,2、共集放大器上限截止頻率分析,由于,因此，Cb?c可忽略不計(jì)。,令 RL? =rce// RE // RL,由簡(jiǎn)化等效電路：,式中,上限截止頻率：,并聯(lián)在Cb?e兩端的總電阻,3、共基極放大器的頻率特性,(a)中高頻交流通路 (b) 中高頻小信號(hào)等效電路,(c)簡(jiǎn)化等效電路 (d)分析等效電路,由簡(jiǎn)化等效電路：,式中,由于Cb

16、?c很小，因此當(dāng)RL?較小時(shí): fH2 >> fH1,∴fH ? fH1 ? f?,●,例題5-2-2圖,5.2.2　放大器頻率特性分析舉例,估算每個(gè)PN結(jié)結(jié)電容單獨(dú)作用時(shí)，其它電容作開(kāi)路處理。,,,,,例題5-2-2圖,,,,,組合電路寬帶放大器,共發(fā)—共基組合電路,三種組態(tài)中，共發(fā)電路上限頻率最低，因此，組合電路上限頻率主要由共發(fā)電路決定。為擴(kuò)展整個(gè)電路上限頻率，應(yīng)設(shè)法使共發(fā)電路的輸入、輸出為低阻節(jié)點(diǎn)。,共集