第3章-放大电路频率特性.ppt
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1、第三章第三章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性3.1 3.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念3.2 3.2 三极管的频率参数三极管的频率参数3.3 3.3 共共 e e 极放大电路的频率特性极放大电路的频率特性3.4 3.4 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性3.1 3.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念 通常放大电路的输入信号不是单一频率的信号,而是通常放大电路的输入信号不是单一频率的信号,而是由各种不同的频率分量组成的复杂信号。放大电路存在耦由各种不同的频率分量组成的复杂信号。放大电路存在耦合电容;旁路电容,三极管存在结电容,电路联线间存在合电容;旁路电容,三极管
2、存在结电容,电路联线间存在分布电容。分布电容。Rb1Rb2RCRERLC1C2CERSUSU0UCCCjCjCFCFCFCF这些电容的容量对不同频率信号放大时,对其幅值和相位这些电容的容量对不同频率信号放大时,对其幅值和相位则不相同,所以放大倍数是频率的函数。因此放大电路存则不相同,所以放大倍数是频率的函数。因此放大电路存在频率响应,又称为频率特性。在频率响应,又称为频率特性。1.频率特性频率特性:1).1).人为接入的电容:人为接入的电容:(容量较大,为(容量较大,为F F 数量级)数量级)耦合电容耦合电容 :C1 ;C2 旁路电容旁路电容 :Ce2.2.放大电路的各种电容放大电路的各种电容
3、放大电路的各种电容放大电路的各种电容Rb1Rb2RCRERLC1C2CERSUSU0UCCCjCjCFCFCFCF2).2).客观存在的电容:客观存在的电容:(容量较小,为(容量较小,为pFpF 数量级数量级)结电容结电容 :Cj 分布电容:分布电容:CF复合信号复合信号tui0基波基波基波基波二次谐波二次谐波二次谐波二次谐波四次谐波四次谐波四次谐波四次谐波3.3.3.3.输入信号的频率输入信号的频率输入信号的频率输入信号的频率 :输入信号往往不是单一频率的,而是多频率信号的叠输入信号往往不是单一频率的,而是多频率信号的叠输入信号往往不是单一频率的,而是多频率信号的叠输入信号往往不是单一频率的
4、,而是多频率信号的叠加,如图所示。由于放大电路存在各种电容加,如图所示。由于放大电路存在各种电容加,如图所示。由于放大电路存在各种电容加,如图所示。由于放大电路存在各种电容,各种信号通各种信号通各种信号通各种信号通过放大电路时,被放大的幅值和相位移也是不同的。过放大电路时,被放大的幅值和相位移也是不同的。过放大电路时,被放大的幅值和相位移也是不同的。过放大电路时,被放大的幅值和相位移也是不同的。输输 入入 信信 号号 的的 合合 成成4.4.4.4.幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性 :指放大电路放大倍数的幅值与频率的关系。
5、指放大电路放大倍数的幅值与频率的关系。指放大电路放大倍数的幅值与频率的关系。指放大电路放大倍数的幅值与频率的关系。相频特性相频特性相频特性相频特性 :指放大电路放大倍数的相位与频率的关系。指放大电路放大倍数的相位与频率的关系。指放大电路放大倍数的相位与频率的关系。指放大电路放大倍数的相位与频率的关系。5.5.幅频失真和相频失真幅频失真和相频失真幅频失真和相频失真幅频失真和相频失真 幅频失真幅频失真幅频失真幅频失真 :指放大器对不同频率成分的信号放大倍数不同,指放大器对不同频率成分的信号放大倍数不同,指放大器对不同频率成分的信号放大倍数不同,指放大器对不同频率成分的信号放大倍数不同,使放大后的输
6、出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。相频失真相频失真相频失真相频失真 :指放大器对不同频率成分的信号相位移不同,指放大器对不同频率成分的信号相位移不同,指放大器对不同频率成分的信号相位移不同,指放大器对不同频率成分的信号相位移不同,使放大后的输出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。使放大后的输出波形产生的失真。6.6.放大电路三个频区的划分放大电路三个频区的划分放大电路三个频区的划分放大电路三个频区的划分:中频区、低频区、高频区。中频区、低频区、高频区。中频区、低频区、高频区。中频区
7、、低频区、高频区。中频区中频区中频区中频区 :对各种电容的容抗均可以忽略的频率范围。对各种电容的容抗均可以忽略的频率范围。对各种电容的容抗均可以忽略的频率范围。对各种电容的容抗均可以忽略的频率范围。在中在中在中在中频区耦合电容、旁路电容视为短路;频区耦合电容、旁路电容视为短路;频区耦合电容、旁路电容视为短路;频区耦合电容、旁路电容视为短路;三极管结电容,电路三极管结电容,电路三极管结电容,电路三极管结电容,电路分布电容视为开路。分布电容视为开路。分布电容视为开路。分布电容视为开路。低频区低频区低频区低频区 :耦合电容、旁路电容的容抗不可以忽略的频率范耦合电容、旁路电容的容抗不可以忽略的频率范耦
8、合电容、旁路电容的容抗不可以忽略的频率范耦合电容、旁路电容的容抗不可以忽略的频率范围。围。围。围。在低频区,耦合电容、旁路电容的容抗要计算,在低频区,耦合电容、旁路电容的容抗要计算,在低频区,耦合电容、旁路电容的容抗要计算,在低频区,耦合电容、旁路电容的容抗要计算,结结结结电容、分布电容可视为开路。电容、分布电容可视为开路。电容、分布电容可视为开路。电容、分布电容可视为开路。7.7.考虑电容影响的等效电路考虑电容影响的等效电路 下面我们以电阻与电容这两种无源元件组成的网络来分析下面我们以电阻与电容这两种无源元件组成的网络来分析输出电压与输入电压的关系。输出电压与输入电压的关系。高频区高频区高频
9、区高频区 :结电容、分布电容的容抗不可以忽略的频率范围。结电容、分布电容的容抗不可以忽略的频率范围。结电容、分布电容的容抗不可以忽略的频率范围。结电容、分布电容的容抗不可以忽略的频率范围。在高频区,耦合电容、旁路电容视为短路,在高频区,耦合电容、旁路电容视为短路,在高频区,耦合电容、旁路电容视为短路,在高频区,耦合电容、旁路电容视为短路,结电容、分布电结电容、分布电结电容、分布电结电容、分布电容的容抗不可忽略。容的容抗不可忽略。容的容抗不可忽略。容的容抗不可忽略。低通电路低通电路低通电路低通电路 通过上面的分析,我们可以看到当电容处在电路不同通过上面的分析,我们可以看到当电容处在电路不同通过上
10、面的分析,我们可以看到当电容处在电路不同通过上面的分析,我们可以看到当电容处在电路不同位置时,电路输出的电压是不同的。输出电压的大小不仅位置时,电路输出的电压是不同的。输出电压的大小不仅位置时,电路输出的电压是不同的。输出电压的大小不仅位置时,电路输出的电压是不同的。输出电压的大小不仅与信号的频率有关,还与电容容量的大小有关。与信号的频率有关,还与电容容量的大小有关。与信号的频率有关,还与电容容量的大小有关。与信号的频率有关,还与电容容量的大小有关。高通电路高通电路高通电路高通电路RC 低通电路的幅频与相频特性低通电路的幅频与相频特性(无配音)无配音)RC 高通电路的幅频与相频特性高通电路的幅
11、频与相频特性(无配音)(无配音)8.8.共射极放大电路的频率特性曲线共射极放大电路的频率特性曲线共射极放大电路的频率特性曲线共射极放大电路的频率特性曲线综上所述,共射极放大电路的电压放大倍数在三个频区是频综上所述,共射极放大电路的电压放大倍数在三个频区是频率的函数,其表达式为率的函数,其表达式为Au-放大倍数的幅值放大倍数的幅值-放大倍数的相位角放大倍数的相位角中中 频频 区区高高 频频 区区低低 频频 区区3.1.2 3.1.2 线性失真线性失真线性失真线性失真 频率失真又称为线性失真,它包括幅频失真和相频失真。而频率失真又称为线性失真,它包括幅频失真和相频失真。而频率失真又称为线性失真,它
12、包括幅频失真和相频失真。而频率失真又称为线性失真,它包括幅频失真和相频失真。而前面讲的饱和失真;截止失真则称为非线性失真。两者的区前面讲的饱和失真;截止失真则称为非线性失真。两者的区前面讲的饱和失真;截止失真则称为非线性失真。两者的区前面讲的饱和失真;截止失真则称为非线性失真。两者的区别是线性失真不会产生新的频率信号,而非线性失真可以产别是线性失真不会产生新的频率信号,而非线性失真可以产别是线性失真不会产生新的频率信号,而非线性失真可以产别是线性失真不会产生新的频率信号,而非线性失真可以产生新的频率信号。生新的频率信号。生新的频率信号。生新的频率信号。失真失真 失失 真真3.2 3.2 3.2
13、 3.2 三极管的频率参数三极管的频率参数三极管的频率参数三极管的频率参数 实验证明放大电路中的耦合电容和旁路电容主要影响低实验证明放大电路中的耦合电容和旁路电容主要影响低 频特性。三极管的极间电容和电路的分布电容主要影响高频频特性。三极管的极间电容和电路的分布电容主要影响高频 特性。特性。三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数、在三个频区随着频率的变化在三个频区随着频率的变化而变化。即它们也是频率的函数。而变化。即它们也是频率的函数。在低频区和中频区在低频区和中频区在低频区和中频区在低频区和中频区、可以认为是一个常数。一般用可以认为是一个常数。一般用可以认为是一个常数。一般用可以认为是一个
14、常数。一般用 、表示。在高频区随频率的变化而变化。表示。在高频区随频率的变化而变化。表示。在高频区随频率的变化而变化。表示。在高频区随频率的变化而变化。在高频区在高频区与与 f 的关系的关系:f f 信号工作频率信号工作频率 f f 三极管的截止频率三极管的截止频率 0 0 中频区的值中频区的值f fT T特征频率特征频率幅角幅角模值模值3.2.1 3.2.1 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数 的截止频率的截止频率的截止频率的截止频率 f f 当当 f=f 时,时,=0.707 0当当 值下降到值下降到0 的的 0.707 倍时所对应的频率定义为
15、三极管倍时所对应的频率定义为三极管 的截止频率。的截止频率。3.2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 特征频率特征频率特征频率特征频率 f f f fT T T T当当 值下降到值下降到 1 时所对应的频率定义为时所对应的频率定义为 的特征频率的特征频率 f T。当当 f=f T 时时,=1得到得到3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 共基极电流放大系数共基极电流放大系数共基极电流放大系数共基极电流放大系数的的的的截止频率截止频率截止频率截止频率 f f f ff,f,fT 三三者之间的关系:者之间的关系:一般一般定义定义 下降到下降到0 的的0.707倍时所对应的频率倍时所对
16、应的频率f为为的截止频率。的截止频率。3.2.4 3.2.4 三极管的混合参数三极管的混合参数三极管的混合参数三极管的混合参数 型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路 当放大电路必须考虑电容效应时,当放大电路必须考虑电容效应时,当放大电路必须考虑电容效应时,当放大电路必须考虑电容效应时,h h h h 参数也将是频率的参数也将是频率的参数也将是频率的参数也将是频率的 函数,分析时十分困难,为此引入混合参数函数,分析时十分困难,为此引入混合参数函数,分析时十分困难,为此引入混合参数函数,分析时十分困难,为此引入混合参数型等效电路。型等效电路。型等效电路。型等效电路。B BC CE Erberb
17、brbcBBC C C C 三极管电容效应三极管电容效应三极管电容效应三极管电容效应1 1 1 1、完整的混合参数、完整的混合参数、完整的混合参数、完整的混合参数型电路。型电路。型电路。型电路。rberbb rbcBBC C C C r rceceC CB BE E三极管混合三极管混合三极管混合三极管混合 型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路阻值大阻值大受控源用受控源用 表示,而不用表示,而不用 表示,其原因是表示,其原因是 不仅不仅包括流过包括流过 的电流还包括流过电容的电流还包括流过电容C的电流。因此的电流。因此 不再与不再与控制电流控制电流 成正比,理论分析证明受控源与电压成正比,理
18、论分析证明受控源与电压 成正比。成正比。g m 称为跨导称为跨导,它表示它表示 变化变化 1V 时集电极电流时集电极电流 的变化量,的变化量,其单位为其单位为 mA/V 。1.1.三极管在低频区和中频区的混合三极管在低频区和中频区的混合三极管在低频区和中频区的混合三极管在低频区和中频区的混合 型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路 由于在低频区和中频区,三极管的结电容由于在低频区和中频区,三极管的结电容C,C视为开视为开路,路,型混合等效电路图型混合等效电路图a所示。与图所示。与图b的的h参数等效电路相比参数等效电路相比可得两种等效电路参数之间的关系。可得两种等效电路参数之间的关系。从两图上
19、可得:从两图上可得:对比可得:对比可得:r rbebeI I b bB BE EE EC CI I c c图图图图b hb h参数微变等效电路参数微变等效电路参数微变等效电路参数微变等效电路I I b b r rbbbbI I b bB BE EE EC Cg gmmU Ub be eI I c cU Ub be eBB图图 a 型混合等效电路型混合等效电路型混合等效电路型混合等效电路r rbeber rbebeI I b bB BE EE EC CI I c c图图图图b hb h参数微变等效电路参数微变等效电路参数微变等效电路参数微变等效电路I I b b r rbbbbI I b bB
20、BE EE EC Cg gmmU Ub be eI I c cU Ub be eBB图图 a 型混合等效电路型混合等效电路型混合等效电路型混合等效电路r rbebe2.2.高频区简化的混合高频区简化的混合型等效电路型等效电路bbc ce eC C CC CC 高频区三极管极间电容容抗不可忽略。高频区三极管极间电容容抗不可忽略。由于由于C跨接在跨接在 b 两极之间两极之间,计算时列方程比较困难,所以用密勒定理,计算时列方程比较困难,所以用密勒定理 将将C分别折算到输入端等效电容分别折算到输入端等效电容 C和输出端的等效电容和输出端的等效电容 C来来代替。代替。c三极管混合三极管混合三极管混合三极
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- 放大 电路 频率特性
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