模拟电子技术基础章频率响应PPT课件

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1、5.1 频率响应概述频率响应概述频率响应频率响应放大器的电压放大倍数与频率的关系放大器的电压放大倍数与频率的关系)()( |)(ffAfAuu其中： 称为放大器的幅频响应)( |fAu 称为放大器的相频响应)( f 为什么要讨论频率响应? 放大电路中电抗元件及晶体管极间电容的存在,频率变化时,放大倍数也变化,并产生相移.研究放大电路频率响应的必要性研究放大电路频率响应的必要性第1页/共66页必须考虑耦合电容和管子的极间电容下面先分析无源RC电路的频率响应第2页/共66页RCCjRRUUAU/ j11/1iO（1）频率响应表达式：+-+uuiCoRRCf21L令：ffUUAULij11=O 则：

2、2LU)(11ffA 幅频响应：)90Lffarctg(相频响应：频率响应的基本概念频率响应的基本概念1. 1. RC高通电路高通电路第3页/共66页（2） RC高通电路的波特图f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA最大误差最大误差 -3dB时时，当当 Lff 1)/(11|2L ffAUdB 01lg20|lg20 UA时时，当当 Lff L2L/)/(11|ffffAU )/lg(20|lg20LffAU 斜率为斜率为 20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线2LU)(11ffA 幅频响应： 1 . 0Lff 1 . 0| UAdB20|lg20 UA

3、01. 0Lff 01. 0| UAdB40|lg20 UA20dB/十倍频十倍频 Lff 707. 0| UAdB3|lg20 UA第4页/共66页时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 0 90 时时，当当 Lff 时时，当当 100.1 LLfff 十倍频程的直线斜率为/45- 可见：当频率较高时，AU 1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低， AU 下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前9090o o。 其中，fL L是一个重要的频率点，称为下限截止频率下限截止频率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40）（dB|lg20UA20dB/十倍频

4、十倍频相频响应)arctg(90Lfff0.01fL00.1fL fL10fL9045 45 十倍频/45第5页/共66页2. 2. RC低通电路低通电路RCCRCUUAUjjjiO1111（1）频率响应表达式：RCf 21H 令：HijOffUUAU11则：+-RuuiCo2HU)(11ffA 幅频响应：)arctg(Hff 相频响应：第6页/共66页（2） RC低通电路的波特图最大误差最大误差 -3dB时时，当当 Hff 1)/(11|2H ffAUdB 01lg20|lg20 UA时时，当当 Hff ffffAU/)/(11|H2H )/lg(20|lg20HffAU 0分贝水平线分贝水

5、平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线2HU)(11ffA 幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程 10Hff 1 . 0| UAdB20|lg20 UA 100Hff 01. 0| UAdB40|lg20 UA Hff 707. 0| UAdB3|lg20 UA第7页/共66页相频响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 090时时，当当 Hff 45时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 可见：当频率较低时，AU 1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着

6、频率的提高， AU 下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后9090o o。 其中fH H是一个重要的频率点，称为上限截止频率上限截止频率。 )arctg(Hff f0.1fH0fH10fH100fH-20-40）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45-90 十十倍倍频频/45 这种对数频率特性曲线称为波特图这种对数频率特性曲线称为波特图第8页/共66页5.2 BJT5.2 BJT的高频等效模型的高频等效模型 rbb 基区的体电阻的混合的混合型模型型模型rbe发射结电阻 b是假想的基区内的一个点。Cbe / C发射结电容rbc

7、集电结电阻Cbc / C 集电结电容eb.mUg受控电流源，代替了.bI 混合型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。 rc re 体电阻第9页/共66页晶体管结构示意图及混合模型 （2）用 代替了 。因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。eb.mUg.bI 特点：（1）体现了三极管的电容效应阻值小阻值大第10页/共66页rbc很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。简化的混合简化的混合模型连接了输入回路和输出回路第11页/共66页：，。，C得输出回路将其等效折合到输入与则单向化使电路的分析复杂跨接在输入与输出之间 CKKCCKCCCKC. .) 1(2)1 (1)1 ( 3ebce

8、UUK第12页/共66页混合 模型与H参数模型电阻值相同 4mV26)1 (EQebIr混合混合参数的估算参数的估算+bebbceurm+g-urbibcbeebei+c-beub+u+iubcc-+bbe+ircebe-uebi 50.0. TEQebmebbebbebmcUIrgrIUIUgI 第13页/共66页 CCfgCfrCfrCfffobm 722126TebTeb00T 共射截止频率共射截止频率补充公式：补充公式：第14页/共66页5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型与晶体管的相似（忽略）gddsdsgdgsgsCKKCCCKCC. .) 1()1 (第15页/共

9、66页5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应 如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究。中频时：极间电容视为开路，耦合电容(或旁路电容)视为短路。低频时：极间电容视为开路，耦合电容(或旁路电容)不容忽视。高频时：极间电容不容忽视，耦合电容(或旁路电容)视为短路。5.4.1单管共射放大电路的频率响应Cj 1从容抗角度思考：从容抗角度思考： ？ ？第16页/共66页一 .中频电压放大倍数中频时：极间电容视为开路，耦合电容(或旁路电容)视为短路。 可用前面讲的h参数等效电路分析视为短路；视为开路；LebRCrC11第17页/共66页 180 beLiSirRRRRuuA S

10、Ousm中频电压放大倍数：)/(/.LCmbeebisieboiebsisousmbebiRRgrrRRRUUUUUUUUArRR 带带载载时时：对比：)(.CmbeebisieboiebsisousmRgrrRRRUUUUUUUUA 空空载载时时：第18页/共66页二. 低频电压放大倍数低频时：极间电容视为开路，耦合电容(或旁路电容)不容忽视。 低频电压放大倍数：该电路有 一个RC高通环节。有下限截止频率。图：单管共射放大电路的低频等效电路.oososouslUUUUUUA ？第19页/共66页LCLCmbeebisioososouslRCjRRRgrrRRRUUUUUUA 1)(.CRRf

11、LCL)(21 下限截止频率：下限截止频率：)(LCRR 分分子子分分母母同同除除以以是带载的是带载的usmA.jffALusm 11.第20页/共66页共射放大电路低频段的波特图共射放大电路低频段的波特图幅频响应 ： 2LusmusL)(11lg20|lg20|lg20ffAA 相频响应 ： )arctg(-90)arctg(-90(180LLffff。- f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135 十十倍倍频频/45 f0.01fL0.1fL fL10fL）（ dB|lg20UA20dB/十倍频十倍频|lg20usmA ？最大附加相移90第21页/共66页高频时：极间电容

12、不容忽视，耦合电容(或旁路电容)视为短路。这时要用混合等效电路，画出高频等效电路如图所示。三. 高频电压放大倍数 该电路有 一个RC低通环节。有上限截止频率。.ebosebsssoushUUUUUUUUA ？第22页/共66页用戴维南定理将C左端的电路进行变换：第23页/共66页beiSisie bbbe bibee bs/rRRURRRrrrUrrUb 其其中中：)/(/bsbbe bRRrrR 等效电阻等效电阻开路电压开路电压R SU第24页/共66页HusmLmbeebisiebosebsssoushffjARgRCjRCjrrRRRUUUUUUUUA 11) (111. 21HRCf

13、上限截止频率：上限截止频率：是带载的是带载的usmA.第25页/共66页共射放大电路高频段的波特图共射放大电路高频段的波特图幅频响应 ： 2HusmusH)(11lg20|lg20|lg20ffAA 相频响应 ： )arctg(180Hff f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270 十十倍倍频频/45 f0.1fHfH10fH100fH）（dB|lg20UA-20dB/十倍频程十倍频程|lg20usmA最大附加相移-90第26页/共66页四. 完整的共射放大电路的频率响应（波特图）)j1(1)j1(1HLusmusffffAA ;AA;AA;AA.ushususlususmu

14、sHLfffff 高高频频时时，当当低低频频时时，当当时时，当当讨讨论论： ？第27页/共66页单管共射放大电路的波特图第28页/共66页总等效电阻。总等效电阻。是从电容两端向外看的是从电容两端向外看的其中其中所在回路的时间常数。所在回路的时间常数。：极间电容和耦合电容：极间电容和耦合电容时间常数时间常数电压放大倍数是关键电压放大倍数是关键上下限频率、中频上下限频率、中频小结：小结：R 例题第29页/共66页解：1、求Q2、求混合模型中的参数3、求中频电压放大倍数4、求上下限频率5、画波特图 ？第30页/共66页5.4.2 单管共源放大电路的频率响应中频电压放大倍数：)/(.LCmsousmR

15、RgUUA- )j1(1)j1(1HLusmusffffAA gsgCRf21H 上限截止频率：上限截止频率：CRRfLdL)(21 下限截止频率：下限截止频率：第31页/共66页放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积增加通频带：降低下限频率，采用直接耦合方式。提高上限频率，采用降低又因： HLmLmfRgCRgCC)1 ( )/(.LCmbeebisiusmRRgrrRRRA加矛盾加矛盾的提高与中频增益的增的提高与中频增益的增Hf第32页/共66页（1）通频带：）通频带：（2 2）带宽- -增益积：fbwAumBJTBJT（FETFET） 一旦确定，带宽增益积基

16、本为常数即：增益增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。应用：应用： 频率失真频率失真由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。产生的失真。通频带的宽窄问题。通频带的宽窄问题。HLHbwffff 两个频率响应指标：两个频率响应指标：第33页/共66页5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路频率的定性分析 nkkuknkunkukuAAAA1.1.1.lg20lg20 即：即：例如:两级放大电路相同。时时当当时时当当906lg40lg20906lg40lg20lg40lg20.1.1.1.1.1. dBAA，ffdBAA，ffAAumuHumuLum

17、u多级放大电路频率响应表达式: ？多级多管多个高频等效电路多个低通电路多个上限截止频率多级多耦合多个低频等效电路多个高通电路多个下限截止频率重点：如何求上下截止频率？且截止频率与每个电容有什么关系？第34页/共66页)()(2121HHHLLLffffff： 根根据据截截止止频频率率的的定定义义具有普遍意义的波特图及表达式 :bwkbwHkHLkLffffff 第35页/共66页截止频率的估算截止频率的估算一、下限频率时：时：当当Lff ？则：第36页/共66页适用于各级截止频率相差不大的情况两边取平方：展开整理得：加上修正系数得：第37页/共66页二、上限频率时：当Hff 多级放大电路高频段

18、的电压放大系数：则：第38页/共66页适用于各级截止频率相差不大的情况两边取平方：展开整理得：加上修正系数得：第39页/共66页总结：截止频率的估算一、下限频率二、上限频率适用于各级截止频率相差不大的情况第40页/共66页两级相同的放大电路的上下限截止频率分别为：三级相同的放大电路的上下限截止频率分别为：在多级放大电路中，若某级下限频率远高于其它各级的下限频率，总的下限频率为该级的下限频率若某级上限频率远低于其它各级的上限频率，总的上限频率为该级的上限频率 适用于各级截止频率相差很大的情况特例：第41页/共66页例题已知电路的各极均为共射放大电路，其对数幅频 特性如图，试求下限上限频率以及电压

19、放大倍数解：低频只有一个拐点，下限频率为；高频只有一个拐点,每级上限频率均为，为三级放大电路则上限频率：kHzffHH106=52.0=1353.354.)102+1)(10+1(10=)102+1)(10+1(10=jfjfjfAjfjfAuu或或电压放大倍数与频率有关第42页/共66页例题分别求出图点所示稳定电路中e所确定的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式考虑e和极间电容的影响的动态等效电路图：对于多个耦合电容和旁路电容的电路第43页/共66页考虑一个电容时，其它电容作理想化处理考虑时的等效电路图：考虑时的等效电路图：222)(2121CRRfLcL 12111)/(2121CrRR

20、RfbebbsL 21:LLff一般第44页/共66页考虑e时的等效电路图：esbbbeeLeCRRRrf)1/(Re/212121 .C,21LeLLLefff，f则则下下限限频频率率为为远远大大于于率率相相同同则则比比较较三三个个下下限限频频若若.21CC，C，e的的容容量量远远大大于于为为改改善善电电路路的的低低频频特特性性一一般般说说来来第45页/共66页)/(/b2b1sbbe bRRRrrR 21HRCf 上限截止频率：上限截止频率：第46页/共66页bbrsmuAC二、电路如图T5.2所示。已知：VCC12V；晶体管的C4pF，fT = 50MHz，100, 080。试求解： （

21、1）中频电压放大倍数 （2）（3）fH和fL； （4）画出波特图。 第47页/共66页解：（1）静态及动态的分析估算： V3mA8 .1)1(A 6 .22cCQCCCEQBQEQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI beLiSirRRRRA usmmA/V2 .69k27.1k27.1k17.1mV26)1(TEQmbbeiebbbbeEQeb UIgRrRrrrIr 178)(cmbeebisism RgrrRRRAu第48页/共66页pF1602)1(pF2142)(2cmTeb0eb0T CRgCCCfrCCCrf Hz14)21kHz17521567)()(isLHsbbebbsb

22、beb CRRfRCfRrrRRrrR(（2）估算（3）求解上限、下限截止频率： 主抓C的回路求R第49页/共66页（4）在中频段的增益为 dB45lg20smuA频率特性曲线如图所示： 45波特画法及注意事项：第50页/共66页m uAm uAuA三已知某放大电路的波特图如图所示，填空： （1）电路的中频电压增益20lg| 60 dB， （2）电路的下限频率fL 10 Hz，上限频率fH 10 kHz. （3）电路的电压放大倍数的表达式 。 103 。低频区：只有一个拐点,则下限频率10HZ高频区：有二个拐点,则上限频率104和105HZ)101)(101)(101(100)101)(101

23、)(101(1054.543.jfjfjfjfAjfjfjfAuu 或或第51页/共66页 5.1 在图所示电路中，已知晶体管的bbr、C、C，Rirbe。 填空：除要求填写表达式的之外，其余各空填入增大、基本不变、减小。CC 解：（1）在空载情况下，下限频率的表达式fL当Rs减小时，fL将1 ；当带上负载电阻后，fL将 2或1 。 （2）在空载情况下，若b-e间等效电容为则上限频率的表达式fH ；当Rs为零时，fH将 1 ；当Rb减小时，gm将 1 ，将 1 ，fH将 3 。 C1bebs )(21CrRRsbbbeb)(21CRRrr第52页/共66页5.2 已知某电路的波特图如图所示，试

24、写出uA的表达式。 )10j1)(10j1 (3.2j )10j1)(j101 (3255fffAffAuu或 解: 设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。第53页/共66页 5.3 已知某共射放大电路的波特图如图所示，试写出uA的表达式。)105 . 2j1)(10j1)(1 (10 )105 . 2j1)(j101)(j11 (100 55ffjfjfAfffAuu或解：第54页/共66页 5.4 已知某电路的幅频特性如图所示，试问： （1）该电路的耦合方式； （2）该电路由几级放大电路组成； （3）当f 104Hz时，附加相移为多少？当f 105时，附加相移又约为多少？ 解:（1）

25、因为下限截止频率为0，所以电路为直接耦合电路； （2）因为在高频段幅频特性为60dB/十倍频，所以电路为三级放大电路； （3）当f 104Hz时，135o；当f 105Hz时，270o 。（） （）试写出电压放大倍数的表达式，并近似估算该电路的上限频率fH。 j343)101 (10fAukHz HH2 . 552. 031 . 11Hfff上限频率：第55页/共66页)10j1)(10j1 (j105fffAumuA5.6 已知某电路电压放大倍数 试求解： （1）？fL？fH ? （2）画出波特图。Hz10Hz10100)10j1)(10j1 (10j1005HLm5ffAfffAuu 解：

26、（1）变换电压放大倍数的表达式，求出（2）波特图如解图所示。第56页/共66页 105 . 2j110j15j1j20054ffffAum uA 5.7 已知两级共射放大电路的电压放大倍数 （1）？fL？fH ? （2）画出波特图。Hz10 Hz5 10 )105 . 2j1)(10j1)(5j1 (5j104HL3m543ffAffffAuu第57页/共66页（2）波特图如图所示 2.5第58页/共66页 5.8 电路如图所示。已知：晶体管的 、bbr、C均相等，所有电容的容量均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流IEQ均相等。定性分析各电路，将结论填入空内。（1）低频特性最差即下限频率

27、最高的电路是 a ; 因为旁路电容的作用（2）低频特性最好即下限频率最低的电路是c ; 因为fL1 fL2 （3）高频特性最差即上限频率最低的电路是 cHbb1sbbeb21)(RCfRRRrrR 第59页/共66页 5.9 在图所示电路中，若 100，rbe1k，C1C2Ce100F， 则下限频率fL? 解：由于所有电容容量相同，而Ce所在回路等效电阻最小， 所以下限频率决定于Ce所在回路的时间常数。 Hz80 212011eLsbebsbeeRCfRrRRrRR忽略忽略第60页/共66页5.10 在图所示电路中,若要求C1与C2所在回路的时间常数相等,且已知rbe=1k， 则C1:C2?

28、若C1与C2所在回路的时间常数均为25ms，则C1、C2各为多少？ 下限频率fL? Hz4 . 621F 5 . 2F 5 .12L2L1Lc2is1 ffRRCRRC解：（1）求解C1:C2 因为 C1（RsRi）C2（RcRL） 将电阻值代入上式，求出 C1 : C25 : 1。 （2）求解C1、C2的容量和下限频率 Hz1021 . 1L1L ff第61页/共66页HzRCf6021eL 2011sbebsbee RrRRrRR13321Le RfC 5.12 在图P5.8（a）所示电路中，若C1Ce，C2Ce， 100，rbe1k，欲使fL 60Hz，则Ce应选多少微法？F解：下限频率

29、决定于Ce所在回路的时间常数:第62页/共66页bbrC 5.13 在图P5.8（d）所示电路中，已知晶体管的100，rbe1k，静态电流IEQ2mA，800pF；Rs2k，Rb500 k，RC3.3 k，C=10F。 试分别求出电路的fH、fL，并画出波特图。 解：（1）求解fL Hz3 . 5)( 21)( 21besisLrRRRf第63页/共66页dB6 .37lg2076)()(V/mA77kHz316)( 21)( 21k9 . 0smLmbesebLmbeebisismTEQmsbbebsbbbebHbbbeebuuARgrRrRgrrRRRAUIgCRrrCRRrrfrrr （2）求解fH和中频电压放大倍数第64页/共66页由波特图读出： 几级放大电路：由高频段决定 拐点个数：决定有几个上下限截止频率 波特图的斜率值决定： 低频时有几个C起作用， 高频时电路有几级放大电路。第65页/共66页感谢您的观看。第66页/共66页