基本放大器高低截止频率的估算课件

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1、5-3 基本放大器高、低截止频率的估算基本放大器高、低截止频率的估算一、主极点的概念一、主极点的概念二、基本放大器上、下限截止频率的估算二、基本放大器上、下限截止频率的估算三、多级放大器上、下限截止频率的估算方法三、多级放大器上、下限截止频率的估算方法一、主极点的概念一、主极点的概念1 1、基本放大器零、极点的分布特点、基本放大器零、极点的分布特点低频段：低频段：零点通常比极点在数值上小得多。零点通常比极点在数值上小得多。高频段：高频段：零点通常比极点在数值上大得多。零点通常比极点在数值上大得多。零点对高、低截止频率的影响通常可以忽略不计。零点对高、低截止频率的影响通常可以忽略不计。2 2、低

2、频主极点、低频主极点在低频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝在低频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝对值大对值大4 4倍以上，则该极点倍以上，则该极点对低频截止频率起决定作用对低频截止频率起决定作用，称之为称之为低频主极点低频主极点。3 3、高频主极点、高频主极点在高频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝在高频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝对值小对值小4 4倍以上，称之为倍以上，称之为高频主极点高频主极点，它对，它对高频截止频高频截止频率起决定作用率起决定作用。即放大器的高、低截止频率主要由高、低频段的极点决定。即放大器的高、低截止频率主要由高、低频段的极点决

3、定。例如：某放大器高频区的电压增益为：例如：某放大器高频区的电压增益为：;41MHzfP;2.962MHzfP 20lg|Au|/dB4f/MHz40 96.29624020-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频fP1对对BW起主导作用，为主极点。起主导作用，为主极点。fP2对对BW基本无作用，为非主极点。基本无作用，为非主极点。)2.961)(41(100)1)(1()0()(21ssfsfsAsAppuuh )MHz(两个极点：两个极点：;41MHzfBWP 二、基本放大器上、下限截止频率的估算方法二、基本放大器上、下限截止频率的估算方法C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSu

4、SVCC+u在已知电路参数的条件，如何估算放大器的上限截止频率在已知电路参数的条件，如何估算放大器的上限截止频率 fH 和下限截止频率和下限截止频率fL？估算上限截止频率估算上限截止频率 fH 开路时间常数法开路时间常数法估算下限截止频率估算下限截止频率fL 短路时间常数法短路时间常数法适用范围：适合用于不含电感的放大电路。适用范围：适合用于不含电感的放大电路。只含电阻只含电阻和受控源的和受控源的线性网络线性网络C1C2二阶的线性网络模型二阶的线性网络模型1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（1）什么叫开路时间常数）什么叫开路时间常数R1OR2OC2开路

5、时，开路时，C1的开路时间常数。的开路时间常数。ORC111 C1开路时，开路时，C2的开路时间常数。的开路时间常数。ORC222 某个电容的开路时间常数某个电容的开路时间常数是指将电路中的是指将电路中的其他电容其他电容开路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。开路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（2）放大电路上限截止频率）放大电路上限截止频率fH与各电容开路时间常数间的关系与各电容开路时间常数间的关系 2HHf jnjjOCR 121 式子的意义：式子的意义：-放大电路上限截止角放大电路上限截止角频率的倒数

6、恒等于相应的高频等效电频率的倒数恒等于相应的高频等效电路中各电容的开路时间常数之和。路中各电容的开路时间常数之和。jnjjOHCR 11 利用这个开路时间常数法计算得到的利用这个开路时间常数法计算得到的fH总是低于实际的总是低于实际的上限频率，为此引入修正系数上限频率，为此引入修正系数(1.14)以减小误差。以减小误差。14.1 修正修正系数系数1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（3）估算放大电路的上限截止频率）估算放大电路的上限截止频率fH 的方法的方法首先首先画出放大电路的在高频段的微变等效电路，此时耦合电画出放大电路的在高频段的微变等效电路，此时

7、耦合电 容、旁路电容等大电容应短路，放大管的极间电容、电路的分容、旁路电容等大电容应短路，放大管的极间电容、电路的分 布电容须考虑，因此布电容须考虑，因此BJT的模型应该用混的模型应该用混模型。模型。分别求出电路中每一个电容的开路时间常数；分别求出电路中每一个电容的开路时间常数；jjOjCR 关键是求关键是求RjO：应将：应将Cj以外的其他电容都开路，把独立信以外的其他电容都开路，把独立信号源置零，此时该电容两端的等效电阻即为号源置零，此时该电容两端的等效电阻即为RjO.将所有电容的开路时间常数代入将所有电容的开路时间常数代入 计算公式即可估算出计算公式即可估算出fH。jnjjOHCRf 12

8、14.1 bbrbeCbcgmubecerbbCbeube+-应用应用1估算共射放大器的上限截止频率：估算共射放大器的上限截止频率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+RbRSuS+bceLR LR RbRSuS高频段的微变等效电路高频段的微变等效电路bbrbeCbcgmubecerbbCbeube+-LR RbRSuS高频段的微变等效电路高频段的微变等效电路Cb e的开路时间常数：的开路时间常数：ebOCR 11 R1OebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 bbrbeCbcgmubecerbbCbeube+-LR RbRSuS高频段的微变等效电路高频段的微

9、变等效电路Cb C的开路时间常数：的开路时间常数：cbOCR 22 bR R2Oii;/2iURcbO ;iRubeb LbmbCbRiRgiiRu )(;iRgugbmebm LbmbcbORRgRiuR )1(2 cbLbmbCRRgR )1(2 Cb e的开路时间常数：的开路时间常数：ebOCR 11 ebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 Cb C的开路时间常数：的开路时间常数：cbOCR 22)(214.121 Hf放大电路的上限截止频率放大电路的上限截止频率fH：CbLbmbebbHCRRgRCRf )1(14.121;/2iURcbO ;iRubeb LbmbC

10、bRiRgiiRu )(;iRgugbmebm LbmbcbORRgRiuR )1(2 cbLbmbCRRgR )1(2 Cb e的开路时间常数：的开路时间常数：ebOCR 11 ebSbbbOrRRrR /)/(1bR ebbCR 1 应用应用2估算共基放大器的上限截止频率：估算共基放大器的上限截止频率：（1 1）共基放大器的高频微变等效电路：）共基放大器的高频微变等效电路：uSRSCLRCRL负载负载电容电容rbbbbrbegmu1ceCbeu1+-CbCRSuSLR CL忽略忽略rbb 后的等效电路后的等效电路：uSRSRLrbe+-u1gmu1ecCLbCbeLCbLCCC 忽略忽略r

11、bb 后的等效电路后的等效电路：uSRSRLrbe+-u1gmu1ecCLbCbeR1OuSRSRLrbe+-u1gmu1ecCLbCbeR2OLCbLCCC 受控电流源的内阻很大，所以当受控电流源的内阻很大，所以当在在CL两端加上电压后，两端加上电压后，rbe上的上的分压分压u10；gmu10；R2O。Cb e的开路时间常数：的开路时间常数：ebOCR 11;/)/(11OebSORrRR mmOguguR/1/111 )/1/()/(1mebSOgrRR （很小）（很小）mg/1 CL 的开路时间常数：的开路时间常数：LOCR 22 LOORRR /22LR Cb e的开路时间常数：的开路

12、时间常数：ebOCR 11;/)/(11OebSORrRR mmOguguR/1/111 )/1/()/(1mebSOgrRR （很小）（很小）mg/1 CL 的开路时间常数：的开路时间常数：LOCR 22)(LCbLCCC LOORRR /22LR )(214.121 Hf放大电路的上限截止频率放大电路的上限截止频率fH：LLebmCRCg /11214.1 当当CL 0时，时，TebmHfCgf14.1)2(14.1 此时放大器的高频特性受负载电阻的影响很小。此时放大器的高频特性受负载电阻的影响很小。共基放大电路的上限截共基放大电路的上限截止频率很高，高频特性止频率很高，高频特性好，通频带

13、宽。好，通频带宽。只含电阻只含电阻和受控源的和受控源的线性网络线性网络C1C2二阶的线性网络模型二阶的线性网络模型2、短路时间常数法、短路时间常数法（估算下限截止频率（估算下限截止频率fL）（1）什么叫短路时间常数）什么叫短路时间常数R1SR2SC2短路时，短路时，C1的短路时间常数。的短路时间常数。SRC111 C1短路时，短路时，C2的短路时间常数。的短路时间常数。SRC222 某个电容的短路时间常数某个电容的短路时间常数是指将电路中的是指将电路中的其他电容其他电容短路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。短路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。（2）放大电路下限截止频率）放大电路下

14、限截止频率fL的估算方法的估算方法 njjjSLCRf112114.11 修正修正系数系数（3）估算放大电路的下限截止频率）估算放大电路的下限截止频率fL 的步骤的步骤首先首先画出放大电路的在低频段的微变等效电路，此时放大画出放大电路的在低频段的微变等效电路，此时放大 管的极间电容、分布电容视为开路，耦合电容、旁路电容管的极间电容、分布电容视为开路，耦合电容、旁路电容 等大电容必须保留。等大电容必须保留。分别求出电路中每一个电容的短路时间常数；分别求出电路中每一个电容的短路时间常数；jjsjCR 将所有电容的短路时间常数将所有电容的短路时间常数 代入代入 计算公式即可估算出计算公式即可估算出f

15、L。njjjSLCRf112114.11 uSRbRCrbe ibcbRSC1RLCeReibC2e应用应用1估算共射放大器的下限截止频率：估算共射放大器的下限截止频率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+低频段的微变等效电路低频段的微变等效电路C1两端的等效电阻：两端的等效电阻：bebSSrRRR/1 C2两端的等效电阻：两端的等效电阻：LCSRRR 2Ce两端的等效电阻：两端的等效电阻：1/SbeeeSRrRRC2各电容的短路时间常数：各电容的短路时间常数：应用应用1估算共射放大器的下限截止频率：估算共射放大器的下限截止频率：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVC

16、C+C1两端的等效电阻：两端的等效电阻：bebSSrRRR/1 C2两端的等效电阻：两端的等效电阻：LCSRRR 2Ce两端的等效电阻：两端的等效电阻：各电容的短路时间常数：各电容的短路时间常数：njjjSLCRf112114.11)111(14.12132211eSSSLCRCRCRf 1/SbeeeSRrRR三、多级放大器高低截止频率的估算三、多级放大器高低截止频率的估算222211.1LnLLLffff 可以证明：可以证明：222211111.11HnHHHffff 级联的级数越多，级联的级数越多，fL fH 放大器的总的通频带越窄。放大器的总的通频带越窄。Au1（fH1，fL1）uiA

17、u2（fH2，fL2）Aun（fHn，fLn）uO放大器的总的通频带比任何单级的通频带都要窄。放大器的总的通频带比任何单级的通频带都要窄。222211.1LnLLLffff 222211111.11HnHHHffff ),max(21LnLLLffff 2 2、若各级放大器的高、低截止频率相差较大（、若各级放大器的高、低截止频率相差较大（4 4倍以上），则：倍以上），则：),min(21HnHHHffff 1 1、若各级放大器的高、低截止频率数值相等，则有：、若各级放大器的高、低截止频率数值相等，则有：;12/1 nLiLff12/1 nHiHff第五章第五章 小结小结一、放大器频率响应的基本

18、概念一、放大器频率响应的基本概念1 1、频率特性函数：、频率特性函数：)(juue|)j(A|)j(A 2 2、影响放大器频率特性的主要因素：、影响放大器频率特性的主要因素：低频区：耦合和旁路电容；低频区：耦合和旁路电容；高频区：极间电容和分布电容高频区：极间电容和分布电容3 3、表征放大器频率特性的主要特征参数：、表征放大器频率特性的主要特征参数：（1）中频增益）中频增益Au0及相角及相角 O：（与频率无关）（与频率无关）在整个频段内，在整个频段内，|Au0|是最大的。是最大的。（2）fH和和fL：021)()(uLuHuAfAfA （3）BW：LHffBW （4）GBW：|0BWAGBWu

19、 综合表征增益综合表征增益与带宽的性能与带宽的性能uOjiHA)p()z(K)s(Alim 0s 二、放大电路的增益函数的特点二、放大电路的增益函数的特点放大电路的一般表达式及特点：放大电路的一般表达式及特点：njjmiiupszsKsA11)()()(;nm;0 ipn等于电路中独立电抗元件的数目。等于电路中独立电抗元件的数目。1 1、低频段的增益函数：、低频段的增益函数：;nm uOLAKsA )(lim s2 2、高频段的增益函数：、高频段的增益函数：;nm 3 3、全频段的增益函数：、全频段的增益函数：;nm 其中频电压增益可通过波特图判断其中频电压增益可通过波特图判断 njjmiiu

20、pszsKsA11)1()1()(三、放大电路波特图的绘制方法三、放大电路波特图的绘制方法方法：方法：（1）将增益函数变换成作图的）将增益函数变换成作图的 标准表达式。标准表达式。（2）每经过一个单个零点，幅频波特图的渐进线频率）每经过一个单个零点，幅频波特图的渐进线频率 改变（改变（+20dB/十倍频）；十倍频）；每经过一个单个极点，幅频波特图的渐进线频率每经过一个单个极点，幅频波特图的渐进线频率改变（改变（-20dB/十倍频）；十倍频）；（3）零点、极点因子在）零点、极点因子在0.1 z、0.1 P之后开始贡献相位之后开始贡献相位一般零点贡献相位的斜率为（一般零点贡献相位的斜率为（+45d

21、B/十倍频）；十倍频）；在在 z出处贡献相位出处贡献相位45；10 z后为后为+90；一般极点贡献相位的斜率为一般极点贡献相位的斜率为（-45dB/十倍频）；十倍频）；在在 P出处贡献相位出处贡献相位-45；10 P后为后为-90；四、用时间常数法估算放大电路的上、下限截止频率四、用时间常数法估算放大电路的上、下限截止频率 njjjSLCRf1114.121 njjjOHCRf11214.1 例题：已知放大器的电压增益函数为：例题：已知放大器的电压增益函数为：试画出其幅频特性和相试画出其幅频特性和相频特性渐进波特图，指频特性渐进波特图，指出其上限频率出其上限频率fH和下限和下限频率频率fL及中

22、频增益及中频增益AuO各各为多少？为多少？)10)(10(10)(528 ssssAu解：解：将函数化成作图的标准形式：将函数化成作图的标准形式：)101(10)101(1010)(55228ssssAu )101)(101(1052sss )101)(101(10)(52 jjjjAu /rad/sAu()(dB)10.18040200-20-406010210103105104106)101)(101(10)(52ssssAu )101)(101(10)(52 jjjjAu 20dB/十倍频十倍频-20dB/十倍频十倍频AuO /rad/s()度度0.190450-45-901011021

23、04103105106)10s1)(10s1(s10)s(A52u )101)(101(10)(52 jjjjAu -45/十倍频十倍频-45/十倍频十倍频 fAu()(dB)2020400.5M605M例题：两级放大器中各级的幅频特性的波特图分别如下图所示：例题：两级放大器中各级的幅频特性的波特图分别如下图所示：70 fAu1()(dB)2020400.5M20dB20dB-20dB-20dB fAu2()(dB)5M30-20dB-20dB-40dB-40dB-20dB-20dB20dB20dB50画出该放大器的总的幅频波特图，并确定其中频增益画出该放大器的总的幅频波特图，并确定其中频增益及上、下限截止频率。及上、下限截止频率。例题：例题：若两级级联放大电路若两级级联放大电路，它们的上下限频率有下述关系：，它们的上下限频率有下述关系：,5;51221LLHHffff 则总的通频带则总的通频带 f0.7 ()。11LHffA、21LHffB、22LHffC、12LHffD、C说明：如果放大电路中存在主极点，则放大电路的通频带说明：如果放大电路中存在主极点，则放大电路的通频带 主要是由主极点决定。主要是由主极点决定。牛羊催肥 佟宜然敠