《模拟电路课件优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路课件优秀PPT.ppt（32页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、3.1频率特性的一般概念频率特性的一般概念3.1.1频率特性的概念频率特性的概念1.中频区中频区各种电容作用可以忽视的频率范围通常称为中频区。在中各种电容作用可以忽视的频率范围通常称为中频区。在中频区内，电压放大倍数频区内，电压放大倍数Au基本上不随频率而变更，保持一常基本上不随频率而变更，保持一常数，此时的放大倍数称为中频区放大倍数数，此时的放大倍数称为中频区放大倍数Aum。由于电容不。由于电容不考虑，所以也无附加相移。其次章所进行的动态分析都是在考虑，所以也无附加相移。其次章所进行的动态分析都是在放大电路的中频区。放大电路的中频区。2.高频区高频区高频区，影响频率特性的主要因素是管高频区，
2、影响频率特性的主要因素是管子的极间电容和接线电容等，这些电容对子的极间电容和接线电容等，这些电容对高频特性的影响可用高频特性的影响可用RC低通电路图来模低通电路图来模拟。拟。当频率当频率，容抗，容抗1/C，致使容抗上的，致使容抗上的分压减小，放大电路的输出电压减小，从分压减小，放大电路的输出电压减小，从而使放大倍数下降。同时将在输出电压与而使放大倍数下降。同时将在输出电压与输入电压间产生附加的滞后相移。输入电压间产生附加的滞后相移。RC低通电路图低通电路图3.低频区低频区在放大电路的低频区内，耦合电容和射在放大电路的低频区内，耦合电容和射极旁路电容对放大电路的影响，可用极旁路电容对放大电路的影
3、响，可用RC高高通电路图来模拟。当频率降低时，容抗增通电路图来模拟。当频率降低时，容抗增大，致使容抗上的分压加大，放大电路的大，致使容抗上的分压加大，放大电路的输出电压减小，从而使放大倍数降低。同输出电压减小，从而使放大倍数降低。同时也会在输出电压与输入电压间产生附加时也会在输出电压与输入电压间产生附加的超前相移。的超前相移。截止频率截止频率综上所述，在频域内，共放射极放大电路的电压放大倍数综上所述，在频域内，共放射极放大电路的电压放大倍数将是一个复数，将是一个复数，幅度幅度Au和相角和相角都是频率都是频率f的函数，分别称的函数，分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。我们将放大倍数下降到为放大
4、电路的幅频特性和相频特性。我们将放大倍数下降到中频区放大倍数中频区放大倍数Aum0.707倍的频率通称为截止频率，在低频倍的频率通称为截止频率，在低频的段截止频率称为下限频率的段截止频率称为下限频率fl，在高频段的截止频率称为上，在高频段的截止频率称为上限频率限频率fh，上、下限频率称之差为通频带，上、下限频率称之差为通频带fbw。通频带的宽。通频带的宽度，表征放大电路对不同频率的输入信号的响应实力，它是度，表征放大电路对不同频率的输入信号的响应实力，它是放大电路的重要技术指标之一。放大电路的重要技术指标之一。RC高通电路图高通电路图共放射极放大电路的频率特性共放射极放大电路的频率特性 (a)
5、幅频特性幅频特性(b)相频特性相频特性线性失真线性失真由于放大电路对不同频率成分的放大倍数不同，而产生的由于放大电路对不同频率成分的放大倍数不同，而产生的失真称为幅频失真；同样由于放大电路对不同频率成分的相失真称为幅频失真；同样由于放大电路对不同频率成分的相位移不同，而产生的失真称为相频失真。无论是幅频失真还位移不同，而产生的失真称为相频失真。无论是幅频失真还是相频失真，都是由线性电抗元件引起的，故这种失真称为是相频失真，都是由线性电抗元件引起的，故这种失真称为线性失真，在输出波形中不产生新的频率成分线性失真，在输出波形中不产生新的频率成分 。幅幅频频失失真真相相频频失失真真3.2晶体管的频率
6、参数晶体管的频率参数影响放大电路的频率特性，除了电容外，还有影响高频特影响放大电路的频率特性，除了电容外，还有影响高频特性的晶体管内部频率参数：共射极截止频率性的晶体管内部频率参数：共射极截止频率ff、特征频率、特征频率fTfT和共基极截止频率和共基极截止频率ff等。等。3.2.1 3.2.1 共射极截止频率共射极截止频率ff晶体管共放射极放大电路的电流放大系数晶体管共放射极放大电路的电流放大系数是也频率的函是也频率的函数。中、低频时，数。中、低频时，=0=0是常数；当频率上升时，由于管子是常数；当频率上升时，由于管子内部的电容效应，其放大作用下降，所以内部的电容效应，其放大作用下降，所以可表
7、示为：可表示为：(幅频特性幅频特性)=-arctan f/f (相频特性相频特性)将将幅值下降到幅值下降到07070时的频率时的频率f定义为的截止频率。定义为的截止频率。特征频率特征频率fT将幅频特性下降到将幅频特性下降到1 1时的频率时的频率fTfT定义为的特征频率。定义为的特征频率。通常通常fT/f1fT/f1，由幅频特性，由幅频特性可以得到可以得到fTfT与与ff的近似关系：的近似关系：fT0 ffT0 f3.2.3 3.2.3 基极基极截止频率截止频率ff共放射极放大电路的电流放共放射极放大电路的电流放大系数大系数也是频率的函数，当也是频率的函数，当频率上升时，频率上升时，的幅值下降的
8、幅值下降到到0707007070时的频率时的频率ff定义定义为的截止频率。为的截止频率。由由与与的关系可得的关系可得 f=(1+0)f f=(1+0)f 共基极放大电路的频率特性共基极放大电路的频率特性要比共放射极放大电路的频率要比共放射极放大电路的频率特性好的多。特性好的多。f、fT、f的关系为的关系为ffTf3.3晶体管高频微变等效电路晶体管高频微变等效电路在在2.4.1节导出的节导出的H参数微变等效电路适用于中频放大电路。参数微变等效电路适用于中频放大电路。但在高频的状况下，由于晶体管的极间电容不行忽视，其物但在高频的状况下，由于晶体管的极间电容不行忽视，其物理过程有些差异，为此，引出高
9、频微变等效电路，即混合参理过程有些差异，为此，引出高频微变等效电路，即混合参数数型模型。型模型。3.3.1混合参数混合参数型模型型模型(a)结构示意图结构示意图(b)完整混合参数完整混合参数型模型型模型(c)混合参数混合参数型简化模型型简化模型混合参数混合参数型模型说明型模型说明rbb表示基区体电阻，表示基区体电阻，rbb=rb。留意图中的。留意图中的b，是基区，是基区内的虚拟基极，与基极引出端内的虚拟基极，与基极引出端b是不同的。是不同的。rbe是放射结电阻。由于是放射结电阻。由于be处于正向偏置，故处于正向偏置，故rbe很小。很小。Cbe为放射结电容。为放射结电容。rbc和和Cbc是集电结
10、的结电阻和结电容，由于集电结工作是集电结的结电阻和结电容，由于集电结工作时处于反向偏置，故时处于反向偏置，故rbc的值很大，与的值很大，与Cbc并联可以忽视并联可以忽视不计。不计。受控电流源用受控电流源用gmUbe表示，而不用表示，而不用Ib，其缘由是，由于，其缘由是，由于结电容的影响，结电容的影响，Ic和和Ib不能保持正比关系。这里的不能保持正比关系。这里的gm称为称为互导，互导，具有电导的量纲。具有电导的量纲。rce为电流源内阻，阻值较大，与负载为电流源内阻，阻值较大，与负载RL并联后可略去。并联后可略去。依据上述各元件的参数，可将高频下的电路结构依据上述各元件的参数，可将高频下的电路结构
11、(a)图等效图等效为为(b)图图,进而化简为进而化简为(c)图。由于电路形态象图。由于电路形态象，各元件参，各元件参数具有不同的量纲，因而称之为混合参数数具有不同的量纲，因而称之为混合参数型模型，即晶型模型，即晶体管高频微变等效电路。体管高频微变等效电路。高频微变等效电路参数的获得高频微变等效电路参数的获得低频区低频区参数和参数和H H参数等效电路比较参数等效电路比较 1.1.电阻参数电阻参数rberbe和互导和互导gmgm 在低频区，假如忽视在低频区，假如忽视CbeCbe和和CbcCbc影响，则晶体管的影响，则晶体管的H H参数模型与参数模型与参数模型是一样的，所以高频微变等效电路中参数模型
12、是一样的，所以高频微变等效电路中的电阻参数和互导的电阻参数和互导gmgm都可以通过低频微变等效电路中都可以通过低频微变等效电路中H H参数参数得到。得到。rbe=rb b+rbe=rb b+(1+0)26/IE rbe=rb b+rbe=rb b+(1+0)26/IE rbe=(1+0)26/IE rbe=(1+0)26/IE gmUbe=Ib Ube=Ib rbe gmUbe=Ib Ube=Ib rbe gm=0/rbe IE/26gm=0/rbe IE/262 2.电容电容Cbe和和CbcCbe=gm/2fTfT和和Cbc可从手册中查到可从手册中查到同低频微变等效电路一样，高频小信号等效电
13、路中同低频微变等效电路一样，高频小信号等效电路中的参数也要接受的参数也要接受Q点上的参数。点上的参数。留意上式中的留意上式中的0是中频共放射极电流放大系数，通是中频共放射极电流放大系数，通常器件手册中所给出的参数就是常器件手册中所给出的参数就是03.4共放射极放大电路的频率特性共放射极放大电路的频率特性在对放大电路的具体分析时，通常分成三个频段考虑：在对放大电路的具体分析时，通常分成三个频段考虑：(1)中中频频段段：全全部部电电容容均均不不考考虑虑，耦耦合合电电容容视视为为短短路路，级级间电容视为开路。间电容视为开路。(2)低低频频段段：耦耦合合电电容容的的容容抗抗不不能能忽忽视视，而而极极间
14、间电电容容视视为为开路。开路。(3)高高频频段段：耦耦合合电电容容视视为为短短路路，而而极极间间电电容容的的容容抗抗不不能能忽视。忽视。这这样样求求得得三三个个频频段段的的频频率率特特性性，然然后后再再进进行行综综合合。这这样样做做的的优优点点是是，可可使使分分析析过过程程简简洁洁明明白白，且且有有助助于于从从物物理理概概念念上上来理解各个参数对频率特性的影响。来理解各个参数对频率特性的影响。下下面面以以共共放放射射极极放放大大电电路路为为例例，分分别别探探讨讨中中频频、低低频频和和高高频时频率特性。频时频率特性。3.4共放射极放大电路的频率特性共放射极放大电路的频率特性波特图波特图将将横横坐
15、坐标标用用lgf，幅幅频频特特性性的的纵纵坐坐标标为为201g，单单位位为为分分贝贝(dB)；相相频频特特性性的的纵纵坐坐标标仍仍用用，而而不不取取对对数数。这样得到的频率特性称为对数频率特性或波特图。这样得到的频率特性称为对数频率特性或波特图。接接受受对对数数坐坐标标的的优优点点主主要要是是将将频频率率特特性性压压缩缩了了，可可以以在在较较小小的的坐坐标标范范围围内内表表示示较较宽宽的的频频率率范范围围，使使低低频频段段和和高高频频段段的的特特性性都都表表示示得得很很清清晰晰。而而且且将将乘乘、除法运算转换为加、减法运算。除法运算转换为加、减法运算。下下面面分分别别探探讨讨共共放放射射极极放
16、放大大电电路路中中、低低、高高频频时时的的频率特性。频率特性。中频放大倍数中频放大倍数Ausm低频放大倍数低频放大倍数Ausl及波特图及波特图由于由于C1不影响不影响Uo与与Ui的关系，只影响输入的关系，只影响输入回路，回路，ri=Rb/rbe，有，有令令l=（Rs+ri）C1 =1/2f fl，=2f低频段电压放大倍数的频率特性低频段电压放大倍数的频率特性=-180+arctg(fl/f)低频段电压放大倍数的频率特性低频段电压放大倍数的频率特性=-180+arctg(fl/f)1.1.幅频特性幅频特性当当ffl时，时，20lgAusl20lgAusm，幅频特性趋近于直线幅频特性趋近于直线20
17、lgAusm；当当ffffl时时,-180-180;ffffl时时,-90-90;f=ff=fl时时,-135-135。相频特性可以用三段直线构成的折线来近似相频特性可以用三段直线构成的折线来近似:f f10f10fl时，时，-180-180f f0.1f0.1fl时，时，-90-900.1f0.1flf10ff1，因而，因而CMCbc。密勒电容的物理实质密勒电容的物理实质:小信号小信号Ube产生一个大输出产生一个大输出UogmRcUbe，所以，所以Cbc的端电压为的端电压为(1+gmRc)Ube，致使通过，致使通过Cbc的电流的电流Ibc很大，这叫做密勒效应。很大，这叫做密勒效应。电容电容C
18、bc的电流为的电流为 Ibc=(Ube-Uo)jCbc (1+gmRc)jCbcUbe .2高频段高频段参数等效电路的化简参数等效电路的化简及频率特性及频率特性依据密勒效应，可依据密勒效应，可将图将图(a)(a)等效为等效为图图(b)(b)，图中，图中 C=C C=C be+CMbe+CM。利用戴维宁定理进利用戴维宁定理进一步简化即得图一步简化即得图（c c），图中），图中R=rbe/(rbb+RsR=rbe/(rbb+Rs/Rb)/Rb)图图(c)(c)与与RCRC低通电路低通电路相像相像 高频段放大倍数高频段放大倍数 依据等效电路依据等效电路 令令h=RC，上限频率，上限频率fh=1/(2
19、h)=1/(2RC)对数幅频特性和相频特性对数幅频特性和相频特性 利用与低频时同样的方法，可以画出高频段折线化利用与低频时同样的方法，可以画出高频段折线化的对数幅频特性和相频特性的对数幅频特性和相频特性 =-180+arctg(f/fh)3.4.4共放射极放大电路频率特性（波特图）共放射极放大电路频率特性（波特图）将上述中频、低频和高频时求出的放大倍数综合将上述中频、低频和高频时求出的放大倍数综合起来，可得共放射极基本放大电路在全部频率范围内起来，可得共放射极基本放大电路在全部频率范围内放大倍数的表达式放大倍数的表达式将将三三频频段段的的频频率率特特性性曲曲线线分分段段折折线线化化综综合合起起
20、来来，即即得得全全频频段段的的频频率率特特性性(又又称称波波特特图图)。波特图作图步骤波特图作图步骤(1)求出求出Ausm、fl和和fh。(2)在在幅幅频频特特性性的的横横坐坐标标上上找找到到对对应应的的fl和和fh的的两两个个点点，在在fl和和fh之之间间的的中中频频区区，作作一一条条20lgAusm的的水水平平线线；从从f=fl点点起起先先，在在低低频频区区作作一一条条斜斜率率为为20dB/10倍倍频频程程的的直直线线折折向向左左下下方方；从从f=fh点点起起先先，在在高高频频区区作作一一条条斜斜率率为为-20dB/l0倍倍频频程程的的直直线线折折向向右右下方，即构成放大电路的幅频特性。下
21、方，即构成放大电路的幅频特性。(3)在在相相频频特特性性图图上上，10fl至至0.1fh之之间间的的中中频频区区，=180；f10fh时时，=-270；在在0.1fl至至10fl之之间间，以以及及0.1fh至至10fh之之间间，相相频频特特性性分分别别为为两两条条斜斜率率为为-45/10倍倍频频程程的的直直线线。f=fl时时，=-135；f=fh时，时，=-225。从上述推导上、下限频率的过程，可以看出一个规从上述推导上、下限频率的过程，可以看出一个规律，若要求某个电容所确定的截止频率或转折频率，律，若要求某个电容所确定的截止频率或转折频率，只需求出该电容所在回路的时间常数只需求出该电容所在回
22、路的时间常数，然后依据，然后依据时间常数与频率的关系时间常数与频率的关系f=1/(2)f=1/(2)即可求出其截即可求出其截止频率或转折频率止频率或转折频率 。例如在前面凹凸频等效电路的输入回路和输出回路例如在前面凹凸频等效电路的输入回路和输出回路中，时间常数分别为中，时间常数分别为l=(Rs+ri)C1l=(Rs+ri)C1、h=RCh=RC则对应的转折频率分别为则对应的转折频率分别为fl=1/(2(Rs+ri)C1)fl=1/(2(Rs+ri)C1)、fh=1/(2RC)fh=1/(2RC)共射极放大电路因存在密勒效应，其高频特性受到共射极放大电路因存在密勒效应，其高频特性受到限制。如接受
23、共基极电路，则密勒效应不存在，频限制。如接受共基极电路，则密勒效应不存在，频带将得到扩展。带将得到扩展。例例3.4.2共放射极放大电路如共放射极放大电路如图所示，设晶体管的参数为：图所示，设晶体管的参数为：=100，rbe=6k，rbb=100，Cbc=4pF，Cbe=26.9pF。(1)估算中频电压放大倍数；估算中频电压放大倍数；(2)估算下限频率；估算下限频率；(3)估算上限频率。估算上限频率。解解(1)估算估算Aums由中频等效电路得由中频等效电路得Aums=riRL/(Rs+ri)rbe)=45.7Rb=Rb1/Rb2ri=Rb/rbeRL=RL/Rc(2)估算下限频率估算下限频率由于
24、图由于图(a)(a)电路中存在隔直电容电路中存在隔直电容CblCbl和和Cb2Cb2及射极旁路电容及射极旁路电容CeCe，干，干脆进行计算是比较繁琐的，因此脆进行计算是比较繁琐的，因此须要作一些合理的近似。须要作一些合理的近似。首先假设首先假设RbRb远大于放大电路本身远大于放大电路本身的输入阻抗，致使的输入阻抗，致使RbRb可以忽视；可以忽视；其次假设其次假设CeCe的值足够大，在确定的值足够大，在确定信号频率范围内，容抗信号频率范围内，容抗XceReXceCb2，因而因而Ce的作用可忽视，再把的作用可忽视，再把输出回路化成电压源等效电路输出回路化成电压源等效电路的形式。这样可得图的形式。这
25、样可得图(c)所示所示的简化电路。的简化电路。RC耦合单级放大电路在满足耦合单级放大电路在满足1Ce4fl2，所以，所以fl=fl152Hz(3)估算上限频率估算上限频率fh等效电容等效电容C和电阻和电阻R分别为分别为C=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRL)Cbc=Cbe+(1+RL/rbe)Cbc=0.32kR=rbe/rbb+(Rs/Rb)=(rbe-rbb)/rbb+(Rs/Rb)=5.9kfh=1/(2h)=1/(2RC)=2.19MHz3.5多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性两个完全相同的单级共射放大电路构成的一个两级放大电路两个完全相同的单级共射放大电路构成的一个两级放
26、大电路明显，明显，fl fl1fl fl1，fh fh1fh fh1，总的通频带为，总的通频带为fbw=fh-fl fbw=fh-fl fbw1=fh1-fl1 fbw1=fh1-fl1 多级放大电路虽然提高，但通频带比它的任何一级都窄。多级放大电路虽然提高，但通频带比它的任何一级都窄。小结小结1.将将放放大大电电路路的的电电压压放放大大倍倍数数Au和和相相角角作作为为频频率率的的函函数数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。2.影影响响高高频频区区频频率率特特性性的的主主要要因因素素是是管管子子的的极极间间电电容容和和接接线线电电容容等
27、等；影影响响低低频频区区频频率率特特性性的的主主要要因因素素是是耦耦合合电电容容和和旁旁路路电电容容。因因此此放放大大电电路路的的频频率率特特性性一一般般只只有有在在中中频频区区是是平平坦的，而在低频区或高频区，其频率特性则是衰减的。坦的，而在低频区或高频区，其频率特性则是衰减的。3.当当放放大大倍倍数数下下降降到到中中频频区区放放大大倍倍数数的的0.707倍倍的的频频率率称称为为截截止止频频率率或或转转折折频频率率，截截止止频频率率在在低低频频段段称称为为下下限限频频率率，在在高高频频段段称称为为上上限限频频率率，上上限限频频率率与与下下限限频频率率的的差差值值称称为为通频带，频率特性与通频
28、带是放大电路的重要指标之一。通频带，频率特性与通频带是放大电路的重要指标之一。4.晶晶体体管管的的频频率率参参数数用用来来描描述述管管子子对对不不同同频频率率信信号号的的放放大大实实力力。常常用用的的频频率率参参数数有有共共放放射射极极截截止止频频率率f、特特征征频频率率fT和共基极截止频率和共基极截止频率f。小结小结5.由由线线性性电电抗抗元元件件引引起起的的失失真真称称为为线线性性失失真真。线线性性失失真真与与非非线性失真本质上的不同在于前者决不产生新的频率成分。线性失真本质上的不同在于前者决不产生新的频率成分。6.用用混混合合参参数数型型微微变变等等效效电电路路分分析析高高频频特特性性，
29、而而用用含含耦耦合合电电容容和和放放射射极极旁旁路路电电容容的的低低频频微微变变等等效效电电路路分分析析低低频频特特性性，二者的电路基础则是二者的电路基础则是RC低通电路和低通电路和RC高通电路。高通电路。7.共共放放射射极极放放大大电电路路由由于于高高频频输输入入输输出出之之间间存存在在反反馈馈电电容容，因因而而存存在在密密勒勒效效应应，其其高高频频响响应应受受到到限限制制。共共基基极极电电路路不不存在密勒效应，频带将得到扩展。存在密勒效应，频带将得到扩展。8.在在射射极极偏偏置置放放大大电电路路中中，影影响响低低频频响响应应的的主主要要因因素素是是射射极极旁路电容，而影响高频响应的是密勒电容。旁路电容，而影响高频响应的是密勒电容。9.多多级级放放大大电电路路一一个个重重要要的的概概念念就就是是总总电电压压放放大大倍倍数数虽虽然然比比单级放大电路的电压放大倍数提高了，但通频带变窄了。单级放大电路的电压放大倍数提高了，但通频带变窄了。