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1、会计学1模拟电子技术基础模拟电子技术基础(jch)章频率响应章频率响应第一页，共66页。5.1 频率响应频率响应(pn l xin yn)概述概述频率响应频率响应放大器的电压放大器的电压(diny)(diny)放大倍数与频率放大倍数与频率的关系的关系其中：其中：称为称为(chn wi)(chn wi)放大器的放大器的幅频响应幅频响应 称为放大器的相频响应称为放大器的相频响应为什么要讨论频率响应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,频率变化时频率变化时,放大倍数也变化放大倍数也变化,并产生相移并产生相移.研究放大电路频率响应的必要
2、性研究放大电路频率响应的必要性第1页/共66页第二页，共66页。必须考虑耦合电容和管子的极间电容必须考虑耦合电容和管子的极间电容下面先分析无源下面先分析无源RC电路电路(dinl)的频率响的频率响应应第2页/共66页第三页，共66页。（1）频率响应）频率响应(pn l xin yn)表表达式：达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：频率响应频率响应(pn l xin yn)的基的基本概念本概念1.RC1.RC1.RC1.RC高通电路高通电路高通电路高通电路(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)第3页/共66页第四页，共66页。（2）RC高通电路高通电路(dinl
3、)的波的波特图特图f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40最大误差最大误差(wch)-3dB斜率斜率(xil)为为 20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：20dB/十倍频十倍频第4页/共66页第五页，共66页。可见：当频率较高时，可见：当频率较高时，AU 1AU 1，输出与输入电压，输出与输入电压(diny)(diny)之间的相位差之间的相位差=0=0。随着频率的降低，。随着频率的降低，AU AU 下降，相位差增大，且输出电压下降，相位差增大，且输出电压(diny)(diny)是超前于输入电压是超前于输入电压(diny)(diny)的，最大超前的，最大超前90
4、o90o。其中，其中，fLfL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。是一个重要的频率点，称为下限截止频率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频十倍频相频响应相频响应(xingyng)f0.01fL00.1fL fL10fL9045第5页/共66页第六页，共66页。2.RC2.RC2.RC2.RC低通电路低通电路低通电路低通电路(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)（1）频率响应）频率响应(pn l xin yn)表表达式：达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：第6页/共66页第七页，共66页。（2）RC低通电路低通电路(dinl
5、)的波特图的波特图最大误差最大误差(wch)-3dB0分贝分贝(fnbi)水平线水平线斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程第7页/共66页第八页，共66页。相频响应相频响应(xingyng)可见：当频率较低时，可见：当频率较低时，AU 1AU 1，输出与输入电压之间的相位差，输出与输入电压之间的相位差=0=0。随着频率的提高，。随着频率的提高，AU 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90o90o。其
6、中其中(qzhng)fH(qzhng)fH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。是一个重要的频率点，称为上限截止频率。f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45-90这种对数频率特性曲线这种对数频率特性曲线(qxin)称为波特图称为波特图第8页/共66页第九页，共66页。5.2 BJT5.2 BJT的高频等效的高频等效(dn xio)(dn xio)模型模型 rbb 基区的体电阻(dinz)的混合的混合(hnh)型模型型模型rbe发射结电阻发射结电阻 b是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。Cbe/C发射结电
7、容发射结电容rbc集电结电阻集电结电阻Cbc/C 集电结电容集电结电容受控电流源，代替了受控电流源，代替了混合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。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 体电阻体电阻第9页/共66页第十页，共66页。晶体管结构示意图及混合晶体管结构示意图及混合(hnh)模型模型 （2）用）用 代替了代替了 。因为。因为本身就与频率有关，本身就与频率有关，而而gm与频率无关。与频率无关。特点特点(tdin)：（：（1）体现了三极管的电容效应）体现了三极管的电容效应阻值小阻值小阻值大阻值大第10页/共66页第十一页，共66页。rbc很大，可以很大
8、，可以(ky)忽略。忽略。rce很大，也可以很大，也可以(ky)忽略。忽略。简化简化(jinhu)(jinhu)的混合的混合模模型型连接了输入连接了输入(shr)回路和输出回路回路和输出回路第11页/共66页第十二页，共66页。第12页/共66页第十三页，共66页。混合混合模型与模型与H H参数参数(cnsh)(cnsh)模型电阻值相模型电阻值相同同混合混合参数参数(cnsh)的估算的估算+bebbceurm+gurbibcbeebei+cbeub+u+iubcc+bbe+ircebeue第13页/共66页第十四页，共66页。第14页/共66页第十五页，共66页。5.3 场效应管的高频等效场效
9、应管的高频等效(dn xio)模型模型场效应管的高频场效应管的高频(o pn)等效模型与晶体管的等效模型与晶体管的相似相似第15页/共66页第十六页，共66页。5.4 单管放大电路单管放大电路(dinl)的频率响应的频率响应 如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段(pn dun)加以研究。中频时：极间电容视为开路中频时：极间电容视为开路(kil)，耦合电容，耦合电容(或旁路电容或旁路电容)视为短路。视为短路。低频时：极间电容视为开路低频时：极间电容视为开路(kil)，耦合电容，耦合电容(或旁路电容或旁路电容)不容忽视。不容忽视。高频时：极间电容不容忽视，耦合电容高频时：极间电容不容忽视，
10、耦合电容(或旁路电容或旁路电容)视为短路。视为短路。5.4.1单管共射放大电路的频率响应？第16页/共66页第十七页，共66页。一一.中频电压放大倍数中频电压放大倍数中频时：极间电容视为开路中频时：极间电容视为开路(kil)，耦合电容，耦合电容(或旁路电容或旁路电容)视为短路。视为短路。可用前面讲的可用前面讲的h参数等效电路分析参数等效电路分析第17页/共66页第十八页，共66页。中频电压中频电压(diny)放放大倍数：大倍数：对比对比(dub)：第18页/共66页第十九页，共66页。二二.低频电压放大低频电压放大(fngd)倍数倍数低频时：极间电容视为开路低频时：极间电容视为开路(kil)，
11、耦合电容，耦合电容(或旁路电容或旁路电容)不容忽不容忽视。视。低频电压放大低频电压放大(fngd)倍数：倍数：该电路有该电路有 一个一个RC高通环节。有下限截止频率。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图：单管共射放大电路的低频等效电路？第19页/共66页第二十页，共66页。第20页/共66页第二十一页，共66页。共射放大共射放大(fngd)电路低频段的波特图电路低频段的波特图幅频响应幅频响应：相频响应相频响应(xingyng)：f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135f0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频十倍频？最大附加最大附加(f
12、ji)相移相移90第21页/共66页第二十二页，共66页。高频时：极间电容高频时：极间电容(dinrng)不容忽视，耦合电容不容忽视，耦合电容(dinrng)(或旁路或旁路电容电容(dinrng)视为短路。视为短路。这时要用混合这时要用混合等效电路，画出高频等效电路如图所示。等效电路，画出高频等效电路如图所示。三三.高频电压放大高频电压放大(fngd)倍数倍数 该电路该电路(dinl)有有 一个一个RC低通环节。有上限截止频低通环节。有上限截止频率。率。？第22页/共66页第二十三页，共66页。用戴维南定理用戴维南定理(dngl)将将C左端的电路进行变换：左端的电路进行变换：第23页/共66页
13、第二十四页，共66页。第24页/共66页第二十五页，共66页。第25页/共66页第二十六页，共66页。共射放大共射放大(fngd)电路高频段的波特图电路高频段的波特图幅频响应幅频响应：相频响应相频响应：f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程十倍频程最大附加最大附加(fji)相移相移-90第26页/共66页第二十七页，共66页。四四.完整完整(wnzhng)的共射放大电路的频率响应（波的共射放大电路的频率响应（波特图）特图）？第27页/共66页第二十八页，共66页。单管共射放大单管共射放大单管共射放大单管共射放大(fngd
14、)(fngd)电路的波特图电路的波特图电路的波特图电路的波特图第28页/共66页第二十九页，共66页。例题(lt)第29页/共66页第三十页，共66页。解：解：1、求、求Q2、求混合模型中的参数、求混合模型中的参数3、求中频、求中频(zhngpn)电压放大倍数电压放大倍数4、求上下限频率、求上下限频率5、画波特图、画波特图？第30页/共66页第三十一页，共66页。5.4.2 单管共源放大电路(dinl)的频率响应中频中频(zhngpn)电压放电压放大倍数：大倍数：第31页/共66页第三十二页，共66页。放大放大放大放大(fngd)(fngd)电路频率响应的改善和增益带宽积电路频率响应的改善和增
15、益带宽积电路频率响应的改善和增益带宽积电路频率响应的改善和增益带宽积增加通频带：增加通频带：降低下限频率，采用直接耦合降低下限频率，采用直接耦合方式。方式。提高提高(t go)上限频率，采用降上限频率，采用降低低又因：又因：第32页/共66页第三十三页，共66页。（1）通频带）通频带(pndi)：（2 2）带宽）带宽(di kun)-(di kun)-增益积：增益积：fbwAumfbwAumBJTBJT（FETFET）一旦确定，一旦确定，带宽带宽(di kun)(di kun)增益积基本为常数增益积基本为常数即：增益增大多少倍，带宽即：增益增大多少倍，带宽(di kun)(di kun)几乎就
16、变窄几乎就变窄多少倍。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产生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。的失真。通频带的宽窄问题。通频带的宽窄问题。两个频率响应指标：两个频率响应指标：第33页/共66页第三十四页，共66页。5.5 多级放大电路多级放大电路(dinl)的频率响应的频率响应多级放大电路频率(pnl)的定性分析 例如例如:两级放大电路两级放大电路(dinl)相同相同多级放大电路多级放大电路频率响应表达式频率响应表达式:？多级多级多管多管多个高频等效电路多个高频等效电路多个低通电路多个低通电路多个上限截止频率多个上限截止频率多级多级多
17、耦合多耦合多个低频等效电路多个低频等效电路多个高通电路多个高通电路多个下限截止频率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？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页第三十五页，共66页。具有具有(jyu)普遍意义的普遍意义的波特图及表达式波特图及表达式:第35页/共66页第三十六页，共66页。截止频率的估算截止频率的估算(sun)一、下限一、下限(xixin)频率频率？则：则：第36页/共66页第三十七页，共66页。适用于各级适用于各级(j)截止频率相差不大的情况截止频率相差不大的情况两边两边(lingbin)取平方：取平方：
18、展开展开(zhn ki)整理得：整理得：加上修正系数得：加上修正系数得：第37页/共66页第三十八页，共66页。二、上限二、上限(shngxin)频率频率多级放大电路高频段多级放大电路高频段(pn dun)的电压放大系数：的电压放大系数：则：则：第38页/共66页第三十九页，共66页。适用于各级适用于各级(j)截止频率相差不大的情况截止频率相差不大的情况两边两边(lingbin)取平方：取平方：展开展开(zhn ki)整理得：整理得：加上修正系数得：加上修正系数得：第39页/共66页第四十页，共66页。总结总结(zngji)：截止频：截止频率的估算率的估算一、下限一、下限(xixin)频率频率
19、二、上限二、上限(shngxin)频率频率适用于各级截止频率相差不大的情况适用于各级截止频率相差不大的情况第40页/共66页第四十一页，共66页。两级相同两级相同(xin tn)的放大电路的上下限截止频率分别为：的放大电路的上下限截止频率分别为：三级相同的放大三级相同的放大(fngd)电路的上下限截止频率分别为：电路的上下限截止频率分别为：在多级放大在多级放大(fngd)电路中，电路中，若某级下限频率远高于其它各级的下限频率，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，若某级上限频率远低于其它各级的上限
20、频率，总的上限频率为该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适用于各级截止频率相差很大的情况特例：特例：第41页/共66页第四十二页，共66页。例题已知电路例题已知电路(dinl)的各极均为共射放大电路的各极均为共射放大电路(dinl)，其对数幅频，其对数幅频 特性如图，试求下限上限频率以及电压放大倍数特性如图，试求下限上限频率以及电压放大倍数解：解：低频只有一个拐点低频只有一个拐点(ui din)，下限频率为；下限频率为；高频只有一个拐点高频只有一个拐点(ui din),每级上限频率均为每级上限频率均为，为三级放大电路为三级放大电路则上限频率：则上限频率：
21、电压电压(diny)放大倍数放大倍数与频率有关与频率有关第42页/共66页第四十三页，共66页。例题分别求出图点所示稳定电路中例题分别求出图点所示稳定电路中e所确定所确定(qudng)的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式考虑考虑e和极间电容的和极间电容的影响影响(yngxing)的动态等效电路图：的动态等效电路图：对于多个耦合电容和旁路对于多个耦合电容和旁路(pn l)电容的电路电容的电路第43页/共66页第四十四页，共66页。考虑一个考虑一个(y)电容时，其它电容作理想化处理电容时，其它电容作理想化处理考虑考虑(kol)时的等效电路图：时的等效电路
22、图：考虑考虑(kol)时的等效电路图：时的等效电路图：第44页/共66页第四十五页，共66页。考虑考虑(kol)e时的等效电路图：时的等效电路图：第45页/共66页第四十六页，共66页。第46页/共66页第四十七页，共66页。二、电路二、电路(dinl)如图如图T5.2所示。已知：所示。已知：VCC12V；晶体管的；晶体管的C4pF，fT=50MHz，100,080。试求解：。试求解：（1）中频电压）中频电压(diny)放大倍数放大倍数 （2）（3）fH和和fL；（4）画出波特）画出波特(b t)图。图。第47页/共66页第四十八页，共66页。解：（解：（1）静态）静态(jngti)及动态的分
23、析估算：及动态的分析估算：第48页/共66页第四十九页，共66页。（2）估算）估算(sun)（3）求解）求解(qi ji)上限、下限截止频率：上限、下限截止频率：主抓主抓C的回路的回路(hul)求求R第49页/共66页第五十页，共66页。（4）在中频段）在中频段(pn dun)的增益为的增益为 频率特性曲线频率特性曲线(qxin)如图所示：如图所示：45波特波特(b t)画法及注意事项：画法及注意事项：第50页/共66页第五十一页，共66页。三已知某放大电路的波特图如图所示，填空：三已知某放大电路的波特图如图所示，填空：（1）电路的中频）电路的中频(zhngpn)电压增益电压增益20lg|60
24、 dB，（2）电路的下限频率）电路的下限频率fL 10 Hz，上限，上限(shngxin)频率频率fH 10 kHz.（3）电路的电压放大倍数的表达式）电路的电压放大倍数的表达式 。103 。低频低频(dpn)区：只有一个拐点区：只有一个拐点,则下限频率则下限频率10HZ高频区：有二个拐点高频区：有二个拐点,则上限频率则上限频率104和和105HZ第51页/共66页第五十二页，共66页。5.1 在图所示电路在图所示电路(dinl)中，已知晶体管的中，已知晶体管的、C、C，Rirbe。填空：除要求填空：除要求(yoqi)填写表达式的之外，其余各空填入填写表达式的之外，其余各空填入增大、增大、基本
25、不变、基本不变、减小。减小。解：（解：（1）在空载情况下，）在空载情况下，下限频率的表达式下限频率的表达式fL当当Rs减小时，减小时，fL将将1；当带上负载电阻后，当带上负载电阻后，fL将将 2或或1。（2）在空载情况下，）在空载情况下，若若b-e间等效间等效(dn xio)电容为电容为则上限频率的表达式则上限频率的表达式fH ；当当Rs为零时，为零时，fH将将 1 ；当当Rb减小时，减小时，gm将将 1 ，将将 1，fH将将 3 。第52页/共66页第五十三页，共66页。5.2 已知某电路已知某电路(dinl)的波特图如图所示，试写出的波特图如图所示，试写出的表达式。的表达式。解解:设电路为
26、基本设电路为基本(jbn)共射放大电路或基本共射放大电路或基本(jbn)共源放大电路。共源放大电路。第53页/共66页第五十四页，共66页。5.3 已知某共射放大电路已知某共射放大电路(dinl)的波特图如图所示，试写出的波特图如图所示，试写出的表达式。的表达式。解：解：第54页/共66页第五十五页，共66页。5.4 已知某电路已知某电路(dinl)的幅频特性如图所示，试问：的幅频特性如图所示，试问：（1）该电路）该电路(dinl)的耦合方式；的耦合方式；（2）该电路）该电路(dinl)由几级放大电路由几级放大电路(dinl)组成；组成；（3）当）当f 104Hz时，附加相移为多少？当时，附加
27、相移为多少？当f 105时，附加相移又约为多少？时，附加相移又约为多少？解解:（1）因为下限截止频率为）因为下限截止频率为0，所以电路为直接，所以电路为直接(zhji)耦合电路；耦合电路；（2）因为在高频段幅频特性为）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；十倍频，所以电路为三级放大电路；（3）当）当f 104Hz时，时，135o；当；当f 105Hz时，时，270o。（）（）（）试写出电压放大倍数（）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的表达式，并近似估算该电路的上限频率fH。第55页/共66页第五十六页，共66页。5.6 已知某电路电压已知某电路电
28、压(diny)放大倍数放大倍数 试求解试求解(qi ji)：（1）？fL？fH?（2）画出波特）画出波特(b t)图。图。解：（解：（1）变换电压放大倍数的表达式，求出）变换电压放大倍数的表达式，求出（2）波特图如解图所示。）波特图如解图所示。第56页/共66页第五十七页，共66页。5.7 已知两级共射放大电路已知两级共射放大电路(dinl)的电压放大倍数的电压放大倍数 （1）？fL？fH?（2）画出波特）画出波特(b t)图。图。第57页/共66页第五十八页，共66页。（2）波特）波特(b t)图如图所示图如图所示 2.5第58页/共66页第五十九页，共66页。5.8 电路电路(dinl)如
29、图所示。已知：晶体管的如图所示。已知：晶体管的、C均相等，所有电容的容量均相等，所有电容的容量(rngling)均相等，静态时均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流所有电路中晶体管的发射极电流IEQ均相等。均相等。定性分析各电路，将结论填入空内。定性分析各电路，将结论填入空内。（1）低频特性最差即）低频特性最差即下限下限(xixin)频率最高的电路是频率最高的电路是 a ;因为旁路电容的作用因为旁路电容的作用（2）低频特性最好即）低频特性最好即下限频率最低的电路是下限频率最低的电路是c ;因为因为fL1 fL2 （3）高频特性最差即）高频特性最差即上限频率最低的电路是上限频率最低的电路是
30、c第59页/共66页第六十页，共66页。5.9 在图所示电路中，若在图所示电路中，若 100，rbe1k，C1C2Ce100F，则下限频率则下限频率fL?解：由于所有电容容量相同，而解：由于所有电容容量相同，而Ce所在回路所在回路(hul)等效电阻最小，等效电阻最小，所以下限频率决定于所以下限频率决定于Ce所在回路所在回路(hul)的时间常数。的时间常数。忽略(hl)忽略(hl)第60页/共66页第六十一页，共66页。5.10 在图所示电路中在图所示电路中,若要求若要求C1与与C2所在回路的时间常数所在回路的时间常数(sh jin chn sh)相等相等,且已知且已知rbe=1k，则则C1:C
31、2?若若C1与与C2所在回路的时间常数所在回路的时间常数(sh jin chn sh)均为均为25ms，则，则C1、C2各为多少？各为多少？下限频率下限频率fL?解：（解：（1）求解）求解C1:C2 因为因为(yn wi)C1（RsRi）C2（RcRL）将电阻值代入上式，求出将电阻值代入上式，求出 C1:C25:1。（2）求解）求解C1、C2的容量和下限频率的容量和下限频率 第61页/共66页第六十二页，共66页。5.12 在图在图P5.8（a）所示电路中，若）所示电路中，若C1Ce，C2Ce，100，rbe1k，欲使欲使fL 60Hz，则，则Ce应选应选(yn xun)多少微法？多少微法？F
32、解：下限频率决定于解：下限频率决定于Ce所在回路所在回路(hul)的时间常数的时间常数:第62页/共66页第六十三页，共66页。5.13 在图在图P5.8（d）所示电路）所示电路(dinl)中，已知晶体管的中，已知晶体管的100，rbe1k，静态，静态(jngti)电流电流IEQ2mA，800pF；Rs2k，Rb500 k，RC3.3 k，C=10F。试分别试分别(fnbi)求出电路的求出电路的fH、fL，并画出波特图。，并画出波特图。解：（解：（1）求解）求解fL 第63页/共66页第六十四页，共66页。（2）求解）求解fH和中频电压和中频电压(diny)放大倍放大倍数数第64页/共66页第六十五页，共66页。由波特由波特(b t)图读出：图读出：n n几级放大电路(dinl)：由高频段决定n n拐点个数：决定有几个上下限截止频率n n波特图的斜率值决定：n n 低频时有几个C起作用，n n 高频时电路(dinl)有几级放大电路(dinl)。第65页/共66页第六十六页，共66页。