在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念

1、在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念    在放大 幅度频率特性相位频率特性幅频特性是描绘输入信号幅度固定,输出信号的幅度随频率变化而变化的规律.即 = =相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律.即第五章 放大电路的频率响应这些统称放大电路的频率响应幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真;相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真.放大电路的幅频特性和相频特性,也称为频率响应.因放大电路对不同频率成分信号的增益不同,从而使输出波形产生失真,称为幅度频率失真,简称幅频失真.放大电路对不同频率成分信号的相移不同,从而使输出波形产

2、生失真,称为相位频率失真,简称相频失真.幅频失真和相频失真是线性失真.产生频率失真的原因是:1.放大电路中存在电抗性元件,例如耦合 器,分布电感等;2.三极管的 ( )是频率的函数.在研究频率特性时,三极管的低频小信号模型不再适用,而要采用高频小信号模型.5.1.2频率响应的基本概念一,高通电路幅值:相角:幅频特性相频特性分析:下限截止频率二,低通电路时间常数:令则幅值:相角:上限截止频率分析:通频带:5.1.3波特图输入信号的频率范围常常设置在几赫到上百兆赫,电路的放大倍数可以从几倍到上百万倍,为了在同一个坐标系中表示如此宽的变化范围,在画频率特性曲线时常采用对数坐标,称为波特图.对数幅频特

3、性:对数相频特性:横轴采用对数刻度纵轴采用单位:分贝(dB)横轴采用对数刻度纵轴采用图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图高通电路低通电路5.2 晶体管的高频等效模型5.2.1.混合型高频小信号模型5.2.2 电流放大系数的频响5.2.1混合型高频小信号模型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,三极管的物理结构如图05.05所示.rb'e- re归算到基极回路的 -发射结电容,也用C 这一符号-集电结电阻-集电结电容,也用C 这一符号rbb' -基区的体电阻,b'是假想的基区内的一个点.图05.05 双极型三极管 物理模型(1)物理模型- 发射结电阻re

4、根据这一物理模型可以画出混合型高频小信号模型,如图05.06所示.图05.06高频混合型小信号模型电路这一模型中用 代替 ,这是因为本身就与频率有关,而gm与频率无关.推导如下: (2)用 代替由此可见gm是与频率无关的 0和rb'e的比,因此gm与频率无关.若IE=1mA,gm=1mA/26mV38mS.gm称为跨导,还可写成0反映了三极管内部,对流经rb'e的电流 的放大作用. 是真正具有电流放大作用的部分,0 即低频时的.而在型小信号模型中,因存在Cb'c 和rb'c,对求解不便,可通过单向化处理加以变换.首先因rb'c很大,可以忽略,只剩下Cb&

5、#39;c .可以用输入侧的C '和输出侧的C ''两个电容去分别代替Cb'c ,但要求变换前后应保证相关电流不变,如图05.07所示.(3)单向化图05.07高频混合型小信号电路输入侧图05.07高频混合型小信号电路输出侧所以由于C "<> f ,所以, fT 0 f 使|a|下降到70%a0的频率为共基截止频率共基电路的截止频率远高于共射电路的截止频率5.4单管放大电路的频率响应对于如图所示的共射放大电路,分低,中,高三个频段加以研究.共射放大电路1 .中频段所有的电容均可忽略.可用前面讲的h参数等效电路分析.中频电压放大倍数:2. 低

6、频段在低频段,三极管的极间电容可视为开路,耦合电容C1,C2不能忽略.方便分析,现在只考虑C1,将C2归入第二级.画出低频等效电路如图所示.低频等效电路可推出低频电压放大倍数:该电路有 一个RC电路高通环节.有下限截止频率:共射放大电路低频段的波特图幅频响应 : 相频响应 : 在高频段,耦合电容C1,C2可以可视为短路,三极管的极间电容不能忽略.这时要用混合等效电路,画出高频等效电路如图所示.3. 高频段用"密勒定理"将集电结电容单向化.高频等效电路用"密勒定理"将集电结电容单向化:其中:忽略CN,并将两个电容合并成一个电容,得简化的高频等效电路.其中:

7、该电路有 一个RC电路低通环节.有上限截止频率:可推出高频电压放大倍数:其中:共射放大电路高频段的波特图幅频响应 : 相频响应 : 4. 完整的共射放大电路的频率响应(1)通频带:(2)带宽-增益积:fbw×AumBJT 一旦确定,带宽增益积基本为常数5. 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的失真.两个频率响应指标:例题解:模型参数为设共射放大电路在室温下运行,其参数为:试计算它的低频电压增益和上限频率.低频电压增益为又因为所以上限频率为多级放大电路的频率响应两级放大电路中频电压增益图5.5.1 两级放大电路的波特图两级放大电路的通频带比组成他的单级电路窄相移为-9

8、0度对于N级放大电路,各级放大电路的下限频率为fL1,fl2,上限频率为fh1,fh2,通频带为fbw1,fbw25.2.2截止频率的估算低频电压放大倍数5.2.2截止频率的估算高频电压放大倍数两级放大电路三级放大电路放大电路的级数越多,频带越窄,在多级放大电路中,若某级的下限频率远远高于其它各级的下限频率,则整个电路的下限频率就是该级的下限频率,同理,若上限频率远远低于其它各级的上限频率,则整个电路的上限频率就是该级的上限频率例5.5.1 求下限,上限频率fL和fH,以及电压放大倍数Au(1)低频段只有一个拐点,斜率为20DB/十倍频,说明影响低频段只有一个电容,下限频率为10HZ(2)低频

9、段只有一个拐点,斜率为-60DB/十倍频,说明影响高频段有三个电容,上限频率为Fh=0.52fH1=0.52*2*105HZ=106kHZ(3)因为各级均为共射电路,所以在中频段输出电压与输入电压相反,在中频段20lg|Au|=80,Ausm=10000例5.5.2,分别求出图2.4.2(B)所示Q点稳定电路中C1,C2,Ce所确定的下限频率的表达式及上限频率的表达式.将耦合电容和旁路电容短路,将极间电容开路考虑C1,将C2,Ce短路,C'开路考虑C2,将C1,Ce短路,C'开路考虑Ce,将C1,C2短路,C'开路,见图d比较C1,C2,Ce所在回路的时间常数,可知,当

10、C1=C2=Ce时,fLe>>Fl1,fL2,fLe为下限频率,若Ce很大,就可以用在考虑C'对高频特性的影响时,将C1,C2,Ce短路5.6集成运放的频率响应和频率补偿为什么加频率补偿 存在频率f0,当f=f0时,相移为180度,当f0小于单位增益带宽fc,电路将产生频率为f0的自激振荡,从而使电路不能正常工作,加补偿电容后改变频率响应,破坏自激振荡的条件.图5.6.1 未加频率补偿的集成运放的频率响应5.6.1集成运放的频率响应5.6.2集成运放的频率补偿图5.6.2 稳定裕度幅值裕度:相位裕度:一,滞后补偿1,简单电容补偿加入补偿电路后,是运放的幅频特性在大于0dB的

11、频率范围内只有一个拐点,并按-20dB/十倍频的斜率下降.在0dB处的可能最大相移为-90度,第2拐点的最大相移为-135度,达到要求.保证电路的稳定性.图5.6.3 滞后补偿前后集成运放的幅频特性图5.6.4 简单电容补偿2,密勒效应补偿图5.6.5 密勒效应补偿将电容C跨接在某级放大电路的输入端和输出端,折合到输入端的等效电容C'是C的|Auk|倍,电容C应跨接在RC时间常数最大的那级放大电路的输入端与输出端之间.二,超前补偿图5.6.6 超前相位补偿电路未加补偿电容之前条件R1C=R2Ci,Fh4=fH5加补偿电容之后只有当信号频率趋于无穷大时,相位才趋于-180度,此时增益远小于0dB,电路必然稳定.5.7频率响应与阶跃响应频率响应是描述放大电路对不同频率正弦信号放大的能力.即在输入信号幅值不变的情况下改变信号的频率,来考察输出信号幅值与相位的变化,这种方法称为频域法.可以用阶跃函数作为放大电路的输入,考察输出信号前沿和顶部的变化.来研究电路的放大能力