第5章-频率响应.ppt
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1、 第第5 5章章 放大器的放大器的频率响应频率响应.频率响应的一般概念频率响应的一般概念一、频率响应的表示法一、频率响应的表示法或写为或写为其中其中 电路的放大倍数与频率的函数关系放大电路的频率响应或频率特性。放大器的放大倍数本身应该用复数来定义,在零初始条件下放大电路的频率响应放大电路的频率响应.图示:图示:幅频特性幅频特性 纵轴:纵轴:dB dB 横轴:对数坐标横轴:对数坐标频率响应的一般概念频率响应的一般概念相频特性 中间有一个相当宽的频段是平坦的,且相移为零,即放大倍数不变,称之为中频段。.其中其中高频区高频区中频区中频区低频区低频区3dB 频率点频率点(半功率点)(半功率点)3dB
2、频率点频率点(半功率点)(半功率点)二、带宽二、带宽 频率响应的一般概念频率响应的一般概念.频率特性的图示法波特图:幅频特性曲线的纵坐标常以分贝为单位,横坐标按频率的对数为刻度,这样表示的幅频特性曲线又叫波特图。奈奎斯特图:把的幅模A和相角画在极坐标上,矢量端点的轨迹就是放大电路在极坐标系统中的频率响应曲线.线性系统的分析方法激励与响应传递函数拉普拉斯变换可得:令.极点与零点极点与零点是分子多项式等于零的根,叫零点 分母多项式等于零即特征方程的根,叫做极点.图例 一个稳定的线性系统,其极点只能位于极零图的左半平面,而且极点只能是负实数或实部为负的共轭复数。将系统传输函数的极点(用表示)和零点(
3、用表示)表示在复平面s上,就是该系统的极零图 叫做标尺因子 或者:一个可以实现的稳定的有源线性系统,分母多项式的系数恒为正实数,其极点必为负实数或者实部为负数的共扼复数.单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应(一阶无零系统)低通电路的频率响应(一阶无零系统)(电路理论中的稳态分析)(电路理论中的稳态分析)RC电路的电压增益(传递函数):电路的电压增益(传递函数):则则且令且令又又电压增益的幅值(模)电压增益的幅值(模)(幅频响应)(幅频响应)电压增益的相角电压增益的相角(相频响应)(相频响应)增益频率函数增益频率函数.最大误差最大误差-3dB频率响应
4、曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应.相频响应相频响应表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时,输出滞后输入高频时,输出滞后输入所以所以频率响应曲线描述频率响应曲线描述单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应.2.RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益:电路的电压增益:幅频响应幅频响应相频响应相频响应输出超前输入输出超前输入单时
5、间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应令.三级理想的电压放大器 用低通电路进行级联20lg(Av).单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出互导互导ecbbrbe-发射结发射结电阻电阻re归算到归算到基极回路的电基极回路的电阻阻rbb-基区基区的体电阻,的体电阻,-集电结电阻集电结电阻-发射结电容发射结电容 -集电结电容集电结电容混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型.模型简化模型简化单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出.又因为又因为所以
6、所以模型参数的获得模型参数的获得(与(与H参数的关系)参数的关系)低频时,混合低频时,混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效所以所以又又从手册中查出从手册中查出单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模.的的频率响应频率响应由由H参数可知参数可知即即根据混合根据混合 模型得模型得低频时低频时所以所以当当时,时,单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模.共发射极截止频率共发射极截止频率 的幅频响应的幅频响应令令则则特征频率特征频率共基极截止频率共基极截止频率单极放大电路的高频响应单极放大电路的
7、高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 的的频率响应频率响应-20dB/十倍频程.单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应密勒定理:证明:.2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路等效电路等效电路单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.对节点对节点 c 列列KCL得得电路简化电路简化忽略忽略 的分流得的分流得称为称为密勒电容密勒电容等效后断开了输入输出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.电路简化电
8、路简化最后最后2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.高频响应高频响应由电路得由电路得电压增益频响电压增益频响又又其中其中低频增益低频增益上限频率上限频率2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.增益增益-带宽积带宽积BJT 一旦确定,一旦确定,带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数#如何提高带宽?如何提高带宽?如何提高带宽?如何提高带宽?2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应单极放大
9、电路的高频响应.例题例题 解:解:模型参数为模型参数为例:例:设共射放大电路在室温下运行,其参数为: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。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为.3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应(b)高频小信号等效电路)高频小信号等效电路.高频响应高频响应列列 e 点的点的KCL而而所以电流增益为所以电流增益为其中其中电压增益为电压增益为 其中其中 特征频率特征频率忽略忽略3.共基极放大电路的高
10、频响应共基极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.几个上限频率的比较几个上限频率的比较 的的上限频率上限频率特征频率特征频率共基极上限频率共基极上限频率共发射极上限频率共发射极上限频率共基极电路频带最宽,无密勒电容共基极电路频带最宽,无密勒电容3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应.单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应4.共集极放大电路的频率响应共集极放大电路的频率响应 共集放大器的上限频率很高,没有密勒倍增效应,主要是共集电路是理想的电压跟随器。.单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应1.低频等
11、效电路低频等效电路.低频等效电路低频等效电路.2.低频响应低频响应中频增益中频增益当当则则下限频率取决于下限频率取决于即即单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应当.多极放大电路的频率响应多极放大电路的频率响应1.多级放大电路的增益多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载.2.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的通频带比多级放大电路的通频带比 它的任何一级都窄它的任何一级都窄(以两级为例)(以两级为例)则
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