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1、第6章 放大電路的頻率響應(yīng),6.1 放大電路頻率響應(yīng)概述,6.3 晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型,6.4 單管放大電路的頻率響應(yīng),6.2 RC電路的頻率響應(yīng),6.5 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng),作業(yè)：6-1、6-4、6-5(1)、6-13,本章重點(diǎn),1.頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因和表示方法： 低頻Au下降的主要因素取決于耦合電容C， 高頻Au下降的主要因素取決于管子的極間電容。,2.RC低通和高通電路的頻率響應(yīng)： 幅頻特性和相頻特性、通頻帶和截止頻率,3.單管共射/多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)及相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算 中頻響應(yīng)、低頻響應(yīng)、高頻響應(yīng)、完整波特圖,6.1 頻率響應(yīng)概述,6.1.1 頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因,原因：
2、晶體管的極間電容 放大電路的耦合電容、旁路電容和分布電容 電容的容抗均隨著信號(hào)頻率的變化而變化，因而使放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大效果將不完全相同。這說明放大電路的電壓放大倍數(shù)（增益）是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系叫做“頻率響應(yīng)”或者“頻率特性”。,6.1 頻率響應(yīng)概述,中頻段：耦合電容、旁路電容容抗 小 短路 晶體管結(jié)電容的容抗 大 開路 不考慮放大電路的頻率特性。 低頻段：晶體管結(jié)電容 開路 但是，耦合電容和旁路電容的容抗增大，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)淖饔貌豢珊雎浴?6.1 頻率響應(yīng)概述,高頻段：耦合電容，旁路電容 短路 晶體管結(jié)電容和線路分布電容的容抗很小，對(duì)電流的并聯(lián)分流作用不可忽略，同樣會(huì)使增益的幅
3、值減小，同時(shí)產(chǎn)生附加相位移。,6.1.2 頻率響應(yīng)的表示方法,電路的頻率特性包括：幅頻特性 相頻特性,幅頻特性：指電壓增益的幅值和頻率的關(guān)系。,相頻特性：指輸出電壓與輸入電壓之間的相位差 和頻率的關(guān)系。,通常把中頻段的電壓增益用Aum表示。當(dāng)Aum 在高頻端和低頻段下降到0.707 Aum 時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率點(diǎn)叫做放大電路的“截止頻率”。,6.1.2 頻率響應(yīng)的表示方法,圖61 放大電路的幅頻特性和相頻特性,重要技術(shù)指標(biāo)，不失真放大的頻率范圍,6.2 RC電路的頻率響應(yīng),1. 高通電路及頻率響應(yīng),2. 低通電路及頻率響應(yīng),3. 波特圖（Bode plot）,用對(duì)數(shù)坐標(biāo)畫頻率特性曲線. 由對(duì)數(shù)幅
4、頻特性和對(duì)數(shù)相頻特性組成.,略去 、 ，開路 ，得到簡(jiǎn)化的晶體管的高頻小信號(hào)等效模型。,考慮到晶體三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)電容的作用，每個(gè)PN結(jié)均可用一個(gè)并聯(lián)的結(jié)電容和結(jié)電阻等效。,6.3 晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型 6.3.1 晶體管的高頻等效模型,1晶體管的混合參數(shù) 形模型,圖66 晶體管的高頻物理模型,表示受發(fā)射結(jié)電壓控制的集電結(jié)電流（壓控電流源）。,晶體管混合參數(shù) 型等效電路,2晶體管的混合參數(shù) 形等效電路,簡(jiǎn)化H參數(shù)等效電路 中低頻時(shí)混合形等效電路,當(dāng)頻率不高時(shí)，晶體管的結(jié)電容 和 的數(shù)值都很小，它們的影響可以忽略。這時(shí)混合參數(shù) 形等效電路就可以轉(zhuǎn)化為H參數(shù)等效電路。,比較兩個(gè)電路，
5、可推導(dǎo)出,將混合形等效電路通過密勒定理進(jìn)行單向化轉(zhuǎn)換，將C等效在輸入回路和輸出回路中。,3.混合參數(shù)形等效電路的簡(jiǎn)化,晶體管共射混合參數(shù) 型等效電路的簡(jiǎn)化圖：,通常的值很小，可以忽略。,把輸入端并聯(lián)電容合并，令,6.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型,共源接法場(chǎng)效應(yīng)管的混合參數(shù) 形等效電路如圖。(rgs、rds大，開路） 場(chǎng)效應(yīng)管等效電路中的輸入電容 較大，它的高頻特性要比雙極型晶體管差些。,6.3 單管共射放大電路的頻率響應(yīng),在中頻段，極間電容因?yàn)槿菘勾蠖暈殚_路，耦合電容和旁路電容因?yàn)槿菘剐《暈槎搪罚?在低頻段，主要考慮耦合和旁路電容的影響，將極間電容視為開路； 在高頻段，主要考慮極間電容的
6、影響，而耦合和旁路電容可以視為短路。,1.基本放大電路的中頻響應(yīng),單管共射放大電路電路圖和中頻等效電路,中頻段電壓增益：,幅頻特性和相頻特性：,Ausm和 均為實(shí)數(shù)，其波特圖的中頻段都是一條水平線。,2. 基本放大電路的低頻響應(yīng),低頻段電壓增益為：,基本放大電路在低頻段是一個(gè)RC高通特性。,其中,低頻段波特圖,3. 基本放大電路的高頻響應(yīng),應(yīng)用戴維南定理,高頻段電壓增益為：,基本放大電路在高頻段是一個(gè)RC低通特性。,其中,高頻段波特圖,4. 完整的單管共射放大電路的頻率響應(yīng),完整的電壓增益表達(dá)式：,完整波特圖,低頻段Au下降且產(chǎn)生相移,主要受耦合電容、旁路電容的影響。 高頻段Au下降且產(chǎn)生相移
7、,主要受晶體管極間電容、電路中寄生電容的影響。,注意:,6.4.4 放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積,1對(duì)放大電路頻率響應(yīng)的要求 只有在放大電路的通頻帶內(nèi)，對(duì)于不同頻率的信號(hào)，放大電路電壓增益的幅值和相位才不會(huì)發(fā)生變化。 如果輸入信號(hào)包含很多頻率分量，輸出信號(hào)不可能完全復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)的波形而產(chǎn)生失真，這種失真叫做“頻率失真”。頻率失真包括“幅值失真”和“相位失真”。,6.4.4 放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積,為了減小頻率失真，可以采取相應(yīng)的手段擴(kuò)大放大電路的通頻帶。通常采用的方法有：,（1）減小fL，改善低頻響應(yīng)。一方面使有關(guān)電容(耦合電容和旁路電容）的電容量增大，一方面使相應(yīng)回路的電阻
8、增大。當(dāng)然，最好的辦法是去掉耦合電容而采取直接耦合的方式。,6.4.4 放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積,（3）引入負(fù)反饋。在電路中引入負(fù)反饋，可以擴(kuò)大放大電路的通頻帶。,（2）增大fH，改善高頻響應(yīng)。有 其中： 所以應(yīng)減小電阻和電容，選擇特征頻率高， 小的高頻管，還要減小gmRL。但是，減小gmRL 會(huì)時(shí)放大電路電壓增益下降。可見擴(kuò)展頻帶和提高電壓增益是有矛盾的。,6.4.4 放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積,“增益帶寬積”GBP，它是中頻電壓放大倍數(shù)Ausm 和通頻帶fBW的乘積。 是衡量放大電路性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。,由于,增益帶寬積為GBP：,可以看出，在一般情況下，當(dāng)晶體管和信號(hào)源
9、選定后，增益帶寬積也就大體確定。如果要使放大電路的通頻帶寬，同時(shí)又要使它的電壓增益高，則應(yīng)選用 和 都很小的高頻管。,6.5 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng) 6.5.1多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)表達(dá)式和波特圖,設(shè)多級(jí)放大電路每一級(jí)的電壓增益分別為 ， ， ， ，則總的電壓增益為：,由式（645）可寫出多級(jí)放大電路電壓增益的波特圖的表達(dá)式為：,（645）,因此，只要把各級(jí)電壓增益的波特圖進(jìn)行疊加，就可以得到多級(jí)放大電路總電壓增益波特圖。,1.放大器的增益與頻率有關(guān)，稱幅頻特性； 放大器的相移也與頻率有關(guān)，稱相頻特性， 兩者統(tǒng)稱為頻率響應(yīng)。 高頻響應(yīng)由晶體管的極間電容（結(jié)電容）引起的。 低頻響應(yīng)由電路中耦合電
10、容和旁路電容引起的。,3.衡量放大電路性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)增益帶寬積。,4. CB組態(tài)放大電路由于輸入電容小（pF），所以CB組態(tài)放大電路的上限截止頻率fH比CE組態(tài)要高許多。,頻響分析,幾點(diǎn)結(jié)論,2.分析放大器頻響的重要指標(biāo)：增益函數(shù)、帶寬和高低頻截頻。,本章內(nèi)容,1.頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因和表示方法 低頻Au下降的主要因素取決于耦合電容C， 高頻Au下降的主要因素取決于管子的極間電容。,2.RC低通和高通電路的頻率響應(yīng) 包括幅頻特性和相頻特性、通頻帶和截止頻率；,5.多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)，包括幅頻特性和相頻特性、通頻帶和截止頻率的近似估算。,3.晶體管的高頻等效模型及相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算；,4.單管共射放大電路的頻率響應(yīng)及相應(yīng)參數(shù)的計(jì)算；,作業(yè)：6-1、6-4、6-5(1)、6-13,
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