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1、2.8 放大电路的频率特性,2.8.1 频率响应和频率失真,频率响应放大电路输入幅度相同的正弦波信号时，输出信号的幅度与相位随信号频率变化而变化的特性。,频率失真放大电路对不同频率的输入信号，有不同的放大能力和相移，从而使输出信号产生了失真。,频率失真也称为线性失真（因为晶体管工作于放大区时出现的失真）。,频率失真产生的原因：,放大电路存在电抗元件,输出信号,二次谐波,基波,二次谐波,基波,输入信号,输出信号,二次谐波,基波,幅度失真,相位失真,相位失真,幅度失真,2.8.2 放大电路的频率响应和瞬态响应,1频率响应,频域法在频率范畴内研究频率特性的方法。或称稳态法。,相频特性,描述频率特性的
2、参数,fL、fH、fbw,低频区,高频区,f,f,f,2瞬态响应,瞬态法通过分析研究放大电路瞬态响应，研究放大电路的频率特性的方法。,瞬态响应将一单位阶跃信号加到放大电路的输入端，观察输出信号随时间变化的情况。,上升时间,trfH 0.35,=2fL tp100%,a. tr与fH的关系,上升时间tr,平顶降落率,失真的表示,b. 与fL的关系,2.8.3 晶体管的高频特性,1晶体管的高频模型,晶体管结构示意图,基区体电阻,发射区体电阻,集电区体电阻,发射结电阻,集电结电阻,C、E极间电阻,C、E极间电容,发射结电容,集电结电容,压控电流源,集电极电流将与发射结电阻两端的电压成正比,晶体管混合
3、型等效模型,电路模型,通常re、 rc很小， rce、 rbc很大，均可以忽略。,简化的混合型等效模型,低频混合型等效电路,晶体管混合型低频等效电路与微变等效电路的关系,低频等效电路,微变等效电路,rbe= rbb+rbe,故有,gm的物理意义：,定义：,晶体管混合型电路的密勒等效电路,密勒等效电路,2晶体管的高频特性和高频参数,由描述晶体管特性的H参数方程,得,由图可知,因 很小,由以上各式得,令,或,相频特性,a) 画幅频特性曲线,将上式表示为,在坐标系中表示横轴,在坐标系中表示斜率为-20dB/十倍频的一条直线,的图形是由横轴与斜率为-20dB/十倍频的直线合成的曲线。,的图形是由直线,
4、综上所述,合成的,这种图形称为波特图,即实际值比 小3dB,f称为晶体管的共射极截止频率,b) 画相频特性曲线,由相频特性,知,当 ff (实际只要f0.1f )时,当 ff (实际只要f10f )时,当 f=f 时,实际上当f=0.1f 或f=10 f时,或,(2) 晶体管特征频率fT,由于,定义,故,fT是衡量晶体管高频特性的最常用指标,由,得,可见f和fT都与晶体管的静态工作点有关,可以证明,式中,0晶体管共基极低频电流放大系数,f 晶体管共基极截止频率,得晶体管共基极截止频率,由 与 的关系,通常将 的晶体管称为高频管,将 的晶体管称为低频管,晶体管共基极截止频率,特征频率,f、fT和
5、f a之间的关系为,(4) f、fT和f a的关系,2.8.4 单管共射极放大电路的频率响应,单管共射极放大电路,电路中存在的电容：,a. 耦合电容、旁路电容,b. 结电容、极间电容、分布电容及负载电容等,不同电容对电路性能的影响,a. 耦合电容、旁路电容较大，主要影响电路的低频性能。,b. 结电容、极间电容及分布电容等很小，主要影响电路的高频性能。,不同频率区域对电容的处理原则,a. 低频区,考虑耦合电容、旁路电容的作用。,结电容、极间电容及分布电容等小电容视为开路。,b. 中频区,耦合电容、旁路电容视为短路。,结电容、极间电容及分布电容等仍视为开路。,c. 高频区,耦合电容、旁路电容视为短
6、路。,考虑结电容、极间电容及分布电容等小电容的作用。,1中频区的频率响应,中频区微变等效电路,忽略RB,电压放大倍数,2低频区的频率响应和下限截止频率,低频微变等效电路,忽略RB,忽略RE(因RE1/LCE),将CE等效到输入回路,将电流源转换为电压源,将输入回路电容合并,图中,在输出回路,在输入回路,得低频区放大电路电压放大倍数,上式中，令,、 分别为输入、输出回路的时间常数。,令,中频电压放大倍数,当C2C1,即C2的影响可以忽略时,知当 时,故,为仅考虑 时放大电路的下限截止频率,当C2C1时,即C1的影响可以忽略时,知当 时,故,为仅考虑 时放大电路的下限截止频率,故 旁路电容是影响电
7、路低频性能的主要元件。,一般情况下，由于,即 旁路电容折算到输入端的等效电容很小。,3高频区的频率响应和上限截止频率,高频等效电路,对 密勒等效,对输入回路简化、等效,Ci=CM+Cbe,戴维南等效,对输出回路简化、等效,将电流源转换为电压源,由图可知,高频区电压放大倍数,.,令,、 分别为输入、输出回路的时间常数,或,那么,当CiCo,即Co的影响可以忽略时,知当 时,故 fH1为仅考虑Ci时放大电路的上限截止频率。,当Co Ci时,即 Ci的影响可以忽略时,知当 时,故 fH2为仅考虑Co时放大电路的上限截止频率。,名词：,惯性环节含惯性元件的回路。,惯性元件指其能量不能突变的元件(如电容
8、）。,当低频区只考虑一个电容C1或C2,放大电路的电压放大倍数可表示为,高频区只考虑一个电容Ci 或Co,即当低、高频区的等效电路都只含一个惯性环节时,讨论：,由以上分析可画出放大电路的幅频和相频特性曲线,（低、高频区等效电路都只含一个惯性环节）,2.8.5 放大电路的增益带宽积,放大电路的带宽,可见， 扩展放大电路带宽的关键就在于提高fH。,由于 fHfL,故,提高fH的途径：,可见，降低电路Au时，将使CM减小，fH1提高。,由于,1. 通过fH1,而,减小RL ，fH2提高,但降低电路Au,2. 通过fH2,由于,由上述讨论可知：,提高放大电路的增益与扩展放大电路带宽之间有矛盾。,为了全
9、面的衡量电路的高频性能，采用指标：,增益带宽积GBP（gain bandwidth product）,GBP的定义,GBP=Aums fbw,Aums fH,设放大电路的低高频区的等效电路均有多个惯性环节,2.8.6 多级放大电路的频率响应,1. 如果各个惯性环节决定的下限截止频率分别为,则，电路的下限截止频率fL,fL1， fL2，fLn,电路上限截止频率fH,b. 各个惯性环节决定的上限截止频率分别为,特别地，当 （ ）时,fH1， fH2， fHn,特别地，当 （ ）时,对于多级放大电路（相对于单级放大电路）：,（1）增益高。,（2）下限截止频率fL增大。,（3）上限截止频率fH降低。,
10、（4）频带fbw变窄。,小结：,例1 在图示放大电路中，已知VCC=15V, RB1=90k, RB2=60k, RC=RL=2k,RE1= 0.2k, RE2= 1.8k ,C1=C2=10F, CE=50 F ,Co = 1600pF。 三极管的 rbb=300， =100，UBE=0.7V, 结电容可以忽略。试求,练习题,(1) 静态工作点ICQ ,UCEQ： (2) Aum、 Ri 、 Ro； (3) 估计上、下限截止频率fH和fL； (4) Uopp及输入电压最大值Ui m; (5) 当输入电压ui的最大值大于Uim时，输出将首先出现什么失真？,解：,(1) 估算法,UCEQ=VCC
11、ICQRC IEQ(RE1+RE2),(2),VCCIEQ（RC+RE1+RE2）,=153.15(2 2),=2.4 V,Ri,Ro,(3) a. 估算法下限截止频率,(a) C1决定的下限截止频率,Ri,Ro,(b) C2决定的下限截止频率,(c) CE决定的下限截止频率,R,Ri,Ro,R,Ri,Ro,图中,故,由此可得电路的下限截止频率,b. 估算法上限截止频率,根据题意， 影响电路上限截止频率的电容只有Co。,故,Ro,(4),UCEQ=2.4 V,由,得,(5),由于,故,当输入电压ui的最大值大于Uim时,输出将首先出现饱和失真,例2 在图示电路中，已知晶体管T1、T2的电流放大系数1 250,UBE1=UBE2=0.7V。稳压管的稳定电压UZ4.7V。 （1）试计算电路各级的静态工作点值。 （2）如IC1由于温度的升高而增加1，试计算输出电压Uo变化多少？,解 (1) 由图可知,其中,故,又由于,（2）由题意知，温度升高后IC1增加1，故各级的静态值为,可见，即使没有输入信号，由于温度的变化输出端的电压也会忽高忽低的变化，这就是零点漂移。,输出电压比原来提高了,