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1、5.1 概述,第5章,5.2 放大电路的高频小信号模型,5.3 单管共射放大电路的频率特性,5.4 放大电路的增益带宽积,5.5 多级放大电路的频率特性,5.1放大电路的频率特性,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,5.1.3 单时间常数RC电路的频率特性,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,Rs,Us,+,-,Uo,+,-,1.频率特性,Au( f ) 幅频特性,( f ) 相频特性,0.707Aum,f L 下限截止频率,f H 上限截止频率,2. 频带宽度(带宽)BW(Band Width),BW = f H - f L f H,3频率失真
2、,幅频失真:,通频带不够宽，而输入信号的频谱分布又很广，那么输入信号的不同频率成分，就会得不到同倍数的放大， 输出波形就会产生失真,放大倍数模的不同所造成的失真.,相频失真 :,附加相移不同而造成的失真,两种失真总称频率失真,电路中由于线性的电抗元件，,引起的频率失真 ，,叫做线性失真。,4.波特图 （1）用分贝（dB）表示放大倍数 （2）波特图 画频率特性曲线时，为了缩短坐标，扩大视野，简化分析，代表频率的横坐标采用对数刻度。此时，每一个十 倍频率范围在横坐标轴上所占的长度是相等的；用分贝 表示放大倍数和用角度表示相位的纵坐标采用线性分度。,（dB）,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,
3、1.三个频段的划分,（1).中频区(段),特点:Aus与f无关,与f无关,原因:不考虑电路中,电容的影响,（2).低频区(段),特点:Aus与f有关(f下降Aus也下降,与频率有关),原因:由于C1和C2的存在,在频率比较低时,电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降.,所以Aus下降,（3).高频区(段),特点:Aus与f有关(f增大Aus下降,与f有关),原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起,2.研究方法,分频区用等效电路法分析计算,（1）中频区前边已经讲过用H参数微变等效电 路分析计算,（2）.低频区用中频区的等效电路并把C1和C2的影响考虑进去,画出等效电路,进行分析计算
4、,（3）.高频区晶体管的H参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以首先介绍晶体管的高频小信号模型.,5.1.3 单时间常数RC电路的频率特性,1RC低通电路,2RC高通电路,3.时间常数的估算,(1)单个电容多个电阻,(2)单个电阻多个电容,(3)多个电阻多个电容,5.2 晶体管的高频物理模型 -混合等效电路,5.2.1混合等效电路的引出,用晶体管物理模型引出,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 集电区,base,发射极 E,r bb-基区电阻几欧几百欧,r be-发射极电阻与工作点Q有关,r bc-集电极电阻 一般在几兆以上,可以看作无穷大,r c和re可以忽略
5、不计,Cbc-集电结电容 可以用C来表示,Cbe-发射结电容可以用C 来表示,r ce-输出电阻一般在几百K以上,可以看作,gmUbe-发射结电压控制集电结电流,gm-跨导,5.2.2混合参数和H参数的关系,5.2.3混合等效电路的简化,5.2.4 三极管电流放大系数的频率响应, = 0.7070,f 共发射极截止频率,fT 特征频率, = 1,同样可求得：,可见：,5.3 单管共射放大电路的频率特性,1.画出全频段的微变等效电路,2.中频区的频率响应 ffH ffL,(1). 微变等效电路,C1看作短路 C看作开路,(2). 写出Ausm的表达式,(3).写出表达式的模和相位,3.高频区的频
6、率响应 ffH,(1). 微变等效电路,C1看作短路,(2). 写出表达式,=,=,(3).写出表达式的模和相位,4.低频区的频率响应 ffL,(1). 微变等效电路 C看作开路,(2). 写出表达式,(3).写出表达式的模和相位,5.波特图的画法,(1).坐标轴的选择,1).幅频响应 纵轴用分贝 横轴用对数表示的频率,2).相频响应 纵轴用度 横轴用对数表示的频率,(2).中频区的画法,设:,(3).高频区的画法,(4).低频区的画法,将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段 、 低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示 的完整的频率特性（波特）图 。,共射电路完整波特图,实际上，同
7、时也可得出单管共 射电路完整的电压放大倍数表 达式， 即,(5).完整的单管共射电路频率响应,，,其中 因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等 效电路，算出输入回路的时间常数 和 ， 则可以方便的画出放大电路的频率特性图。,对数幅频特性：在 到 之间， 是一条水平直线；在 时，是一条斜率为 +20Db/十倍频程的直线；在 时，是一,条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在 时， 是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路 的通频带 。,相频特性：在 时， ； 在 时， ；,在 时， ；,而在f从 到 以及从 到 的范围内， 相频特性都是斜率为 十倍频程的直线。,前面已经指出在画波特图
8、时，用折线代替实际 的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大 误差为3dB，相频特性的最大误差为 ， 都出现在线段转折处。,如果同时考虑耦合电容 和 ，则可分别求出 对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率,这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折 频率。如果二者之间的比值在45倍以上，则 可取较大的值作为放大电路的下限频率。,否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图 的画法要复杂一些。,如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极 电阻 和旁路电容 ，而且 的电容量不够 大，则在低频时不能被看作短路。因而，由 又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是， 由于 在射极电路里，射极电流 是基极电流
9、,因此 往往是决定低频响应的主要因素。,5.4 放大电路的增益带宽积,5.4.1对放大电路频率响应的要求,只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。 频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”,频率响应的要求是： 放大电路的 要低于输入信号中的最低频率分量 要高于输入信号中的最高频率分量,5.4.2 对放大电路频率响应的改善,1.减小 改善 低频响应 方法：加大C1、C2和Ce 或采用直接耦合,2.增大 改善 高频响应 方法： 减小 C、 C 或采用高频管,3.引入负反馈,5.4.3 放大电路的增益带宽积,结论,
10、当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果同频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数 为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高， 则应选 和 都很小的高频管,一、小信号频率参数,1. 开环带宽BW,BW = f H,5.4.4 集成运算放大器高频参数及其响,2. 单位增益带宽 BWG,BWG = f T,运放闭环工作时，,带宽 增益积,= Aud f H,fH 为开环增益下降 3 dB 时的频率,通用型集成运放带宽较窄(几赫兹),f T 为开环增益下降至 0 dB(即Aud = 1)时的频率,带宽增益积,= 1 f T,= f T,= BWG,= Aud f H,BWG =
11、 Aud BW,f = 0，使 Auf = 1，当 Auf 降为 0.707 时，此时的频率 即为 fT。,BWG = Auf BWf,如 741 型运放: Aud = 104，BW = 7 Hz，Auf = 10，,则 BWf = 7 kHz,二、大信号频率参数,1. 转换速率 SR,输入,输出,A 741 为 0.5 V/ s,高速型 SR 10 V/ s,否则将引起输出波形失真,例如：,则：,须使：,SR 2 f Uom,A741,Uom= 10 V,最高不失真频率为 8 kHz,2. 全功率带宽 BWP,输出为最大峰值电压时不产生明显失真的 最高工作频率,当 BWG 2 MHz，,BW
12、P 20 kHz，,SR 6 V/s,选高速宽带运放,5.5 多级放大电路的频率特性,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,5.5.1 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为,式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|为多级放大器中 频增益。令,5.5.2 多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为,(569),(570),(571),(572),解得多级放大器的下限角频率近似式为,若各级下限角频率相等，即L1=L2=Ln,则,5.5.3 多级放大电路的通频带,设某一两级放大电路是由两个相同的单级放大电路所组成,第 5章,小 结,一、简单 RC 电路的频率特性,
13、RC 低通电路,RC 高通电路,二、放大电路的高频特性,1. 晶体管混合 型等效电路 (了解),晶体管放大电路增益带宽积 G BW Aus0 fH = 常数,2. 集成运算放大器高频参数及其影响,小信号 频率参数,开环带宽 BW = fH,单位增益带宽 BWG = Aud BW = Auf BWf = fT,闭环带宽 BWf = fHf,带宽增益积 GBW = Aud BW,大信号动态参数：,转换速率 SR,全功率带宽 BWP,三、集成运放小信号交流放大电路,1. 耦合电容构成高通电路对下限频率的影响,当电路中只有一个 RC 高通电路时：,当电路中有两个 RC 高通电路时：,耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不 引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。,2. 闭环放大倍数对上限频率的影响,闭环放大倍数 Auf 越小， 上限频率 fH 越大：,