放大电路的频率响应P

下一页总目录章目录返回上一页4双极结型三极管及放大电路基础本章内容4.1BJT4.2基本共射极放大电路4.3放大电路的分析方法4.4放大电路静态工作点的稳定问题4.5共集电极放大电路和共基极放大电路4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应下一页总目录章目录返回上一页4双极结型三极管及放大电路基础本章要求1.了解双极结型三极管(BJT)的结构、工作原理、温度对参数及特性的影响，掌握其符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用，三种工作状态(区)的条件、特点和判断。2.掌握基本共射极放大电路的组成、工作原理、静态分析和动态分析。3.熟悉放大电路的图解分析法、静态工作点对波形失真的影响，掌握基本共射极放大电路的动态分析、性能特点和用途。4.了解温度对静态工作点的影响，熟悉稳定静态工作点的措施，掌握基极分压式射极偏置放大电路的组成、工下一页总目录章目录返回上一页4双极结型三极管及放大电路基础5.掌握共集电极放大电路和共基极放大电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。6.熟悉组合放大电路的特点及分析方法、复合管的特点和判断。7.了解放大电路的频率响应，幅度失真、相位失真、频率失真、线性失真、产生频率响应的原因、上限频率、下限频率、通频带。作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。下一页总目录章目录返回上一页4双极结型三极管及放大电路基础重点难点重点：双极结型三极管(BJT)的符号、电流关系、特性曲线、参数、使用和应用；三种基本放大电路(共射、共集和共基)的组成、工作原理、静态分析(估算法)、动态分析(小信号模型分析法)、性能特点和用途；稳定静态工作点的措施，基极分压式射极偏置电路的组成、工作原理、静态分析、动态分析、性能特点和用途。难点：双极结型三极管(BJT)的工作原理和特性曲线,放大电路的工作原理、静态分析(图解分析法、估算法)和动态分析(图解分析法、小信号模型分析法)，放大电路的频率响应。下一页总目录章目录返回上一页4.7放大电路的频率响应本节内容本节只作定性分析4.7.B产生频率响应的原因1.中频段频率响应2.低频段频率响应3.高频段频率响应4.产生频率响应的原因4.7.A频率响应的概念1.频率响应2.幅频响应和相频响应3.上限频率和下限频率4.通频带(带宽)下一页总目录章目录返回上一页4.7放大电路的频率响应4.7.C线性失真1.幅度失真2.相位失真3.频率失真4.线性与非线性失真的区别4.7.2BJT的高频小信号模型及频率参数1.BJT的高频小信号模型2.BJT高频小信号模型中元件参数值的获得3.BJT的频率参数4.7.D放大电路的频率响应1.几个上限频率的比较2.扩展上限频率的方法下一页总目录章目录返回上一页4.7放大电路的频率响应3.增益-带宽积4.多级放大电路的频率响应4.7.E研究频率响应的必要性为什么要研究频率响应？下一页总目录章目录返回上一页4.7放大电路的频率响应本节要求1.熟悉频率响应的有关概念。2.熟悉产生频率响应的原因。3.熟悉线性失真的有关概念。4.了解BJT的高频小信号模型及频率参数5.熟悉基本、多级放大电路的频率响应6.了解研究频率响应的必要性下一页总目录章目录返回上一页4.7.A频率响应的概念频率响应是什么？1.频率响应2.幅频响应和相频响应3.上限频率和下限频率4.通频带(带宽)下一页总目录章目录返回上一页由于存在电抗性元件(C、L)，其电抗随频率变化而变化,当输入信号频率过低或过高时，放大倍数会减小，同时产生超前或滞后的相移。因此放大电路对不同频率的输入信号的放大能力不同，其大小和相位随频率变化而变化。4.7.A频率响应的概念1.频率响应频率响应(频率特性)：放大电路的电压放大倍数与正弦输入信号的频率的函数关系。一般来说，电压放大倍数是复数。实际输入信号包含很多频率成分，具有一定的频率范围，如音频信号为20Hz~20kHz，视频信号为0~4.5MHz，调频(FM)广播信号为88~108MHz。在放大电路中Av=Av(f)=Avej=Av(f)ej(f)=Av(f)∠(f).....下一页总目录章目录返回上一页中频区放大倍数与信号频率无关。2.幅频响应和相频响应(1)幅频响应03dB20lg|AV|/dB带宽220406020210221032104f/HzfLfH电压放大倍数的幅值|Av|与频率f的函数关系，即输入电压幅度固定时，输出电压的幅度随频率变化的规律。也称为幅频特性。中频区4.7.A频率响应的概念低频区放大倍数降低。高频区放大倍数降低。低频区高频区呈现带通特性Av=Av(f)..下一页总目录章目录返回上一页4.7.A频率响应的概念(2)相频响应电压放大倍数的相位与频率f的函数关系，即输出电压与输入电压之间相位差随频率变化而变化的规律。也称为相频特性。=(f)中频区相位与信号频率无关。低频区产生正的(超前)附加相位移。高频区产生负的(滞后)附加相位移。fLfHf–90º–180º–270º–135º–225º中频区低频区高频区下一页总目录章目录返回上一页Po=V2o/R=(V2oM/2)/R=PoM/2，对应的两个点称为半功率点[高(上)半功率点、低(下)半功率点]。4.7.A频率响应的概念3.上限频率和下限频率中频区放大器放大的信号不同，最大容许值有所不同。声或光的功率变化不超过一倍时，不会造成听觉或2MvAfLMvAf0vAMM0.7072vvvAAA当fH即时3dB20lg20lgMvvAA视觉明显的变化。因此，确定一个半功率点作为放大倍数下降的最大容许值。下一页总目录章目录返回上一页4.7.A频率响应的概念4.通频带(带宽)高频区低频区通频带fL2MvvAA当时的输入信号频率称为下限(截止)频率fL。fH中频区2MvAMvAf0vA在高频区：当时的输入信号频率称为上限(截止)频率fH。2MvvAA上限频率fH和下限频率fL之差。BW=fH–fL≈fH上限频率fH和下限频率fL(通频带)反映了放大电路对不同频率信号的适应能力。在低频区：下一页总目录章目录返回上一页4.7.A频率响应的概念微波接力通信设备中的中频放大器，在信号占据的频率范围70MHz±6MHz内，放大倍数的幅值变化只容许百分之几，相频特性容许的时延差不得超过±1nS。例如：音频放大电路的下限频率fL=20Hz，上限频率fH=20kHz，则通频带BW=fH-fL=20kHz-20Hz=19.980kHz≈fH=20kHz。03dB20lg|AV|/dB带宽220406020210221032104f/HzfLfH不同信号的放大电路对上限频率fH和下限频率fL(通频带)的要求不同。下一页总目录章目录返回上一页需要放大的输入信号的频率成分为100Hz—10kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？4.7.A频率响应的概念例1中频区2MvAMvAf0vA低频区高频区通频带fLfH下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因产生频率响应有哪些原因？1.中频段频率响应2.低频段频率响应3.高频段频率响应4.产生频率响应的原因下一页总目录章目录返回上一页阻容耦合放大电路由于存在耦合电容、旁路电容及三极管的结电容、接线的分布电容等，其容抗随频率变化，信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位将发生变化，因此放大电路对不同频率的输入信号的放大能力不同，其大小和相位随频率变化而变化。4.7.B产生频率响应的原因耦合电容、旁路电容很大(µF)，对中频和高频容抗很小，可看作短路；对低频容抗较大，不能看作短路。极间电容、分布电容很小(pF)，对中频和低频容抗很大，可看作开路；对高频容抗较小，不能看作开路。低频中频高频耦合、旁路电容不短路短路短路极间、分布电容开路开路不开路下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因Rb1RcCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCCvivo++––RSvS+–放大电路全频段等效电路Cbc极间电容Cbe极间电容Ci分布电容Co分布电容下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因1.中频段频率响应耦合电容和旁路电容较大,对中频段信号的容抗很小，视作短路。三极管极间电容和导线分布电容很小,对中频段信号的容抗很大,视作开路。vS+Rb1RcCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCCvivo++––RS–Ci分布电容Co分布电容Cbc极间电容Cbe极间电容下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因RLRb2+iCibieiiRb1RCiRb1iRb2Revivo+––RSvS+–交流通路小信号等效电路中频段电容不影响交流信号传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关(前面讨论的在中频段)。e)(e)c(1//bLRβRRβArv下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因2.低频段频率响应极间电容和分布电容容抗比中频段还大，视作开路。vS+Rb1RcCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCCvivo++––RS–耦合电容和旁路电容对低频段信号的容抗较大，不能视作短路。Cbc极间电容Cbe极间电容Ci分布电容Co分布电容交流通路：等效电路：下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因耦合电容Cb1和旁路电容Ce的容抗较大，产生分压，使三极管输入端的电压Vbe比输在低频段放大倍数降低和相位移超前的主要原因是耦合电容和发射极旁路电容分压的影响。入信号Vi要小，Ib和Ic跟着减小；耦合电容Cb2产生分压，使输出电压Vo减小，故放大倍数降低，并使vo产生超前的相位移。+-vivbe+-下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因3.高频段频率响应vS+Rb1RcCb1Cb2Rb2CeReRL++++VCCvivo++––RS–Cbc极间电容Cbe极间电容Ci分布电容Co分布电容耦合电容和旁路电容的容抗比中频段还小，视作短路。极间电容和分布电容的容抗比中频段小，不能视作开路。等效电路：下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因在高频段极间电容和分布电容的容抗减小，产生分流，使动在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管的极间电容和接线的分布电容分流、三极管的电流放大系数下降的影响。态信号损失并产生滞后的相位移。高频时三极管的电流放大系数也下降(见4.7.2)，使输出电压减小也产生滞后的相位移。Ci分布电容Co分布电容下一页总目录章目录返回上一页4.7.B产生频率响应的原因4.产生频率响应的原因低频中频高频耦合、旁路电容不短路短路短路极间、分布电容开路开路不开路电流放大系数常数常数下降极间、分布电容，电流放大系数产生频率响应原因耦合、旁路电容无关下一页总目录章目录返回上一页4.7.C频率失真频率失真是什么？1.幅度失真2.相位失真3.频率失真4.线性与非线性失真的区别下一页总目录章目录返回上一页4.7.C频率失真1.幅度失真放大电路的幅频特性破坏了输入信号各分量间的相对幅度关系，对输入0ωtvi0ωtvo设输入信号由基波和二次谐波组成，基波放大倍数大些，波形如右图。基波二次谐波输入信号基波输出信号二次谐波信号的不同频率成分放大倍数不一样，幅频特性偏离中频值，使输出信号波形产生变形。下一页总目录章目录返回上一页4.7.C频率失真2.相位失真放大电路的相频特性破坏了输入信号各分量间的相对相位关系，对输入设输入信号由基波和二次谐波组成，二次谐波相位滞后些，波形如右图。信号的不同频率成分相位移(延迟时间)不一样，相频特性偏离中频值，使输出信号波形产生变形。下一页总目录章目录返回上一页放大电路的频率特性表示对不同频率信号的传输特性，当输入信号为含有多个频率分量的非正弦4.7.C频率失真3.频率失真幅度失真和相位失真几乎同时发生，都与放大电路的频率特性有关，故合称为频率失真。中频区2MvAMvAf0vA低频区高频区通频带fLfH信号时，若频率超出通频带范围，非理想的频率特性使输出信号波形失真。幅度失真和相位失真都是由于线性电抗元件引