放大电路的频率响应PPT课件
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三极管放大电路的频率响应
ωH =
1
τ ωH 1 1 fH = = = 2π 2πτ 2πRC
Au =
ω 1+ j ωH
1
=
1 f 1+ j fH
23
三、RC电路的频率响应
用幅值与相角表示：
Au =
1 f 1+ f H
2
称为幅频特性
f = arctan fH
称为相频特性
24
三、RC电路的频率响应
Au =
15
三、RC电路的频率响应
与耦合电容相反，由于半导体管极间电容的存在， 对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相 当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一 定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数 值减小且产生相移。 为了便于理解有关频率响应的基本要领，这里将 对无源单极RC电路的频率响应加以分析。
2
一、频率失真及不失真条件
如图所示，某待放大的信号是由基波（ω1）和三次谐波 （3 ω1 ）所组成。
3
一、频率失真及不失真条件
由于电抗元件的存在，使放大器对三次谐波的放大倍数小于 对基波的放大倍数，那么放大后的信号各频率分量的大小比例将 不同于输入信号。人们称这种由于放大倍数随频率变化而引起的 失真为振幅频率失真。
1 f 1+ f H
2
f = arctan fH
当f << f H 时， Au ≈ 1, ≈ 00 1 , = 450 2 fH 当f >> f H 时， Au ≈ , 表明f每升高10倍， Au 降低10倍。 f 当f = f H 时， Au = 当f趋于无穷时， Au 趋于0，趋于 900 因此，该电路叫RC低通电路，f H 称为上限截止频率。
三极管放大电路的频率响应
• 若用分贝表达增益G，则：
• GH=20lgAuH= 20lgAum-3dB • GL=20lgAuL= 20lgAum-3dB
• 故又称H点和L点为-3dB点，BW为-3dB带宽。
12
二、实际旳频率特征及通频带定义
• 中频区增益与通频带是放大器旳二个主要指标，而 且这两者往往又是一对矛盾旳指标，所以引进增益带宽 乘积来表征放大器旳性能：
16
三、RC电路旳频率响应
• 1、高通电路
• RC高通电路如图所示：
•
•
Au
UO
•
Ui
1 R R 1
jC
1 1
jRC
17
三、RC电路旳频率响应
• 式中为输入信号旳角频率，RC为回路旳时间常数，
令：
L
1 RC
1
fL
L 2
1
2
1
2RC
f
j
•
Au
1
1 L
1
1
f
L
1
fL jf
j
jf
fL
18
三、RC电路旳频率响应
• 上限截止频率ƒH定义为高频区放大倍数下降为中频区旳 1/2时所相应旳频率，即：
AuH
1 2
Aum
0.707 Aum
• 同理，下限截止频率ƒL为：
AuL
1 2
Aum
0.707 Aum
• 通频带为：
BW= ƒH- ƒL ƒH
11
二、实际旳频率特征及通频带定义
• 上、下限截止频率所相应旳H点和L点又称为半功率点 （因为功率与电压平方成正比）。
15
三、RC电路旳频率响应
• 与耦合电容相反，因为半导体管极间电容旳存在， 对信号构成了低通电路，即对于频率足够低旳信号相 当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一 定程度时，极间电容将分流，从而造成放大倍数旳数 值减小且产生相移。
• GH=20lgAuH= 20lgAum-3dB • GL=20lgAuL= 20lgAum-3dB
• 故又称H点和L点为-3dB点，BW为-3dB带宽。
12
二、实际旳频率特征及通频带定义
• 中频区增益与通频带是放大器旳二个主要指标，而 且这两者往往又是一对矛盾旳指标，所以引进增益带宽 乘积来表征放大器旳性能：
16
三、RC电路旳频率响应
• 1、高通电路
• RC高通电路如图所示：
•
•
Au
UO
•
Ui
1 R R 1
jC
1 1
jRC
17
三、RC电路旳频率响应
• 式中为输入信号旳角频率，RC为回路旳时间常数，
令：
L
1 RC
1
fL
L 2
1
2
1
2RC
f
j
•
Au
1
1 L
1
1
f
L
1
fL jf
j
jf
fL
18
三、RC电路旳频率响应
• 上限截止频率ƒH定义为高频区放大倍数下降为中频区旳 1/2时所相应旳频率，即：
AuH
1 2
Aum
0.707 Aum
• 同理，下限截止频率ƒL为：
AuL
1 2
Aum
0.707 Aum
• 通频带为：
BW= ƒH- ƒL ƒH
11
二、实际旳频率特征及通频带定义
• 上、下限截止频率所相应旳H点和L点又称为半功率点 （因为功率与电压平方成正比）。
15
三、RC电路旳频率响应
• 与耦合电容相反，因为半导体管极间电容旳存在， 对信号构成了低通电路，即对于频率足够低旳信号相 当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一 定程度时，极间电容将分流，从而造成放大倍数旳数 值减小且产生相移。
放大电路的频率响应共30页文档
四、波特图
波特图—采用对数坐标的频率响应（0.1fL，fL，10fL） 包含幅频特性（20lg|Au|）和相频特性，一般采用折线化近似。
20lg 23dB
5.71
注意三个位置：0.1fL（H）， fL（H）， 10fL（H） 幅频特性 -20dB或0dB， 0dB， 0dB或-20dB
相频特性
分析单管共射放大电路的频率响应
适用于信号频率从0～∞的 交流等效电路
中频段：耦合电容C和旁路电容
短路，C
' π
开路。
低频段：考虑C
的影响，C
' π
开路。
高频段：考虑
C
' π
的影响，C短路。
1. 中频电压放大倍数
Au sm
Uo Us
Ri
Ui Us
Ub' Ui
e
Байду номын сангаас
Uo Ub' e
+90 °或0 °，±45°， 0 °或-90 °
§5.2 晶体管的高频等效电路
--考虑结电容的影响
一、BJT管的高频混合π模型 二、场效应管的高频等效模型
一、BJT管的高频混合π模型
1. 模型的建立：由结构而建立，形状像Π，参数量纲各不相同。
阻值小
阻值大
gm为跨导，它不随信 号频率的变化而变。
三、放大电路中的频率参数
结电容
高通 电路
低通 电路
下限频率
fbwfHfL 上限频率
在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电 容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。
在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和 分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号
第五章 放大电路的频率响应-new
放大电路中有电容,电感等电抗元件 放大电路中有电容 电感等电抗元件, 电感等电抗元件 阻抗随f 阻抗随 变化而变化
1 ZC = jωC
C1
& Ib I& c
& Ib
V&O
前面分析, 前面分析 隔直电容 处理为:直流开路 交流短路 处理为 直流开路,交流短路 直流开路
f 1Hz 10Hz 100Hz 1kHz 10kHz
60 40
带宽 20 0 2
2. 频率响应的分析任务
20 fL
2× 102
2× 103
2× 104 fH
f/Hz
（1）频率响应表达式 AV = AV (ω )∠ϕ (ω ) ）频率响应表达式: & 下限频率f （2）带宽 ）带宽BW、上限频率 f H、下限频率 L 、
继续
3. AV随 f 变化的原因
继续
（1）高通电路：频率响应 ）高通电路：
fL
& Uo jωRC & = Au = & U i 1 + jωRC
1 & = j f fL 令f L = ，则Au 2 πRC 1 + j f fL
f>>fL时放大 倍数约为1 倍数约为
f fL & Au = 1 + ( f f L )2 ϕ = 90° − arctan( f f L )
由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器 耦合电容 极间电容的存在 使放大倍数为频率的函数。 的存在， 件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。
继续
5.1 频率响应概述
频率响应——放大器的电压放大倍数 放大器的电压放大倍数 频率响应 与频率的关系
1 ZC = jωC
C1
& Ib I& c
& Ib
V&O
前面分析, 前面分析 隔直电容 处理为:直流开路 交流短路 处理为 直流开路,交流短路 直流开路
f 1Hz 10Hz 100Hz 1kHz 10kHz
60 40
带宽 20 0 2
2. 频率响应的分析任务
20 fL
2× 102
2× 103
2× 104 fH
f/Hz
（1）频率响应表达式 AV = AV (ω )∠ϕ (ω ) ）频率响应表达式: & 下限频率f （2）带宽 ）带宽BW、上限频率 f H、下限频率 L 、
继续
3. AV随 f 变化的原因
继续
（1）高通电路：频率响应 ）高通电路：
fL
& Uo jωRC & = Au = & U i 1 + jωRC
1 & = j f fL 令f L = ，则Au 2 πRC 1 + j f fL
f>>fL时放大 倍数约为1 倍数约为
f fL & Au = 1 + ( f f L )2 ϕ = 90° − arctan( f f L )
由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器 耦合电容 极间电容的存在 使放大倍数为频率的函数。 的存在， 件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。
继续
5.1 频率响应概述
频率响应——放大器的电压放大倍数 放大器的电压放大倍数 频率响应 与频率的关系
放大电路的频率响应解读PPT文档共31页
Thank you
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
放大电路的频率响应解读
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
放大电路的频率响应解读
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
第五章 放大电路的频率响应
1 fH 2 RC
1 fL 2 RC
当信号频率等于上（下）限频率时，放大电路的 增益下降3dB，且产生±45°相移
近似分析时，可用折线化的波特图表示电路的频 率特性
一个电容对应的渐进线斜率为20dB/十倍频
简单 RC 电路的频率特性
Ui
•
R C
Uo
•
Ui
•
C R
Uo
•
RC 低通电路
RC 高通电路
Au
• |Au |
1 0.707
1 f 1 j fH
1 0.707
Au
1 fL 1 j f
|Au |
fL
f
•
O
fH f
f
O
O –45° –90°
90° 45° O
f
研究频率响应的方法 (1) 三个频段的划分 1) 中频区(段) 特点:Aus与f无关
与f无关
5.4 单管放大电路的频率响应
本节以单管共射电路为例，介绍频率响应的一般 分析方法。
5.4.1 单管共射放大电路的频率响应
1、画出全频段的微变等效电路
+VCC RB C1 + . Ui VT RL . Uo RC C2 + + . Ui _ RB rb′e
C1
rbb′ . gmUb'e Cπ′
C2 + RC . RL U o _
R
fL
L 1 1 下限截止频率 2 2 2 RC
Au பைடு நூலகம்
1
L 1 j
1 fL 1 jf
f j fL f 1 j fL
1、RC高通电路的频率响应
放大电路的频率响应
20 lg A V (dB)
0dB ； 称之为波特图。 ①当 f 0.1 f H 时， 20 lg A V 3dB ； ②当 f f 时， 20 lg A
H V
20 dB ； ③当 f 10 f H 时， 20 lg A V
0.01fH
低通电路的相频特性曲线 fH 称之为上 f arctan 限截止频率 f H （上限频率） ①当f 0.1 f H 时， 0o； ②当f f H 时， 45o； ③当f 10 f L时， 90o
极间电容的存在，
耦合电容的存在，对
对信号构成了低通电
路，即对频率足够低
信号构成了高通电路，
即对频率足够高的信号
的信号相当于开路，
对电路不产生影响。
相当于短路，信号几乎
无损耗地通过。
U i
U o
U i
U o
一. 频率响应的基本概念
1.RC高通电路的频率响应 图中：
V i V o
1 AV ( ) 2 f 1 f H f ( ) arctan f H
幅频特性
相频特性
( ) A V
1 f 1 f H
2
幅频特性
f ( ) arctan f H
gm U be rbe UT 将 rbe 1 代 入 g m， 有 : IE I b
IE gm UT
3.确定混合π 模型的主要参数： 混合π模型
Cbc I Cbc
h参数模型 b
U ce
ib
ic βib
放大电路的频率响应
1 .中频段 所有的电容均可忽略。 中频电压放大倍数：
共射放大电路
Ausm
VO Ri RL VS RS Ri rbe
2. 低频段
在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电 容C1、C2不能忽略。 方便分析，现在只考虑C1，将C2归入第二级。画出低频 等效电路如图所示。 该电路有 一个RC电路高通环节。有下限截止频率：
高通电路及频率响应
fL
可见：当频率较高时，Au ≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着 频率的降低， Au下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最 大超前90o。在此频率响应中，下限截止频率fL是一个重要的频率点。
二. 阻容耦合共射放大电路的频率响应
对于如图所示的共射放大电路， 分低、中、高三个频段加以研究。
共射放大电路高频段的波特图
幅频响应 ： 相频响应 ：
20lg | AusH | 20lg | Ausm | 20lg
1 1 ( f
180 arctg( f
fH
)
fH
)2
4. 完整的共射放大电路的频率响应
Aus Ausm
1 1 f f (1 j L ) (1 j f ) f H
2. RC 高通网络
（1）频率响应表达式：
. . Vo A= .
v
Vi
R 1 1 R 1/ jwC 1 j / wRC 1 jwL / w
RC 高通电路
式中 wL 1 。
RC
下限截止频率、模和相角分别为
1 fL 2RC
1 │v A│ 1 ( fL f )2
arctg( f L f )
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2019/11/26
f f
6
§ 22..77 .放2 大B电J路T的的频高率频响应小信号模型及频率参数
1. BJT高频小信号模型
+
c
混合π型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。
b'是假想的基区内的一个点。
rbb' ——基区的体电阻
rb‘e——发射结电阻 Cb‘e——发射结电容 rb‘c——集电结电阻
相频响应：
H arctg( f fH )
2
2.7 放大电路的频率响应
幅频响应：
AVH
1 1 ( f fH )2
当 f fH 时，
20 lg AVH / dB
0.1f
0
H
-20
-40
-3dB
fH 10fH 100fH f
-20dB/十倍频程
1
AVH
1 1 ( f / fH )2
f -20dB/十倍频程
fH 10fH 100fH f
45 / 十倍频
这种对数频率特性曲线称为波特图(bode plot)，
2其019中/11f/2H6是一个重要的频率点，称为上限截止频率。
4
2.7 放大电路的频率响应
2. RC高通电路频率响应
（1）频率响应表达式：
AVL
Vo Vi
b 'C
得:
gm rb'e
1 j r b'e (Cb'e Cb'c )
. 将c、e短路。
b Ib b'
Cb'c
+
r
+.
b'b
.+
Vbe －
Vb'e －
r b'e Cb'e
+
e
0
f 1 j
f
2019/11/26
.
c Ic
.
gmVb'e
11
2.7 放大电路的频率响应
其中：
f
2.7 放大电路的频率响应
频率响应——放大器的电压放大倍数 与频率的关系
AU ( f ) | AU | ( f ) ( f )
其中： | AU | ( f ) 称为放大器的幅频响应
( f ) 称为放大器的相频响应
下面先分析无源RC网络的频率响应
2019/11/26
1
§ 22..77 .放1 大单电时路的间频常率数响应RC电路的频率响应
r bb' .+
Vb'e －
r b'e C b‘e
C b'c
'.
gm Vb'e e
.
I c
c
+
+.
V ce
－
+
2019/11/26
8
2.2.B7JT高放频大小电信号路模的型频中元率件响参应数值的获得
. . . 低频时，忽略电容，混合模型与H参数模型等效
b Ib b'
+
r
Ic c
+
b Ib
+
+. .bb' +
.
.
b Ib b'
. . +
+
rb'b +
Vbe
Vb'e
r b'e
－
－
Ic c
+
+.
Vce gmVb'e
－
b Ib
+
+.
Vbe
－
r be
Ic c + +.
β ib Vce
－
+
e
+
+
e
+
又因为
V be
Ibrbe
gmVbe 0 Ib
C be
gm 2f T
Cbc
2019/11/26
Cb‘c——集电结电容
.
g U 2019/11/m26 b' e
——受控电流源，代替了
Cb＇c
rb＇c
b
+
rbb＇ b＇
rce g m u b＇ e
Cb＇e
rb＇e
.
Ib
e + 7
2.7 放大电路的频率响应
模型的简化
rb’c很大，可以忽略。
rce很大，也可以忽略。
.
b
+
+.
V be
－
+
Ib
b'
2
+.
+.
Vbe
Vb'
r b'e
－
－
Vce gmVb'e
－
Vbe －
+
e
+
+
由： rbe rbb rbe
所以
26mV rbe (1 0 ) IE
2019/11/26
.
Ic c
+
+.
r be
β i b Vce
－
e
+
rbb rbe rbe
9
2.7 放大电路的频率响应
当 f fH 时，
20lg AVH 20lg1 0 dB 0分贝水平线
f 10 fH AVH 0.1
20lg AVH 20dB
f 100 fH AVH 0.01 20lg AVH 40dB
AVH
1 1( f /
fH )2
fH /
f
斜率为 -20dB/十倍频程 的直线
20 lg | AU （| dB ）
幅频响应：
AVL
1 1 ( fL f )2
0.01f 0.1fL fL 10fL
0
L
-20 20dB/十倍频
-40
相频响应：
L arctg( fL f )
90° 45°
0°
45 / 十倍频
0.01f 0.1fL fL 10fL L
其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。
f fH
AVH 0.707
20lg AVH 3dB
20 lg AVH 20 lg( fH / f )
最大误差 -3dB
2019/11/26
3
§ 22..77 .放1 大单电时路的间频常率数响应RC电路的频率响应
相频响应
20 lg AVH / dB
H arctg( f fH )
R2
R2
1 jC2
1
1 ( 1 jC2 R2 )
+
.
Vi
C2
+
.
R2 V o
1
－
－
1 j( fL f )
fL
1 2R2C2
,
2f
幅频响应：
AVL
1 1 ( fL f )2
相频响应：
L arctg( fL f )
2019/11/26
5
（22.）7 R放C大高电通路电的路频的率波响特应图
当 f fH 时， H 0
0.1f
0
H
-20
-40
当 f fH 时，H 90 H
0.1f
当 f fH 时， H 45
0°
H
当 0.1 fH f 10 fH 时，
-45°
斜率为 45 / 十倍频程的直线 -90°
-3dB fH 10fH 100fH
1. RC低通电路频率响应(frequency response)
（1）频率响应表达式：
AVH
Vo Vi
1 j2fC1
R1
1 j2fC1
1
1 j( f
fH )
+
.
Vi
－
R1
fH
1 2R1C1
,
2f
+
.
C1 Vo
－
幅频响应：
2019/11/26
AVH
1 1 ( f fH )2
所以
gm
0 rbe
IE 26mV
Cbc 和 fT 从手册中查出
10
2.7 放大电路的频率响应
3. BJT的频率参数
根据β定义：
Ic Ib
Vce 0
Ic ( gm jCbc )Vbe
V b' e
Ib (rb' e
//
1 jC
// 1 jC
)
b 'e