ch5放大电路的频率响应-高频等效模型2-多级频率响应.ppt

1.共射截止频率 f ,值下降到 0.707 0 (即 )时的频率。,当 f = f 时，,值下降到中频时的 70% 左右，或对数幅频特 性下降了 3 dB。,几个频率的分析,2.特征频率 f T,值降为 1 时的频率。,f fT 时， ，三极管失去放大作用；,f = fT 时，由式,得：,3.共基截止频率 f,值下降为低频 0 时 的 0.707 时的频率。,因为,可得,说明：,所以：,1. f 比 f 高很多，等于 f 的 (1 + 0) 倍，即共基电路的截止频率远高于共射电路的截止频率,因此共基放大电路可做为宽频带放大电路。,2. f fT f,中频段：忽略各种容抗，Au与f无关；,低频段：串联的隔直电容压降增大，Au降低，与电阻构成 RC 高通电路；,高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au降低，构成 RC 低通电路。,5.4 单管放大电路的频率响应,5.4.1单管共射放大电路的频率响应,一、中频电压放大倍数,耦合电容 可认为对于交流是短路；极间电容可视为对于交流是断路。,1. 中频段等效电路,2. 中频电压放大倍数,已知 ，则,中频电压放大倍数的表达式，与利用微变等效电路分析结果一致。,回顾：微变等效电路分析(忽略信号源内阻),当信号源有内阻时,空载时,二、低频电压放大倍数,考虑隔直电容的作用，等效电路：,戴维南切换：电压源电压为单口网络负载开路时的电压，电阻是单口网络内全部独立电源为零时的等效电阻Rc。,式中 Ri = Rb / rbe,上式分子与分母同除以(R c+RL),C与Rc、负载电阻RL构成一个RC 高通电路,低频时间常数为：,下限(-3 dB)频率为：,对数幅频特性,相频特性,因电抗元件在高低频段引起的相移为附加相移，即在中频段相位关系基础上产生的相移。低频段最大附加相移为+90度,变化从-90度到-180度,Rc+RL为电容C所在回路的等效电阻，即从C两头观察到的电阻R,三、高频电压放大倍数,考虑并联在极间电容的影响，等效电路：,用戴维南定理简化 C与 R 构成 RC 低通电路。,Us 、R是经过戴维南切换后的等效电压源电压和等效电阻,高频时间常数：,上限(-3 dB)频率为：,的对数幅频特性和相频特性,高频段最大附加相移为-90度,的变化范围是：-180度到-270度,R也是电容C所在回路的等效电阻，即从C 两头所观察到的电阻,四、波特图,若考虑耦合电容及结电容的影响,对于频率从零到无穷大的输入电压,电压放大倍数的表达式应为,绘制波特图步骤：,1. 根据电路参数计算 、fL 和 fH ；,2. 由三段直线构成幅频特性。,中频段：对数幅值 = 20lg,低频段： f = fL开始减小，作斜率为 20 dB/十倍频直线；,高频段：f = fH 开始增加，作斜率为 -20 dB/十倍频直线。,3. 由五段直线构成相频特性。,幅频特性,相频特性,(1)测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应，条件是( )。 A.输入电压幅值不变，改变频率 B.输入电压频率不变，改变幅值 C.输入电压的幅值与频率同时变化,(2)放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是( )，而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是( )。 A.耦合电容（或旁路电容）的存在 B.半导体管极间电容的存在 C.半导体管的非线性特性 D.放大电路的静态工作点不合适,(3)当信号频率等于放大电路的fL或fH时，放大倍数的值约下降到中频时的( )，即增益下降( )。 A. 0.5倍； B. 0.7 倍； C. 0.9 倍 D. 3dB E. 4dB; F. 5dB,(4)对于单管共射放大电路，当f =fL时，Uo与Ui相位关系是( )；当f =fH时，Uo与Ui相位关系是( )。 A . + 45o B. 90o C. 135o D . 45o E. 135o F. 225o,A,B,A,B,D,C,F,5.4.2放大电路频率响应的改善和增益带宽积,为了改善单管放大电路的低频特性，需加大耦合电容及其回路电阻，从而降低下限频率。然而这种改善是很有限的，因此在信号频率很低的使用场合，应考虑采用直接耦合方式，使得fL 0。 注：电容为零相当于开路，电容无穷大相当于短路 。,为了改善单管放大电路的高频特性，需减小b- e 间等效电容C及其回路电阻，从而增大上限频率fH。,问题：fH的提高与Ausm的增大相互矛盾。,讨论低频电压放大倍数时,讨论高频电压放大倍数时,对于大多数放大电路，fHfL，因而通频带fbw=fH - fL fH，fH 与Ausm的矛盾就是带宽与增益的矛盾。引入增益带宽积，即中频电压放大倍数与通频带的乘积。,式不很严格，但可看出一个大概趋势，即选定放大三极管后，rbb 和 C的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将中频放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数，这个结论具有普遍性。,如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，则可选用rbb和C均小的高频三极管，另外还可考虑采用共基电路。,5.5 多级放大电路的频率响应,5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析,多级放大电路的电压放大倍数,对数幅频特性为,在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。,多级放大电路的总相位移为：,m,两级放大电路的波特图,幅频特性,一 级,二 级,二级放大电路的通频带，总是比组成它的单级通频带窄。,注：折线化波特图仍以单级的fL和fH为转折点。,相频特性,一 级,二 级,对于一个n级放大电路，设组成它的各级放大电路的下限频率为fL1、fL2、fLn，上限频率为fH1、fH2、fHn，通频带为fbw1、fbw2、fbwn；设该多级放大电路的下限频率为fL，上限频率为fH，通频带为fbw。则有,fL fLk ( k = 1 n) fH fHk ( k = 1 n) fbw fbwk ( k = 1 n),同理，对于一个一级放大电路，若各个耦合电容(或旁路电容)起作用时的下限频率分别为fL1、fL2、fLn。,则有 fL fLk ( k = 1 n),或者可以说，每增加一级放大电路，总的通频带就会在前面基础上进一步降低。,或者可以说，每增加一个起作用的耦合电容(或旁路电容)，总的下限频率就会在前面基础上进一步增大。,(1)在空载情况下，下限频率的表达式,当Rs 减小时，fL将( )；当带上负载电阻后，fL将( ),增大,增大,(2)空载情况下，若b-e 间等效电 容为 ，则上限频率的表达式,当Rs 为零时，fH将( )；当Rb减小时，gm将( )， 将( )。,增大,增大,增大,5.5.2 多级放大电路的上限频率和下限频率的估算,在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据 即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。,例1.已知某放大电路的波特图如图示，填空：,( )。,60,+103或-103,(2)电路的下限频率约( )Hz，上限频率约( ) Hz。,10,104,(3) 电路的电压放大倍数的表达式,注：绝对值中的中频放大倍数可能“+”，也可能“”。,例2.已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求该电路的下限频率、上限频率，以及电压放大倍数表达式。,高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个三极管极间电容，即三级放大电路（且每级的上限频率均为2×105Hz）。,解：低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率fL为10Hz。,电压放大倍数,例3.分别研究如图所示(仅为一级的情况)Q点稳定电路中C1 C2和Ce所确定的下限频率表达式及结电容所确定的上限频率表达式。 本题结果可作为公式。,交流混合模型等效电路,1.考虑C1对低频特性的影响,C1所在回路的等效电路,2.考虑C2对低频特性的影响,C2所在回路的等效电路,上面两种情况本质上相同，因为倘若电路的负载是下一级放大电路，则RL即为后级的输入电阻Ri，而Rc正是后级电路的信号源内阻Rs。,在考虑某一电容对频率响应的影响时，应将其它电容作理想化处理，即将耦合电容和旁路电容视为短路，将极间电容视为开路。,3.考虑Ce对低频特性的影响,Ce所在回路的等效电路,4.考虑结电容对高频特性的影响,结电容所在回路的等效电路,比较C1、C2、Ce所在回路的时间常数1、2、e,当取C1=C2=Ce时，e将远小于1,2，即fLe远大于fL1和fL2 因此fLe约为电路下限频率。,e,第5章作业 5.2、5.5、 5.4、5.12,