《放大器的頻率特性》PPT課件.ppt

第3章,放大器的頻率特性,退出,301,目錄,3.1線性失真及其分析方法302,3.3多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)385,3.4放大器的階躍響應(yīng)393,3.2單級(jí)放大器的頻率響應(yīng)338,退出,302,3.1線性失真及其分析方法,3.1.1線性失真,3.1.2分析方法,退出,返回,303,由于放大電路中存在電抗元件(電容、電感等），所以在放大含有豐富頻率成分的信號(hào)（如語音信號(hào)、脈沖信號(hào)等）時(shí)，導(dǎo)致輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。,3.1.1線性失真,1.基本概念,豐富頻率成分的信號(hào),電路中有電抗元件,輸出畸變,線性失真,退出,返回,304,例3-1：RC電路如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)為周期為1ms的方波時(shí)，試分析輸出電壓波形產(chǎn)生失真的原因。,3.1.1線性失真,1.基本概念,退出,305,對(duì)輸入信號(hào)做傅里葉分解，可見輸入信號(hào)中包含豐富的頻率成分。,由于電容C對(duì)于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出波形產(chǎn)生了失真。,由于RC電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號(hào)的各個(gè)頻率分量分別作用于RC電路，最后在輸出端求和。,1.基本概念,退出,3.1.1線性失真,306,幅度失真：(與振幅頻率特性有關(guān)),放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量的放大倍數(shù)大小不同，使輸出信號(hào)各個(gè)頻率分量的振幅相對(duì)比例關(guān)系發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致輸出波形失真。,2.線性失真的分類,例3-2：,退出,3.1.1線性失真,307,輸入信號(hào)由基波、二次諧波和三次諧波組成,輸入信號(hào)基波、二次和三次諧波振幅比為10:6:2；輸出信號(hào)基波、二次和三次諧波振幅比為10:3:0.5；因此出現(xiàn)失真。,退出,3.1.1線性失真,308,2.線性失真的分類,放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量滯后時(shí)間不相等而造成的輸出波形失真。,相位失真：(與相位頻率特性有關(guān)),退出,3.1.1線性失真,309,3.不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件,即,從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關(guān)。,（1）不產(chǎn)生幅度失真的條件,退出,3.1.1線性失真,310,3.不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件,從相頻特性上看放大器對(duì)各頻率分量滯后時(shí)間相同,即,（2）不產(chǎn)生相位失真的條件,退出,3.1.1線性失真,311,3.不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件,對(duì)于要放大的輸入信號(hào)，其主要頻率成分總是集中在一定的頻率范圍內(nèi)，通常稱為信號(hào)帶寬。,對(duì)于幅度失真：只要放大器的通頻帶略大于信號(hào)帶寬，就可以忽略幅度失真。對(duì)于相位失真：在話音通信中的中的放大器，可以不考慮相位失真，但在圖像通信中的放大器，則必須考慮。,退出,3.1.1線性失真,312,4.和非線性失真的區(qū)別,產(chǎn)生原因不同線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。,非線性失真是含有非線性元件（如晶體管、場效應(yīng)管等）的非線性電路產(chǎn)生的失真。,退出,3.1.1線性失真,313,4.和非線性失真的區(qū)別,線性失真的大小與輸入信號(hào)幅度的大小無關(guān)，而非線性失真的大小與輸入信號(hào)幅度大小密切相關(guān)（對(duì)于放大電路還與Q點(diǎn)位置有關(guān)）。,(2)產(chǎn)生結(jié)果不同線性失真不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分;非線性失真產(chǎn)生了輸入信號(hào)所沒有的新的頻率成分。,退出,3.1.1線性失真,314,例3-3：某放大器中頻電壓增益，下限頻率，上限頻率，最大不失真輸出電壓為10V，當(dāng)輸入信號(hào)為下列情況時(shí)，判斷輸出信號(hào)是否失真？如是，為何種失真？,3.1.1線性失真,退出,315,該信號(hào)包含兩個(gè)頻率信號(hào):1.5kHz和50kHz，均處于中頻區(qū)，故不會(huì)產(chǎn)生線性失真；但1.5kHz分量的信號(hào)幅度遠(yuǎn)大于線性區(qū)允許的輸入電壓幅度最大值，即信號(hào)的最大值為10V，故會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。,解：,該信號(hào)為單頻信號(hào)，雖然該信號(hào)，放大倍數(shù)會(huì)降低，但輸出仍為單頻正弦波，不存在線性失真；線性區(qū)允許的輸入電壓的最大幅值為10/10=1V,故不會(huì)產(chǎn)生非線性失真。,退出,3.1.1線性失真,316,該信號(hào)的兩個(gè)頻率分量：1.5kHz處于中頻區(qū),150kHz處于高頻區(qū)，故會(huì)產(chǎn)生線性失真。兩個(gè)信號(hào)分量的幅度均小于允許的輸入電壓最大值，疊加之后的信號(hào)在t為處有最大值0.1V，故不產(chǎn)生非線性失真。,該信號(hào)的兩個(gè)頻率分量：3Hz處于低頻區(qū)，1.5kHz處于中頻區(qū)，故產(chǎn)生線性失真；疊加后的信號(hào)在t為s有最大值為0.2V，故不產(chǎn)生非線性失真。,退出,317,（1）線性失真的概念；（2）分類；（3）不失真?zhèn)鬏敆l件；（4）和非線性失真的區(qū)別。,小結(jié),退出,3.1.1線性失真,318,3.1.2分析方法,1.基本知識(shí),設(shè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為,將上式因式分解為,式中nm,退出,返回,319,1.基本知識(shí),在式,中,分子等于零的根,零點(diǎn),分母等于零的根,極點(diǎn),因此一個(gè)線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)完全由零極點(diǎn)和比例因子決定，據(jù)此可分析線性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。,退出,3.1.2分析方法,320,1.基本知識(shí),將放大器的增益函數(shù)表示為,可將上式改成標(biāo)準(zhǔn)形式，即,退出,3.1.2分析方法,321,對(duì)于正弦輸入信號(hào)，增益函數(shù)可表示為,1.基本知識(shí),由上述的增益函數(shù)表達(dá)式可以得到用分貝表示的增益函數(shù)的幅值與頻率的關(guān)系(幅頻特性）；也可得到增益函數(shù)的相位和頻率的關(guān)系（相頻特性）。,退出,3.1.2分析方法,322,幅頻特性：用分貝表示模值。,相頻特性,退出,1.基本知識(shí),3.1.2分析方法,323,1.基本知識(shí),幅頻特性波特圖：橫坐標(biāo)用頻率對(duì)數(shù)刻度，縱坐標(biāo)用dB表示，描述幅頻特性曲線。,相頻特性波特圖：橫坐標(biāo)用頻率對(duì)數(shù)刻度，縱坐標(biāo)用度(或弧度)表示，描述相頻特性曲線。,由上式可以看出，在求增益函數(shù)的幅頻和相頻特性時(shí)，可以先分別求出單個(gè)零極點(diǎn)的貢獻(xiàn)，最后合成。,退出,3.1.2分析方法,324,2.漸近線波特圖法,（1）一階零點(diǎn),設(shè)一階零點(diǎn)表達(dá)式為：,幅頻特性,當(dāng)時(shí)，幅頻特性是斜率為20dB/十倍頻的斜線。,在處的模值應(yīng)為3.01dB，因此實(shí)際的幅頻特性曲線如虛線所示。,當(dāng)時(shí)，幅頻特性為0dB；,這樣用兩線段構(gòu)成的折線就稱為漸近線波特圖，它與實(shí)際曲線存在一定的誤差，如,退出,3.1.2分析方法,325,2.漸近線波特圖法,（1）一階零點(diǎn),相頻特性為,實(shí)際上，在處和處的相角分別為5.7和84.3，實(shí)際的相頻特性曲線如虛線所示。,退出,斜率為45/十倍頻程的直線。,3.1.2分析方法,326,折線誤差,幅值誤差/dB,相位誤差/,0.1,0.04,+5.7,0.5,1,-4.0,1,3.01,0,2,1,+4.0,10,0.04,-5.7,退出,3.1.2分析方法,327,2.漸近線波特圖法,（2）一階極點(diǎn),設(shè)一階極點(diǎn)表達(dá)式為：,幅頻特性,當(dāng)時(shí)，幅頻特性是斜率為-20dB/十倍頻的斜線。,實(shí)際上，在處的模值為-3.01dB。,當(dāng)時(shí)，幅頻特性為0dB；,退出,3.1.2分析方法,328,2.漸近線波特圖法,（2）一階極點(diǎn),相頻特性為,退出,斜率為-45/十倍頻程的直線。,3.1.2分析方法,329,幅頻特性為,相頻特性為,（3）原點(diǎn)處的零點(diǎn),表達(dá)式為,可以看出，零點(diǎn),則,退出,2.漸近線波特圖法,3.1.2分析方法,330,幅頻特性為,相頻特性為,（3）原點(diǎn)處的極點(diǎn),表達(dá)式為,可以看出，極點(diǎn),則,退出,2.漸近線波特圖法,3.1.2分析方法,331,試畫出其幅頻特性和相頻特性漸近線波特圖。,例3-4：已知某放大器的增益函數(shù)為,解：,由增益函數(shù)，可以看出,兩個(gè)一階極點(diǎn),退出,一個(gè)原點(diǎn)處的零點(diǎn),2.漸近線波特圖法,3.1.2分析方法,332,（1）將增益函數(shù)寫成標(biāo)準(zhǔn)形式,幅頻特性為：,，則,相頻特性為：,退出,3.1.2分析方法,333,（2）畫出單個(gè)零極點(diǎn)的漸近線幅頻特性波特圖,退出,3.1.2分析方法,334,（2）畫出單個(gè)零極點(diǎn)的漸近線相頻特性波特圖,退出,3.1.2分析方法,335,3.計(jì)算機(jī)輔助分析法,MATLAB語言,由于漸近線波特圖分析法存在誤差，因此為了精確分析放大器增益函數(shù)的幅頻特性和相頻特性曲線，可以根據(jù)增益函數(shù)的表達(dá)式，用MATLAB語言寫程序。,例3-5：已知某放大器的增益函數(shù)為,用MATLAB編程畫出其幅頻特性和相頻特性漸近線波特圖。,退出,3.1.2分析方法,336,解：變換增益函數(shù)形式為,程序如下：g=tf(010e+80,110010010e+7);bode(g,1,10e+7)；,g為增益函數(shù)的分子分母的系數(shù)。bode是MATLAB中繪制系統(tǒng)波特圖的命令。,退出,3.1.2分析方法,337,MATLAB語言,程序運(yùn)行后得到的波特圖如下圖所示。,退出,3.1.2分析方法,338,3.2單級(jí)放大器的頻率響應(yīng),3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,3.2.2頻率響應(yīng)分析,3.2.3晶體管的高頻參數(shù),3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),退出,返回,339,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,1.混合型等效電路,考慮到PN結(jié)的電容效應(yīng)及晶體管的性質(zhì)，可得到晶體管的物理模擬電路。,體電阻：,基區(qū)體電阻，通常為10100；,集電區(qū)體電阻，,發(fā)射區(qū)體電阻，一般都小于10。,退出,返回,340,:折合到基極支路的發(fā)射結(jié)正向電阻;,:表示輸出電壓對(duì)輸入電壓的反饋?zhàn)饔?，約為幾M;,:表示輸出電壓對(duì)輸出電流的影響，約為101000k；,:集電結(jié)電容，約為210pF;,:發(fā)射結(jié)電容，約為100500pF。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,341,對(duì)應(yīng)于H參數(shù)等效電路,有,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,342,忽略發(fā)射區(qū)和集電區(qū)體電阻，將晶體管接成共射接法，可得到晶體管的高頻混等效電路。,由等效電路中可看出，輸入和輸出被連到一起，使得分析復(fù)雜化，因此需要簡化等效電路。,由于約為幾M，通常滿足所以可以將斷開。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,343,2密勒定理,密勒定理是用來對(duì)電路進(jìn)行單向化的。,（1）原理電路圖,節(jié)點(diǎn)0為參考節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)1為輸入節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)2為輸出節(jié)點(diǎn),Z為跨接在輸入和輸出之間的阻抗。,目的：將阻抗Z等效到輸入回路和輸出回路中。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,344,2密勒定理,（2）簡化分析,令,則,即,同理,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,345,（3）等效電路,根據(jù)上述分析，可以將跨接阻抗等效為一折合到輸入端的并聯(lián)阻抗Z1和輸出端的并聯(lián)阻抗Z2。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,346,例3-6如圖電路，用密勒定理將圖(a)電路等效為圖(b)，求圖(b)中的C1、C2為何值。,解：,退出,347,例3-7某放大器的交流通路如圖所示，試用密勒定理將Rf等效。,解：,等效原理圖如圖(b)所示。這里，由于是CC電路，小于1，但接近于1。因此是一個(gè)絕對(duì)值很大的負(fù)電阻，通常滿足與的并聯(lián)值近似為，即可視為開路。,退出,348,3簡化混合型等效電路,根據(jù)密勒定理的結(jié)論，可得,其中,輸入端為be端，輸出端為ce端；的容抗即為跨接在輸入輸出間的阻抗。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,349,并且其容抗和rce一般均遠(yuǎn)大于交流負(fù)載電阻，因此可忽略不計(jì)。,將等效到輸入和輸出端，得到等效電路如圖所示。,簡化混合型等效電路,簡化混合型等效電路也稱為單向化模型。,退出,3.2.1雙極晶體管高頻混合型等效電路,350,3.2.2頻率響應(yīng)分析,定性分析：,由于要考慮電路中的電抗性元件對(duì)不同頻率成分的響應(yīng)不同，因此在分析放大器的頻率響應(yīng)時(shí)應(yīng)充分考慮電路中的每個(gè)電抗元件在不同頻率區(qū)域內(nèi)的不同影響。,圖示電路為電容耦合共射電路,輸入、輸出耦合電容:,旁路電容：,晶體管極間電容：,在分析頻率響應(yīng)時(shí)，采用分頻區(qū)分析法，即劃分成低頻、中頻和高頻三個(gè)不同的頻率區(qū)域進(jìn)行分析。,通常，C1、C2和Ce的容量較大(以F為單位)，而的容量較小(以pF為單位)。,退出,返回,351,1.中頻區(qū)頻率響應(yīng)分析,特點(diǎn)：所有電容的影響均可忽略不計(jì)。,中頻區(qū)等效電路如下:,在中頻區(qū)，由于和的容量很大，即容抗很小，因此可以視為短路；而極間電容容量很小，即容抗很大，因此可以視為開路。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,352,中頻區(qū)源電壓放大倍數(shù),其中,可見，中頻區(qū)電壓放大倍數(shù)是一個(gè)與頻率無關(guān)的常數(shù)。,因此，其幅頻特性為一條水平線，幅值(dB)為對(duì)于共射電路，其相頻特性為的一條水平直線。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,353,2.低頻區(qū)頻率響應(yīng)分析,特點(diǎn)：考慮C1,C2,Ce的作用,根據(jù)容抗的計(jì)算公式，由于頻率降低，極間電容更可被視為開路，而耦合電容和旁路電容的容抗增大，不能再視為短路。,低頻區(qū)等效電路,多數(shù)情況下，射極旁路電容Ce的容量很大，其容抗很小，所以即使在低頻區(qū)仍將其視為短路。,分別位于輸入回路和輸出回路中，由于輸入回路和輸出回路之間僅有地線連接，可以將輸入回路和輸出回路分開考慮。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,354,低頻區(qū)源電壓放大倍數(shù),退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,355,3.2.2頻率響應(yīng)分析,356,式中：,根據(jù)回路時(shí)間常數(shù)的概念，即,輸入回路時(shí)間常數(shù),輸出回路時(shí)間常數(shù),可見，只要算出有電容的回路的時(shí)間常數(shù)，即可可計(jì)算由該電容所確定的下限角頻率。,當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí),放大器總的下限角頻率（見本章第3節(jié)分析）,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,357,例3-8：,畫出低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。,解：,根據(jù)原點(diǎn)處零點(diǎn)和一階極點(diǎn)的漸近線波特圖畫法，即可得到低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,358,例3-8：,低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。,幅頻特性,相頻特性,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,359,3.高頻區(qū)頻率響應(yīng)分析,特點(diǎn)：考慮電容的作用。,根據(jù)容抗的計(jì)算公式，由于頻率升高，極間電容的容抗減小，不可視為開路，而耦合電容和旁路電容的容抗減小，更可視為短路。,利用簡化的混模型畫出的高頻區(qū)等效電路如下:,為了簡化分析，將和信號(hào)源構(gòu)成的電路做戴維寧等效。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,360,高頻區(qū)源電壓放大倍數(shù),3.2.2頻率響應(yīng)分析,退出,361,當(dāng)輸入為正弦信號(hào)時(shí),式中,輸入回路時(shí)間常數(shù)為,3.2.2頻率響應(yīng)分析,362,例3-9：,畫出高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。,解：,電路的高頻特性，即上限頻率是由回路的時(shí)間常數(shù)決定的，時(shí)間常數(shù)越小，則上限頻率越高。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,363,例3-9：,高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。,幅頻特性,相頻特性,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,364,4.完整的幅頻特性和相頻特性曲線,將三個(gè)區(qū)域的幅頻特性和相頻特性曲線組合在一起，即可以得到完整的幅頻特性和相頻特性曲線.,（1）幅頻特性,稱為下限頻率,稱為上限頻率,稱為通頻帶,在放大信號(hào)時(shí)，通常要求通頻帶略大于信號(hào)帶寬，以避免使輸出信號(hào)出現(xiàn)幅度失真。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,365,（2）相頻特性,以中頻區(qū)相移為參考時(shí)，低頻區(qū)相位超前中頻區(qū)，即附加相移為正，其值為+90；而高頻區(qū)相位滯后中頻區(qū)，即附加相移為負(fù)，其值為-90。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,366,計(jì)算機(jī)輔助分析法,Workbench軟件,對(duì)于具體的放大電路，可以利用Workbench仿真工具獲取放大器的幅頻特性和相頻特性波特圖。,例3-10：分析如下放大電路的幅頻和相頻特性。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,367,計(jì)算機(jī)輔助分析法,對(duì)于上圖的放大電路來說，其仿真幅頻特性波特圖和相頻特性波特圖如下所示。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,368,5.電容耦合共集放大電路,電容耦合共集放大電路的頻率特性要優(yōu)于共射放大電路，表現(xiàn)為其上限頻率高于共射放大電路。,電路圖,高頻等效電路,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,369,電路特點(diǎn)：,該電路沒有密勒倍增效應(yīng)；,共集放大電路的電壓放大倍數(shù)近似為1。,折合到輸入端的電容遠(yuǎn)小于它本身，即輸入回路時(shí)常數(shù)很?。?若考慮負(fù)載電容的影響（包括輸出電容），則由于共集電路的很小，即輸出回路時(shí)間常數(shù)小，所以高頻特性好。,3.2.2頻率響應(yīng)分析,退出,電路的高頻特性，即上限頻率是由回路的時(shí)間常數(shù)決定的，時(shí)間常數(shù)越小，則上限頻率越高。,370,電路如下圖所示。設(shè)放大器的上限頻率由CL決定，和的影響可忽略不計(jì)。求開關(guān)S分別接A端和B端時(shí)的表達(dá)式。,例3-11：,解:,接到A端時(shí)，CE組態(tài),接到B端時(shí)，CC組態(tài),注意：當(dāng)，（與Rb無關(guān)）。,顯然，在考慮負(fù)載電容時(shí)，CC組態(tài)的上限頻率要高于CE組態(tài)。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,371,6.電容耦合共基放大電路,電路圖,高頻等效電路,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,372,電路特點(diǎn)：,若忽略的影響，則不存在密勒倍增效應(yīng)，其中，比共射接法小得多，且共基輸入電阻小，故輸入回路時(shí)間常數(shù)??；,若考慮負(fù)載電容的影響，則由于共基電路和共射電路的輸出電阻相同，所以輸出回路時(shí)間常數(shù)也相同，因此由負(fù)載電容所引起的上限頻率相同。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,373,7.組合電路,相對(duì)于共射放大電路而言，為了展寬放大器的通頻帶，可以采用組合電路的方式。,主要有兩種方式：共射-共基電路,共射-共集電路。,（1）CE-CB電路,共基電路的輸入電阻很小，第一級(jí)密勒電容大大減小，從而使共射電路的上限頻率大大提高。,兩級(jí)級(jí)聯(lián)后的上限頻率取決于第一級(jí)共射電路的上限頻率。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,374,（2）CE-CC電路,適用于容性負(fù)載；,對(duì)于容性負(fù)載的共射放大器的上限頻率很低，但如果容性負(fù)載作為共集放大器的負(fù)載，則由于其輸出電阻很小,CL的影響將大大減小；,兩級(jí)級(jí)聯(lián)后的上限頻率取決于第一級(jí)共射電路(無）的上限頻率。,退出,3.2.2頻率響應(yīng)分析,375,3.2.3晶體管的高頻參數(shù),低頻時(shí)，是一個(gè)實(shí)數(shù)，但隨著頻率的升高，將是個(gè)復(fù)數(shù)，并且的模值會(huì)隨頻率的升高而下降。,定義：,當(dāng)?shù)哪Ｖ迪陆档降皖l數(shù)值的0.707倍時(shí)的頻率，稱為晶體管共射截止頻率，記為。,1.共射截止頻率,根據(jù)定義，需要求出高頻時(shí)和頻率之間的關(guān)系式。根據(jù)的定義（共射短路電流放大系數(shù)），其等效電路如下：,退出,返回,376,由的模值可看出：,1.共射截止頻率,退出,3.2.3晶體管的高頻參數(shù),377,2特征頻率,定義：,顯見，特征頻率遠(yuǎn)大于共射截止頻率。,退出,3.2.3晶體管的高頻參數(shù),378,3共基截止頻率,利用和的關(guān)系，可以得到,為了保證實(shí)際電路在高頻時(shí)仍有較大的電流放大系數(shù)，必須選擇晶體管的特征頻率為,退出,3.2.3晶體管的高頻參數(shù),379,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),1.場效應(yīng)管的高頻等效電路,類似于晶體管的高頻等效電路，需要考慮場效應(yīng)管極間電容的影響。,（1）JFET高頻等效電路,（2）MOSFET高頻等效電路,（3）MOSFET高頻等效電路(襯源短路）,退出,返回,380,例3-12一JFET放大器如下圖所示。已知IDSS=8mA，UGS(off)=-4Vrds=20k,Cgd=1.5pF,Cds=5.5pF，試計(jì)算Aum、fL以及fH，并畫出漸近線波特圖。,分析：計(jì)算中頻電壓放大倍數(shù)需要求出跨導(dǎo)gm,因此需要做靜態(tài)分析；計(jì)算下限頻率需要低頻等效電路，并找到有耦合電容的回路，計(jì)算該回路的時(shí)間常數(shù)；計(jì)算上限頻率需要高頻等效電路，并找到有極間電容的回路，計(jì)算該回路的時(shí)間常數(shù)。,退出,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),381,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),解:（1）靜態(tài)分析由JFET的特性和電路圖可得：,（2）中頻電壓放大倍數(shù),退出,382,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),（3）下限頻率,低頻等效電路,有電容的回路是輸出回路，計(jì)算出該回路的時(shí)間常數(shù)，下限角頻率就是時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)。,在低頻區(qū)，極間電容可看為開路，耦合電容不能再視為短路，必須予以考慮，但在本題中，因此只考慮。,退出,383,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),在高頻區(qū)等效電路中，用密勒定理對(duì)Cgd其進(jìn)行單向化。,（4）上限頻率,由于輸入為恒壓源，即對(duì)高頻特性沒有影響。,退出,384,3.2.4場效應(yīng)管放大器的頻率響應(yīng),（5）幅頻特性和相頻特性曲線,退出,385,3.3多級(jí)放大器的頻率響應(yīng),3.3.1幅頻特性和相頻特性,3.3.2多級(jí)放大器的通頻帶,退出,返回,386,3.3.1幅頻特性和相頻特性,1.多級(jí)放大器框圖,2.多級(jí)放大器幅頻特性,多級(jí)放大器的放大倍數(shù)是各級(jí)放大倍數(shù)的乘積,所以，其幅頻特性為,退出,返回,387,3.多級(jí)放大器相頻特性,結(jié)論：在繪制多級(jí)放大器的幅頻特性和相頻特性曲線時(shí)，只需要將各級(jí)的特性曲線在同一坐標(biāo)系下疊加即可。,4.定性分析,例3-13：將兩個(gè)具有同樣特性的放大電路串聯(lián)起來，繪制其幅頻特性和相頻特性。,由圖看出，疊加后兩級(jí)放大器的下限頻率fL提高了，而上限頻率fH下降了，導(dǎo)致通頻帶fBW變窄了。,退出,3.3.1幅頻特性和相頻特性,388,3.3.2多級(jí)放大器的通頻帶,設(shè)放大器的低頻電壓增益函數(shù)與中頻電壓放大倍數(shù)之比的表達(dá)式為：,對(duì)于正弦輸入：,1.計(jì)算,退出,，忽略高次項(xiàng),稱為主導(dǎo)極點(diǎn)。,如果滿足,則,返回,389,設(shè)放大器的高頻增益函數(shù)與中頻電壓放大倍數(shù)之比為：,若某放大器,2.計(jì)算,退出,，忽略高次項(xiàng),稱為主導(dǎo)極點(diǎn)。,如果滿足,則,3.3.2多級(jí)放大器的通頻帶,390,例3-14：,一多級(jí)放大器的電壓增益函數(shù)為,求：中頻電壓增益、上限頻率fH和下限頻率fL。,解：,Au(s)都趨于零，這說明Au(s)是一個(gè)全頻段增益函數(shù)表達(dá)式。,將Au(s)表達(dá)式中s從低頻因子(s+2)、(s+10)、(s+100)中提出；將常數(shù)從高頻因子中提出，于是得,退出,391,低頻時(shí)，有,高頻極點(diǎn)的影響可忽略，于是低頻電壓增益函數(shù)為,高頻時(shí)，有,低頻極點(diǎn)的影響可忽略，于是高頻電壓,增益函數(shù)為,退出,392,顯然，中頻電壓增益,由以上分析可知，對(duì)于中頻電壓增益實(shí)際上是把低頻零點(diǎn)和極點(diǎn)以及高頻極點(diǎn)的影響統(tǒng)統(tǒng)忽略不計(jì)，即,退出,393,3.4放大器的階躍響應(yīng),3.4.1階躍響應(yīng)的指標(biāo),3.4.2單級(jí)放大器的階躍響應(yīng),3.4.3多級(jí)放大器的階躍響應(yīng),退出,返回,394,3.4.1階躍響應(yīng)的指標(biāo),1.預(yù)備知識(shí),頻域法：,以正弦輸入信號(hào)的頻率作為自變量，通過電路對(duì)不同頻率的響應(yīng)，來評(píng)價(jià)放大器的線性失真。,該方法又稱為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。,優(yōu)點(diǎn)：分析簡單。,缺點(diǎn)：不能直觀地確定放大器的波形失真。,時(shí)域法：,以階躍信號(hào)作為放大器的輸入信號(hào)，分析輸出信號(hào)波形隨時(shí)間變化的情況。,該方法又稱為瞬態(tài)響應(yīng)。,優(yōu)點(diǎn)：可以直觀地判斷放大器放大階躍信號(hào)的失真。,缺點(diǎn)：分析復(fù)雜。,退出,返回,395,2.階躍響應(yīng),（1）單位階躍電壓,表達(dá)式：,波形圖：,信號(hào)特點(diǎn)：既有突變部分又有不變的部分。,（2）輸出響應(yīng),當(dāng)電路中存在惰性元件時(shí)，輸出電壓跟不上輸入信號(hào)的變化。,3.4.1階躍響應(yīng)的指標(biāo),退出,396,3.階躍響應(yīng)的指標(biāo),（1）上升時(shí)間tr,輸出電壓從0.1U上升到0.9U的時(shí)間，U為上升的穩(wěn)定值。,（2）相對(duì)平頂降落,（3）超調(diào)量,在指定時(shí)間tp內(nèi)，輸出電壓U(tp)比上升的穩(wěn)定值U下降的百分比。,輸出電壓上升的瞬態(tài)過程中，超出U的部分，用百分比表示。,3.4.1階躍響應(yīng)的指標(biāo),退出,397,3.4.2單級(jí)放大器的階躍響應(yīng),1.上升時(shí)間和上限頻率的關(guān)系,上升過程發(fā)生在輸入信號(hào)突變時(shí)，因此上升時(shí)間與上限頻率有關(guān)。,單級(jí)放大器的高頻響應(yīng)：,輸入信號(hào)：,令,結(jié)論：上升時(shí)間與上限頻率成反比，即fH越高，上升響應(yīng)越快。,退出,返回,398,2.相對(duì)平頂降落與下限頻率的關(guān)系,是指放大器在輸入信號(hào)突變到某固定值以后輸出電壓的穩(wěn)定過程，所以和下限頻率有關(guān)。,單級(jí)放大器的低頻響應(yīng)：,輸入信號(hào)：,令,3.4.2單級(jí)放大器的階躍響應(yīng),退出,399,3.4.3多級(jí)放大器的階躍響應(yīng),2.相對(duì)平頂降落,設(shè)各級(jí)放大器的高頻電壓增益相同，則,1.多級(jí)放大器的上升時(shí)間,若各級(jí)具有不同的高頻極點(diǎn)頻率，則,當(dāng)各級(jí)放大器的低頻增益相同時(shí),當(dāng)各級(jí)放大器的低頻增益不同時(shí),退出,返回,