电子线路基础 第4章ppt课件.ppt

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1、第4章放大电路的频率响应4.1频率响应问题概述4.2三极管的高频等效特性4.3单管放大电路的频率响应4.4多级放大电路的频率特性4.5集成运放的频率响应与相位补偿14.1频率响应问题概述4.1.1频率响应问题的提出前面讨论了放大电路的直流特性和交流小信号低频特性。不仅假设输入信号为单一频率的正弦波，而且也未涉及双极型三极管和场效应管的极间电容与耦合电容。实际上在无线通信、广播电视及其它多种电子系统中，输入的信号均含有许多频率成分，因此需要研究放大器对不同频率信号的响应。在放大电路中，正是由于这些电抗元件的存在（包括双极型三极管和结型场效应管的极间电容与耦合电容，甚至于

2、电感线圈等），导致放大电路的许多参数均为频率ω的函数，当放大电路输入信号的频率过低或过高时，不但放大电路的增益数值受到影响，而且增益相位也将发生改变。2因此，实际应用中，放大电路的增益是信号频率的函数，这种频率函数关系称之为频率响应，有时也可称之为频率特性。研究放大电路增益的幅度与频率的特性关系，称为放大器的幅频特性；放大电路增益的相位与频率的特性关系，称为放大器的相频特性。34.1.2频率响应线性失真问题1.什么是频率响应线性失真在放大电路中，由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对频率足够高的信号而言，电容相当于短路，信号几乎可以无损失地通过；而当信号频率低

3、到一定程度时，电容带来的容抗影响不可忽略，信号将在其上产生压降，从而改变增益大小及相移。与耦合电容相反的是，由于半导体三极管极间电容的存在，对信号构成了低通电路，对低频信号相当于开路，对电路不产生影响，而对高频信号则进行分流，导致增益改变及相移变化。增益改变及相移变化均会带来失真问题，而这种失真的产生主要是来自于同一电路对不同频率信号的不同放大倍数和不同相移的影响，并没有产生新的频率分量，故属于线性失真。4图4-1放大电路全电容等效电路与放大特性曲线(a)电路图；(b)特性曲线表4.1结合图4-1(a)放大电路考虑耦合电容C1、C2,旁路电容Ce与晶体管极间电容Cbe,

4、Cbc的等效电路，对放大电路的高频与低频特性作了一个定性对比分析，可有效帮助读者理解高、低频信号对各种电容的影响。5表4.1高、低频信号对各种电容的影响（场效管对应类似）62.线性失真的分类线性失真有两种形式：频率失真和相位失真。下面从频域说明线性失真产生的原因。一个周期信号经傅里叶级数展开后，可以分解为基波、一次谐波、二次谐波等多次谐波。假设输入波形Ui(t)仅由基波、二次谐波、三次谐波构成，理论分析表明它们之间的振幅比例为10:6:3，如图4-2(a)所示。该输入波形经过线性放大电路后，由于放大电路对不同频率信号的不同放大倍数，使得这些信号之间的比例发生了变化，变

5、成了10:3:1.5，这三者累加后所得的输出信号Uo(t)如图4-2(b)所示。对比Ui(t),可见两者波形发生了很大的变化，这就是线性失真的第一种形式，即频率失真。7图4-2幅度失真示意图（a）输入电压；（b）输出电压8线性失真的第二种形式如图4-3所示。设输入信号Ui(t)由基波和二次谐波组成，如图(a)所示,经过线性电路后，基波与二次谐波振幅之间的比例没有变化，但是它们之间的时间对应关系变了，叠加合成后同样引起输出波形不同于输入波形，这种线性失真称之为相位失真。图4-3相位失真示意图（a）输入电压；（b）输出电压94.1.3频率响应问题的分析方法在研究放大电路的

6、频率响应时，输入信号常设置在几十到几百兆赫兹的频率范围内，甚至更宽，如目前CMOS工艺放大电路已经设计到了几十吉赫兹，而放大电路的增益范围也很宽。为了能在同一坐标系中表示如此宽的频率范围，由H.W.Bode首先提出了基于对数坐标的频率特性曲线的作图法，称之为波特图法。波特图由对数幅频特性与对数相频特性两部分组成，其横坐标采用对数刻度lgf,幅频特性的纵坐标采用20lg

7、Au

8、，单位为分贝(dB)；相频特性的纵坐标采用φ,单位为角度。这样一方面扩展了表示的范围，另一方面也将增益表达式由乘除运算变成了加减运算。10为了便于理解波特图在频率响应分析中的应用，首先不妨以无源单

9、级RC低通滤波电路为例进行分析。如图4-4(a)所示RC低通滤波电路，增益为:回路的时间常数为τ=RC，令ωH=1/τ，则（4-1）11代入式(4-1)可得:将幅值与相位分开表示为:(4-4b)(4-4a)12图4-4低通电路及其频率响应（a）低通电路;（b）频率响应13用相同的研究方法分析图4-5(a)高通滤波电路，可得图4-5(b)所示高通滤波电路的频率响应曲线，图中fL称为下限截止频率。图4-5高通电路及其频率响应（a）高通电路;（b）频率响应14对于基本放大电路而言，电路中往往既存在上限截止频率，又存在下限截止频率，电路的上限截