2022-2023学年高二物理竞赛课件：放大电路的频率响应

放大电路的频率响应 放大电路的频率响应 频率响应概述 晶体管的高频等效模型 单管放大电路的频率响应 多级放大电路的频率响应 研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响 原因：耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容 继续 前面几章在分析基本单元电路的特性和指标参数时，均假设输入信号为中频段的单一频率正弦信号。因此电路的耦合电容、旁路电容以及半导体器件的极间电容、结电容等均可忽略不计，采用BJT或FET的交流小信号线性模型对电路进行微变等效分析。 放大电路中存在电抗元件，使得放大器可能对不同频率信号的放大倍数和相移不同。放大电路对不同频率信号的幅值放大不同，就会引起幅度失真；放大电路对不同频率信号产生的相移不同就会引起相位失真。 然而实际应用中，电子电路所处理的信号，如语音信号、电视信号等都不是简单的单一频率信号，它们都是由多频率分量组合而成，具有一定的频谱。如音频信号的频率范围从20Hz到20kHz，而视频信号从直流到几十兆赫。 为实现信号不失真放大，我们需要研究放大器的频率特性。 5.1 频率响应概述 频率响应——电压放大倍数与频率的关系 其中： 称为放大器的幅频响应 称为放大器的相频响应 继续 RC阻容耦合放大器的频率特性 C1 C2 Ce Rb1 Rb2 Re RC RS uS VCC + RL Ci CO 晶体管的极间电容Ci、CO通常为皮法拉量级——小电容； 在中频范围： 交流通路可认为是一个纯阻性的电路， 求出的电路参数Au、Ri、RO等均为与频率无关的常数。 大电容的容抗小，可以忽略；小电容的容抗大，可以视为开路。 在低频段： C1、C2容抗， 不能忽略它们对输入输出信号的分压作用 Ce容抗， 对发射极电阻的旁路作用减弱。 以上都将导致Au下降， 同时产生附加的相移。 在高频段： Ci、CO容抗， 对输入、输出信号的分流作用， 同时，f   ， 导致Au下降， 同时产生附加的相移。 结论： Auo -90º -180º -270º 0 |Au(j)|/dB  fL fH f () f () BW 3dB 阻容耦合放大器的频率特性： 低频截止频率fL ： 高频截止频率fH ： 中频段 高频段 低频段 通频带BW（3dB带宽） ： 直接耦合放大器的频率特性： Auo -180º -270º 0 |Au(j)|/dB  fH f () f () BW 3dB C2 Ce Rb1 Rb2 Re RC RS uS VCC + RL Ci CO 没有隔直电容，在低频段不会因隔直电容上压降的增大而使电压放大倍数降低，也不会产生附加的相移。 频率失真（线性失真） 幅频失真： 相频失真： 放大电路对输入信号不同频率分量的幅值不是 等同放大而产生的输出波形失真。 放大电路对输入信号不同频率分量的相移不成比例而产生的输出波形失真。 频率失真（线性失真）与非线性失真的比较： 频率失真（线性失真） 非线性失真 起因不同 由线性电抗元件对不同频率信号的响应不同而引起 由非线性器件（BJT、FET）工作在特性曲线的非线性区引起 结果不同 使各频率分量的幅值比例关系和时延（相位）关系发生变化，或滤掉某些频率分量(不产生新的频率成分) 不仅包含输入信号的频率成分，而且还产生新的频率成分，会将正弦波变为非正弦波 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 （1）高通电路：频率响应 fL f>>fL时放大倍数约为1 继续 波特图 f 0.01fL 0 0.1fL fL 10fL -20 -40 斜率为 20dB/十倍频程 的直线 ①幅频响应： 20dB/十倍频 继续 f 0.01fL 0 0.1fL fL 10fL -20 -40 20dB/十倍频 ②相频响应 f 0.01fL 0° 0.1fL fL 10fL 90° 45° re 这种对数频率特性曲线称为波特图 高通-总结：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。 其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。 $