放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲.ppt
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1,模擬電子線路,南京郵電大學(xué)蔡祥寶E-mail:xbcai@Tel:13851630617,2,第四章放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲,3,第4章放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲,4.1放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真,4.1.1放大電路的幅頻響應(yīng)和幅頻失真,4.1.2放大電路的相頻響應(yīng)和相頻失真,4.1.3波特圖,4.2晶體管的高頻小信號(hào)模型和高頻參數(shù),4.2.1晶體管的高頻小信號(hào)模型,4,二、特征頻率fT,4.3晶體管放大電路的頻率響應(yīng),4.3.1共射放大電路的頻率響應(yīng),一、共射放大電路的高頻響應(yīng),4.1.2晶體管的高頻參數(shù),二、共射放大電路的低頻響應(yīng),三、共基電流放大系數(shù)α(jf)及fα,一、共射電流放大系數(shù)β(jf)及其上限頻率fβ,4.3.2共基、共集放大器的頻率響應(yīng),5,4.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的頻率響應(yīng),4.4.1場(chǎng)效應(yīng)管的高頻小信號(hào)等效電路,4.4.2共源放大電路的頻率響應(yīng),4.5多級(jí)放大器的頻率響應(yīng),4.5.1多級(jí)放大電路的上限頻率,4.5.2多級(jí)放大電路的下限頻率,4.6放大電路的噪聲,4.6.1電子元件的噪聲,4.6.2噪聲的度量,6,第4章放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲,（1）掌握放大電路頻率響應(yīng)的有關(guān)概念，掌握放大器的低頻、中頻和高頻等效電路,（2）掌握晶體管頻率參數(shù)、共射電路頻率響應(yīng)特性。,（3）了解單管放大電路頻率響應(yīng)的分析方法。,（4）了解波特圖的概念及畫(huà)法。,7,1.待放大的信號(hào)，具有一定的頻率范圍。,2.放大電路的放大性能與頻率有關(guān)。,由于電抗元件的存在，使得放大器對(duì)不同頻率信號(hào)分量的放大倍數(shù)和延遲時(shí)間不同，那么放大后的信號(hào)各頻率分量的大小比例和時(shí)間相對(duì)關(guān)系將不同于輸入信號(hào)。由此產(chǎn)生的失真稱(chēng)為頻率失真。,4.1放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真,8,,,幅頻失真和相頻失真.avi,線性失真,起因,結(jié)果,線性電抗元件引起,非線性元件引起,不產(chǎn)生新的頻率分量,產(chǎn)生新的頻率分量,非線性失真,9,但實(shí)際上放大器中含有耦合、旁路電容等大電容，另外三極管、場(chǎng)效應(yīng)管的極與極之間存在極間電容等小電容，而電容的阻抗與頻率密切相關(guān)。因而放大器的A與頻率f的關(guān)系曲線應(yīng)如左圖：,,由于耦合、旁路等大電容的影響,,由于極間電容、分布電容等小電容的影響,放大器的增益A隨信號(hào)頻率的改變而改變的這種特性就是放大器的頻率特性（也稱(chēng)放大器的頻率響應(yīng)）。放大器的頻率特性反映了放大器對(duì)不同頻率的信號(hào)的適應(yīng)能力。,在中頻段：,,A最大；放大器的輸出不會(huì)產(chǎn)生頻率失真。,在高、低頻段：,,A隨頻率改變而下降，產(chǎn)生頻率失真：在低頻段由于耦合電容等大電容的影響會(huì)產(chǎn)生低頻失真，在高頻段由于極間電容等小電容的影響會(huì)產(chǎn)生高頻失真。（帶寬B=fH-fL）,,,,,10,2.三極管的?(?)是頻率的函數(shù)。在研究頻率特性時(shí)，三極管的低頻小信號(hào)模型不再適用，而要采用高頻小信號(hào)模型。,電路中存在著電抗器件是影響頻響的主要因素，研究頻響實(shí)際上是研究電抗元件對(duì)放大器放大倍數(shù)的影響。,產(chǎn)生頻率失真的原因是:1.放大電路中存在電抗性元件。例如耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、PN結(jié)電容、分布電感等;,11,即放大器的頻率特性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：,一、對(duì)不同頻率信號(hào)的幅度有不同的放大倍數(shù)。,二、對(duì)不同頻率信號(hào)將產(chǎn)生不同的附加相位,,其中,,是放大器對(duì)不同頻率ω的信號(hào)幅度的放大倍數(shù)，它是頻率的函數(shù)，它與頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為幅頻特性；,是放大器對(duì)不同頻率ω的信號(hào)產(chǎn)生的相移，它也是頻率的函數(shù)，它與頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為相頻特性；,放大器頻率特性的好壞直接影響輸出信號(hào)的質(zhì)量，對(duì)放大器的穩(wěn)定性也有影響，因而必須對(duì)放大器的頻率特性給予足夠的重視。,不同用途的放大器對(duì)頻率失真具有不同的要求：,,對(duì)音頻放大器：,只需較好的幅頻特性（因?yàn)槿硕鷮?duì)相位變化感覺(jué)遲鈍）,對(duì)圖象放大器：,要求幅頻特性、相頻特性都好（因?yàn)槿搜蹖?duì)相位變化敏感，各分量間相位關(guān)系也重要）,一般將放大器增益A表示為：,12,因放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的增益不同,從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱(chēng)為幅度頻率失真，簡(jiǎn)稱(chēng)幅頻失真。因放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的相移不同,從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱(chēng)為相位頻率失真，簡(jiǎn)稱(chēng)相頻失真。幅頻失真和相頻失真是線性失真。,13,放大器的失真,放大器的失真是指輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)波形的一種物理現(xiàn)象。,失真類(lèi)型,頻率失真：,（對(duì)三極管而言）,由線性電抗元件引起，故稱(chēng)線性失真。,瞬變失真：,指放大脈沖信號(hào)時(shí)，電抗元件上的電壓或電流不能突變而引起的失真。,非線性失真：,注意：線性失真不產(chǎn)生新的頻率成份。,進(jìn)入管子的非線性區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生新的頻率分量,14,線性失真和非線性失真比較,1.起因不同,2.結(jié)果不同,線性失真由電路中的線性電抗元件（電感、電容），引起。,非線性失真由電路中的非線性元件引起(如晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線的非線性等)。,線性失真不產(chǎn)生輸入信號(hào)中所沒(méi)有的新的頻率分量信號(hào)。,非線性失真產(chǎn)生輸入信號(hào)中所沒(méi)有的新的頻率分量信號(hào)。,15,不失真條件——理想頻率響應(yīng),,若放大器對(duì)所有不同頻率分量信號(hào)的放大倍數(shù)相同，延遲時(shí)間也相同，那么就不可能產(chǎn)生頻率失真，故不產(chǎn)生頻率失真的條件為,16,,,,,,|,A,u,(j,ω,)|,K,ω,0,(,a,),,,,,φ(j,ω,),ω,0,(,b,),,φ∝ω,圖4―2理想頻率響應(yīng)(a)理想振幅頻率響應(yīng)；(b)理想相位頻率響應(yīng),17,,4.1.1放大電路的幅頻響應(yīng)和幅頻失真,圖4.1.2幅頻特性,,(a)理想幅頻特性,,,,(c)阻容耦合放大電路幅頻特性,中頻區(qū),低頻區(qū),高頻區(qū),上限頻率,下限頻率,通頻帶,增益頻帶積,中頻增益,18,,圖4.1.3相頻特性,(a)理想相頻特性,4.1.2放大電路的相頻響應(yīng)和相頻失真,(c)阻容耦合放大電路的相頻特性,19,4.1.3波特圖,波特圖就是一種采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的頻率特性曲線。,圖4.1.4高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖,（a）高通電路,（b）頻率響應(yīng),20,,,,,,圖4.1.4高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖,（c）波特圖,,,,,,,,,,,,,,,,,（b）頻率響應(yīng),,,,,,線性刻度,對(duì)數(shù)刻度,對(duì)數(shù)刻度,對(duì)數(shù)刻度,,21,(高通)電路的時(shí)間常數(shù)τ,下限角頻率,下限頻率,極限情況,22,,,,,,圖4.1.4高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖,（c）波特圖,,,,,,,,,,,,,,,,,（b）頻率響應(yīng),,,,,,線性刻度,對(duì)數(shù)刻度,對(duì)數(shù)刻度,對(duì)數(shù)刻度,,23,,,,,,,,,,,,C,R,+,_,+,_,(低通)電路的時(shí)間常數(shù)τ,上限角頻率,,上限頻率,極限情況,24,極限情況,25,普遍意義的結(jié)論,(1)電路的截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)。,(2)當(dāng)f=fL時(shí)，增益下降3dB，且產(chǎn)生+45o相移。,(4)近似分析中，可用近似波特圖表示放大電路的頻率特性。,(3)當(dāng)f=fH時(shí)，增益下降3dB，且產(chǎn)生-45o相移。,26,波特圖及畫(huà)波特圖的方法,放大器的頻率特性可用頻率特性圖來(lái)表示：,A、?都是頻率的函數(shù)，一個(gè)頻率f必定對(duì)應(yīng)一個(gè)A和?；頻率的變化范圍很寬：幾Hz~幾MHz，而增益的變化范圍為：幾~幾百甚至幾千；若按常規(guī)畫(huà)法，要一一對(duì)應(yīng)畫(huà)在坐標(biāo)上是不可能的。為了縮短坐標(biāo)，拓展視野，幅頻特性圖和相頻特性圖可分別畫(huà)在兩張半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，,,合稱(chēng)為頻率特性圖,用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)畫(huà)出的頻率特性圖稱(chēng)為波特圖：,,,將增益的dB數(shù)作縱坐標(biāo),將頻率的對(duì)數(shù)作橫坐標(biāo),將頻率的對(duì)數(shù)作橫坐標(biāo),將相位等刻度作縱坐標(biāo),,作幅頻特性波特圖,,作相頻特性波特圖,這樣處理后，f>1和f>rbe),,,,,,,,,,,,,,,r,be,′,,,,,,,,,,b,′,,,r,bb,′,,,,,R,s,U,s,,,,,,r,ce,,,,,,R,C,,,,,,R,L,,,＋,－,U,o,b,e,,R,L,′,C,bc,′,,C,be,′,c,U,be,′,g,m,圖4.3.1共射放大器及其高頻小信號(hào)等效電路,,,I,1,,,I,2,′,45,r,bb,′,,,,,,,,R,s,U,s,＋,－,,,,,,,,r,be,′,,,,C,be,′,,,,,,,,,,C,M,b,′,,,,,,,,,,,,,C,M,′,,,,,,,,′,R,L,＋,－,U,o,b,e,U,be,′,g,m,c,,,I,1,密勒等效電容,圖4.3.2(a)密勒等效后的單向化等效電路,,,,46,r,bb,′,,,,,,,,R,s,U,s,.,＋,－,,,,,,,,r,be,′,,,,C,be,′,,,,,,,,,,C,M,b,′,,,,,,,,,,,,,C,M,′,,,,,,,,′,R,L,＋,－,U,o,.,b,e,U,be,′,g,m,.,c,圖4.3.2(a)密勒等效后的單向化等效電路,I,2,,,,47,圖4.3.2(b)進(jìn)一步的簡(jiǎn)化等效電路,,,,,,,,,U,be,′,g,m,,,,,,,,′,R,L,＋,－,U,o,,,,,,,,,,,U,s,＋,－,′,R,s,C,i,,,,,U,be,′,′,48,2.高頻增益表達(dá)式及上限頻率,,49,圖4.3.3共射放大電路的高頻響應(yīng)(a)幅頻特性；(b)相頻特性；(c)幅頻特性近似波特圖；(d)相頻特性近似波特圖,50,二、共射放大電路的低頻響應(yīng),(a)電路,圖4.3.4共射放大電路及其低頻等效電路,1.共射放大器的低頻等效電路,51,低頻等效電路,圖4.3.4共射放大電路及其低頻等效電路,52,簡(jiǎn)化低頻等效電路,圖4.3.4共射放大電路及其低頻等效電路,′,53,2.C1、ＣE對(duì)低頻特性的影響,54,,55,3.C2對(duì)低頻響應(yīng)的影響,圖4.3.6C2對(duì)低頻響應(yīng)影響的等效電路,56,(C2引入的下限角頻率),,57,(中頻源增益),58,,,,,,,,,圖4.3.7共射放大電路完整的頻率響應(yīng)波特圖,59,4.3.2共基、共集放大器的頻率響應(yīng),共基放大器中沒(méi)有共射放大器中的密勒倍增效應(yīng)，而且，共基放大器為理想的電流接續(xù)器，能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)(f下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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