第五章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)放大電路的頻率特性“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01放大電路頻率特性的基本概念放大電路頻率特性的基本概念頻率特性和通頻帶1.RC阻容耦合放大器放大電路頻率特性的基本概念頻率特性和通頻帶2.直接耦合放大器放大電路頻率特性的基本概念頻率特性和通頻帶3.通頻帶放大電路頻率特性的基本概念頻率失真和增益帶寬積1.頻率失真頻率失真也稱為線性失真，它與非線性失真是兩種產(chǎn)生原因完全不同的失真。雖然兩種失真都會使輸出波形較輸入波形出現(xiàn)畸變，但非線性失真是因半導(dǎo)體器件的非線性所致的，輸出波形中一定會產(chǎn)生新的頻率分量。而發(fā)生頻率失真時(shí)，輸出波形中不會出現(xiàn)輸入信號中所沒有的任何新的頻率分量。放大電路頻率特性的基本概念頻率失真和增益帶寬積2.增益帶寬積在傳輸寬頻帶信號時(shí)，希望放大器的增益高和通頻帶寬。然而，放大器的增益和帶寬(通頻帶)往往是互相制約的，即增益高，帶寬小，反之亦然。02RC電路的頻率響應(yīng)RC電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的頻率響應(yīng)圖5-4為RC高通電路，所謂高通電路是指該電路主要用于通過高頻信號，而阻止或抑制低頻或直流信號通過，這由電容的阻抗與頻率的關(guān)系不難知道。我們可以通過分析其增益的傳遞函數(shù)來分析該電路的幅頻特性和相頻特性。RC電路的頻率響應(yīng)RC高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的頻率響應(yīng)RC低通電路的頻率響應(yīng)圖5-5為RC低通電路，所謂低通電路是指該電路主要用于通過低頻或直流信號，而阻止或抑制高頻信號通過。RC電路的頻率響應(yīng)RC低通電路的頻率響應(yīng)RC電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)的一般性分析方法通過對RC高通和低通電路的頻率響應(yīng)的分析，可以得到以下具有普遍意義的結(jié)論：(1)頻率響應(yīng)屬于交流分析，分析電路的頻率響應(yīng)的時(shí)候，應(yīng)該畫出其小信號微變等效模型；(2)根據(jù)等效模型和電路基本基爾霍夫定律等推導(dǎo)出增益頻率響應(yīng)表達(dá)式，包括幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)；(3)電路的截止頻率取決于相關(guān)電容所在回路的RC時(shí)間常數(shù)；(4)當(dāng)輸入頻率等于截止頻率時(shí)，電路的增益比通帶增益下降3dB,或者說下降為通帶增益的0.707倍，且產(chǎn)生超前或滯后45°的相移。(5)工程上通常采用折線化的曲線即波特圖近似表示電路的頻率響應(yīng)。03放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路的復(fù)頻域分析法復(fù)頻域中放大電路的增益函數(shù)1.增益函數(shù)放大器工作在小信號狀態(tài)時(shí)，晶體管可以用線性模型近似。若不考慮溫度和電源電壓變化對模型參數(shù)和元件參數(shù)的影響，則可以認(rèn)為放大器模型中的參數(shù)不隨時(shí)間變化，因而小信號放大器可視為一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)。放大電路的復(fù)頻域分析法復(fù)頻域中放大電路的增益函數(shù)放大電路的復(fù)頻域分析法復(fù)頻域中放大電路的增益函數(shù)2.復(fù)頻率s=o+jw的物理意義放大電路的復(fù)頻域分析法復(fù)頻域中放大電路的增益函數(shù)放大電路的復(fù)頻域分析法復(fù)頻域中放大電路的增益函數(shù)3.增益函數(shù)的零點(diǎn)、極點(diǎn)和零極圖放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)根據(jù)有關(guān)電路理論可以推知，放大電路的增益函數(shù)A(s)具有以下特點(diǎn)：(1)一個(gè)物理可實(shí)現(xiàn)的線性時(shí)不變放大系統(tǒng)的增益函數(shù)A(s),分子多項(xiàng)式的次數(shù)m必定小于或者等于分母多項(xiàng)式的次數(shù)n,因此，增益函數(shù)A(s)的零點(diǎn)數(shù)m必然小于或等于極點(diǎn)數(shù)n。(2)由于要求放大器是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)，因此，放大器增益函數(shù)A,(s)的所有極點(diǎn)都應(yīng)位于s平面的左半開平面上，即極點(diǎn)必為負(fù)實(shí)數(shù)或?qū)嵅繛樨?fù)的共軛復(fù)數(shù)對。(3)增益函數(shù)A。(s)的極點(diǎn)數(shù)目等于電路中獨(dú)立電抗元件的數(shù)目。放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)1.低頻增益函數(shù)AuL(s)；2.高頻增益函數(shù)AUH(s);3.全頻段增益函數(shù)AU(s)放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路波特圖的近似畫法放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)1.一階極點(diǎn)、零點(diǎn)的波特圖;放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)2.在s平面坐標(biāo)原點(diǎn)處零點(diǎn)或極點(diǎn)的波特圖;放大電路的復(fù)頻域分析法放大電路增益函數(shù)的特點(diǎn)04基本放大器高、低截止頻率的估算基本放大器高、低截止頻率的估算主極點(diǎn)的概念然而基本放大器的零、極點(diǎn)分布往往有以下特點(diǎn)：在低頻段，其零點(diǎn)通常比所有極點(diǎn)或部分極點(diǎn)在數(shù)值上要小得多；而在高頻段，其零點(diǎn)比所有極點(diǎn)或部分極點(diǎn)在數(shù)值上要大得多。因此，零點(diǎn)對高、低截止頻率的影響通常可忽略不計(jì)。基本放大器高、低截止頻率的估算主極點(diǎn)的概念基本放大器高、低截止頻率的估算開路時(shí)間常數(shù)分析法1.增益函數(shù)主極點(diǎn)與開路時(shí)間常數(shù)之間的關(guān)系圖5-23所示為計(jì)算開路時(shí)間常數(shù)的二階線性網(wǎng)絡(luò)模型。基本放大器高、低截止頻率的估算開路時(shí)間常數(shù)分析法2.用開路時(shí)間常數(shù)法計(jì)算f(或wu)產(chǎn)生的誤差與修正基本放大器高、低截止頻率的估算開路時(shí)間常數(shù)分析法的應(yīng)用1.共射差放的高頻特性基本放大器高、低截止頻率的估算開路時(shí)間常數(shù)分析法的應(yīng)用2.共基放大器的頻率特性基本放大器高、低截止頻率的估算開路時(shí)間常數(shù)分析法的應(yīng)用3.共集電極放大器的頻率特性基本放大器高、低截止頻率的估算短路時(shí)間常數(shù)分析法及其應(yīng)用如上所述，利用開路時(shí)間常數(shù)分析法估算直接耦合放大電路的上限截止頻率，從而可估算出放大電路的通頻帶BW。05多級放大器高、低截止頻率的估算方法多級放大器高、低截止頻率的估算方法多級放大器截止頻率估算的一般性方法多級放大器高、低截止頻率的估算方法兩級差動(dòng)放大器的頻率特性分析1.低頻電壓增益;2.通頻帶BW的估算;多級放大器高、低截止頻率的估算方法兩級差動(dòng)放大器的頻率特性分析感謝觀看模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材第六章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)負(fù)反饋技術(shù)“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01概述概述將放大電路的輸出信號X。(s)(電壓或電流)的一部分或全部，通過一定形式的反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)取樣后，再以一定方式回送到放大電路的輸入回路，與輸入量混合，一起控制放大電路的過程，稱為反饋。帶有反饋的放大器稱為反饋放大器。概述概述1.正反饋和負(fù)反饋；在放大電路中，如果引入的反饋信號增強(qiáng)了外加輸入信號的作用，使得凈輸入信號增大，從而使放大電路的放大倍數(shù)得到提高，這樣的反饋稱為正反饋；反之，如果引入的反饋信號減弱了外加輸入信號的作用，使得凈輸入信號減小，放大電路的放大倍數(shù)降低，就稱為負(fù)反饋。概述概述2.直流反饋和交流反饋放大電路中通常存在交、直流兩種信號，如果反饋信號中只包含直流成分，則稱為直流反饋；如果反饋信號中只含有交流成分，則稱為交流反饋。概述3.局部反饋和級間反饋在多級放大電路中，通常把每級放大電路自身的反饋稱為局部反饋或本級反饋，而把多級放大電路的末級向輸入級回送的反饋稱為級間反饋或主反饋。02反饋放大器的單環(huán)理想模型反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型反饋放大器是一個(gè)閉合系統(tǒng)(或稱反饋環(huán)路),由基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。我們把只含有一個(gè)反饋環(huán)路的放大電路，稱為單環(huán)反饋放大電路，用一個(gè)單環(huán)模型來表示其基本組成方框圖，如圖6-3所示。反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型在單環(huán)理想反饋放大器的模型中，信號傳輸應(yīng)滿足單向化條件：①信號在基本放大電路中為正向傳遞，即基本放大電路只能將輸入信號X?(s)正向傳送到輸出端，不會將輸出信號反向傳送到輸入端。②信號在反饋網(wǎng)絡(luò)中為反向傳遞，即反饋網(wǎng)絡(luò)只能將輸出信號反向傳送到輸入端，不會將輸入信號正向傳送到輸出端，即信號只能按圖6-3中的箭頭方向流動(dòng)。反饋放大器的單環(huán)理想模型基本反饋方程根據(jù)前面幾個(gè)定義式，可以得到以下關(guān)系：反饋放大器的單環(huán)理想模型四種基本負(fù)反饋組態(tài)從放大電路的輸出端看：如果反饋信號的取樣對象為電壓，即基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端口采用并聯(lián)連接，稱這種連接方式構(gòu)成的負(fù)反饋為電壓負(fù)反饋；如果反饋信號的取樣對象為電流，亦即基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端口為串聯(lián)連接，稱為電流負(fù)反饋。輸出端的取樣方式如圖6-4所示。反饋放大器的單環(huán)理想模型四種基本負(fù)反饋組態(tài)反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型1.電壓串聯(lián)負(fù)反饋(1)電路結(jié)構(gòu)框圖反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型(2)電路參數(shù)反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型(3)實(shí)用電路反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型2.電壓并聯(lián)負(fù)反饋(1)電路結(jié)構(gòu)框圖(2)電路參數(shù)(3)實(shí)用電路反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型3.電流串聯(lián)負(fù)反饋(1)電路結(jié)構(gòu)框圖(2)電路參數(shù)(3)實(shí)際電路反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型4.電流并聯(lián)反饋(1)電路結(jié)構(gòu)框圖(2)電路參數(shù)(3)實(shí)際電路反饋放大器的單環(huán)理想模型單環(huán)放大器的理想模型反饋放大器的單環(huán)理想模型負(fù)反饋組態(tài)的判別方法03負(fù)反饋對放大器性能的影響負(fù)反饋對放大器性能的影響提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性在放大電路中引入負(fù)反饋后，最直接、最顯著的作用就是提高了電路閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。對于放大電路，在輸入信號一定的情況下，由于外界因素變化，如溫度、電路和器件的參數(shù)發(fā)生改變、電源電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，會使放大電路的輸出信號隨之改變，而通過引入負(fù)反饋，可以使放大電路輸出信號的波動(dòng)大大減小，使增益的穩(wěn)定性得到提高。負(fù)反饋對放大器性能的影響提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性可見，深度負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)只與反饋系數(shù)F有關(guān)。由于F與放大電路的器件參數(shù)、電源電壓或負(fù)載等外界因素的變化無關(guān)，所以，深度負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)很穩(wěn)定。負(fù)反饋對放大器性能的影響擴(kuò)展閉環(huán)增益的通頻帶由于放大電路對不同頻率的輸入信號呈現(xiàn)出不同的放大倍數(shù)，使放大電路的通頻帶受到一定限制，但可以通過引入負(fù)反饋，來展寬放大電路的通頻帶。通過前面的分析可以看到，當(dāng)放大電路的放大倍數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可以通過負(fù)反饋使放大倍數(shù)的相對變化量減小，因此，對于因信號頻率不同而引起的放大倍數(shù)的下降，也可以利用負(fù)反饋進(jìn)行改善。負(fù)反饋對放大器性能的影響擴(kuò)展閉環(huán)增益的通頻帶負(fù)反饋對放大器性能的影響減小非線性失真由于放大電路中晶體管等有源器件的伏安特性曲線為非線性曲線，當(dāng)輸入信號為正弦波時(shí)，其輸出波形往往不再是一個(gè)真正的正弦波，從而使輸出信號產(chǎn)生非線性失真。負(fù)反饋對放大器性能的影響減小非線性失真負(fù)反饋對放大器性能的影響提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸入電阻從輸入端看，反饋信號與外加輸入信號在負(fù)反饋放大電路輸入回路中的連接方式不同，將對輸入電阻產(chǎn)生不同的影響。定性來看，串聯(lián)負(fù)反饋將增大輸入電阻，而并聯(lián)負(fù)反饋將減小輸入電阻。負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸入電阻1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大圖6-18為串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的示意圖，圖中，放大電路與反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端口為串聯(lián)方式。負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸入電阻負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸入電阻2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小在圖6-19所示的并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的示意圖中，放大電路與反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端以并聯(lián)方式連接，同樣，電路中未具體畫出放大電路輸出端的連接組態(tài)，僅標(biāo)出輸出信號x。負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸入電阻負(fù)反饋對放大器性能的影響改變放大器的輸出電阻1.電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小；2.電流負(fù)反饋使輸出電阻增大；負(fù)反饋對放大器性能的影響引入負(fù)反饋的一般原則從以上分析看出，引入負(fù)反饋可以改善和影響放大電路的性能。在電路設(shè)計(jì)中為獲得高性能指標(biāo)的放大電路，在引入負(fù)反饋時(shí)應(yīng)按照以下基本原則進(jìn)行：(1)如果需要穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)等直流量，應(yīng)該在放大電路中引入直流負(fù)反饋。(2)同理，如果需要穩(wěn)定放大電路的交流性能，應(yīng)該引入交流負(fù)反饋。(3)如果需要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)該在放大電路中引入電壓負(fù)反饋；如果需要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)該引入電流負(fù)反饋。(4)如果需要提高輸入電阻，應(yīng)該引入串聯(lián)負(fù)反饋；而如果需要減小輸入電阻，應(yīng)該引入并聯(lián)負(fù)反饋。04負(fù)反饋放大電路的分析與計(jì)算負(fù)反饋放大電路的分析與計(jì)算深度負(fù)反饋放大電路的參數(shù)估算1.深度負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)；2.深度負(fù)反饋放大電路閉環(huán)增益的估算方法；負(fù)反饋放大電路的分析與計(jì)算利用方框圖法進(jìn)行分析計(jì)算負(fù)反饋對放大器性能的影響方框圖法分析計(jì)算舉例(1)確定反饋放大器的類型。(2)利用方框圖法分離出基本放大器的等效電路。(3)畫出基本放大器的微變等效電路。負(fù)反饋對放大器性能的影響反饋放大器AF網(wǎng)絡(luò)分析法小結(jié)(1)首先要正確判斷反饋類型，從而明確A、F的量綱。(2)將負(fù)反饋放大電路分解成A和F網(wǎng)絡(luò)，電壓求和時(shí)，信號源采用戴絲流求和時(shí)，信號源采用諾頓電路表示。(3)分離A網(wǎng)絡(luò)的基本方法和原則為：“串聯(lián)開路