6频率响应 6.1放大电路的频率响应 6.2单时间常数Rc电路的频率响应 6.3共源和共射放大电路的低频响应 6.4共源和共射放大电路的高频响应 6.5共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应 6.6扩展放大电路通频带的方法 6.7多级放大电路的频率响应 6.8单级放大电路的瞬态响应
6 频率响应 6.1 放大电路的频率响应 6.2 单时间常数RC电路的频率响应 6.3 共源和共射放大电路的低频响应 6.4 共源和共射放大电路的高频响应 6.5 共栅和共基、共漏和共集放大电路的高频响应 6.6 扩展放大电路通频带的方法 6.7 多级放大电路的频率响应 *6.8 单级放大电路的瞬态响应
61放大电路的频率响应 两个现实情况 1、需要放大的信号通常都包含许多频率成份。如话筒输出的语 音信号(20Hz~20kHz),卫星电视信号(37~42GHz)等。 2、放大电路中含有电抗元件或等效的电抗元件,导致对不同频 率的信号放大倍数和时延不同。若信号中不同的频率成份不能 被放大电路同等地放大(包括时延),则会出现失真现象(称 为线性失真或频率失真)
6.1 放大电路的频率响应 1、需要放大的信号通常都包含许多频率成份。如话筒输出的语 音信号(20Hz~20kHz ),卫星电视信号(3.7~4.2GHz )等。 2、放大电路中含有电抗元件或等效的电抗元件,导致对不同频 率的信号放大倍数和时延不同。若信号中不同的频率成份不能 被放大电路同等地放大(包括时延),则会出现失真现象(称 为线性失真或频率失真)。 两个现实情况
61放大电路的频率响应 放大电路对不同频率信号产生不同响应的根本原因 1、电抗元件的阻抗会随信号频率的变化而变化。 2、放大电路中有耦合电容、旁路电容和负载电容,FET或BJT也存在 PN结电容,此外实际电路中还有分布电容。 因此,放大电路对不同频 率的输入信号具有不同的放大 能力,即增益是输入信号频率输入 放大电路 输出 的函数。 A=f(a 前两章分析放大电路的性能指标时,是假设电路中所有耦合电容 和旁路电容对信号频率来说都呈现非常小的阻抗而视为短路;FET或 BJT的极间电容、电路中的负载电容及分布电容对信号频率来说都呈 现非常大的阻抗而视为开路
6.1 放大电路的频率响应 因此,放大电路对不同频 率的输入信号具有不同的放大 能力,即增益是输入信号频率 的函数。 放大电路对不同频率信号产生不同响应的根本原因 前两章分析放大电路的性能指标时,是假设电路中所有耦合电容 和旁路电容对信号频率来说都呈现非常小的阻抗而视为短路;FET或 BJT的极间电容、电路中的负载电容及分布电容对信号频率来说都呈 现非常大的阻抗而视为开路。 输入 放大电路 输出 A f () V = 1、电抗元件的阻抗会随信号频率的变化而变化。 2、放大电路中有耦合电容、旁路电容和负载电容,FET或BJT也存在 PN结电容,此外实际电路中还有分布电容
61放大电路的频率响应 放大电路典型的频率响应曲线 201glAv/dB 阻容耦合单级共源放大 低频区一 中频区(通频带 高频区 电路的典型频率响应曲 idb 线如图所示,其中图a是 带宽 幅频响应曲线,图b是相 频响应曲线。一般有 如果信号的所有频率成 f/Hz 份均落在通频带内,则 基本上不会出现频率失(b 真现象。 若已知信号的频率成份,要设计出满足要求的放大电路,最主要 的任务就是设计出频率响应的和f
6.1 放大电路的频率响应 放大电路典型的频率响应曲线 阻容耦合单级共源放大 电路的典型频率响应曲 线如图所示,其中图a是 幅频响应曲线,图b是相 频响应曲线。一般有 fH >> fL 0 3dB 20lg|AV|/dB 带宽 fL f f / Hz H 低频区 中频区(通频带) 高频区 f / Hz / 0 (a) (b) 如果信号的所有频率成 份均落在通频带内,则 基本上不会出现频率失 真现象。 若已知信号的频率成份,要设计出满足要求的放大电路,最主要 的任务就是设计出频率响应的fH和fL
61放大电路的频率响应 频率响应的分析方法 l、正弦稳态响应是分析频率响应的基本方法 2、工程上常采用分段分析的简化方法。即分别分析放大电路的低频响应、 中频(通频带)响应和高频响应,最后合成全频域响应。其中通频带内 的响应与频率无关,就是前两章放大电路性能指标的分析结果。 3、也可以用计算机辅助分析(如 Spice等)的方法,获得放大电路精确 的频率响应曲线。 小章论的主要内容 研究放大电路的动态指标(主要是增益)随信号频率变化时的响 应。具体包括: 频率响应的分析方法 2、影响放大电路频率响应的主要因素 3、如何设计出满足信号频带要求的放大电咯 4、眢种组态放大电路频率响应特点
6.1 放大电路的频率响应 1、正弦稳态响应是分析频率响应的基本方法 2、工程上常采用分段分析的简化方法。即分别分析放大电路的低频响应、 中频(通频带)响应和高频响应,最后合成全频域响应。其中通频带内 的响应与频率无关,就是前两章放大电路性能指标的分析结果。 3、也可以用计算机辅助分析(如Spice等)的方法,获得放大电路精确 的频率响应曲线。 频率响应的分析方法 研究放大电路的动态指标(主要是增益)随信号频率变化时的响 应。具体包括: 1、频率响应的分析方法 2、影响放大电路频率响应的主要因素 3、如何设计出满足信号频带要求的放大电路 4、各种组态放大电路频率响应特点 本章讨论的主要内容
62单时间常数RC电路 的频率响应 621Rc高通电路的频率响应 622RC低通电路的频率响应
6.2 单时间常数RC电路 的频率响应 6.2.1 RC高通电路的频率响应 6.2.2 RC低通电路的频率响应
621RC高通电路的频率响应 1.增益的传递函数 1 (S An(s) R V(s)R1+1/sC1s+1/R1C1 V R 又s=j=卩πf且令f 2IR,CI RC高通电路 则A ;1-jf/∫) 电压增益的幅值(模)An1= 1+(f1m(幅频响应) 电压增益的相角q1=artn(几/f)(相频响应)
6.2.1 RC高通电路的频率响应 1. 增益的传递函数 R1 + − Vi Vo C1 + − RC 高通电路 1 1 1 1 1 i o L ( ) 1/ 1/ ( ) ( ) s R C s R sC R V s V s A s V + = + = = s = j = j2πf 且令 1 1 L 2π 1 R C 又 f = 则 1 j( / ) 1 i L o L V f f V AV − = = 电压增益的幅值(模) 2 L L 1 ( / ) 1 f f AV + = (幅频响应) 电压增益的相角 arctan( / ) L L = f f (相频响应)
621RC高通电路的频率响应 2.频率响应曲线描述20An1AB 幅频响应A 0.1f10fi100f 1+(A/)20 f/H 3dB 当f>>f时, 20 20dB什十倍频 √1+(1/∫) 40 201gAn=20lg1≈0dB 0分贝水平线 当f<<f时, ≈f/f √1+(1/∫) 20A=201g(f/f) 最大误差-3dB
6.2.1 RC高通电路的频率响应 2. 频率响应曲线描述 最大误差-3dB 当 f f L 时, 1 1 ( / ) 1 2 L L + = f f AV 20lg AVL = 20lg1 0dB 当 f f L 时, L 2 L L / 1 ( / ) 1 f f f f AV + = 0分贝水平线 20lg 20lg( / ) L L A f f V = 幅频响应 2 L L 1 ( / ) 1 f f AV + = 20lg| AVL | /dB -40 -20 0.1fL fL 10fL 100fL f/Hz 0 20dB/十倍频 3dB
621RC高通电路的频率响应 2.频率响应曲线描述204A4n1AB 相频响应q1= arctan(f1/f) 0.1f10f100f 0 当∫>f时,q→>0° f/H 3dB 当f909 20 20dB什倍频 当∫=f时,q=45° 40 当01f1<f<10f时, 斜率为45°/十倍频的直线 90° 因为4 A∠9 45°/十倍频 所以卯=-9表示输出与 45°---- 输入的相位差。 低频时,输出超前输入 Hz
6.2.1 RC高通电路的频率响应 2. 频率响应曲线描述 20lg| AVL | /dB -40 -20 0.1fL fL 10fL 100fL f/Hz 0 20dB/十倍频 当 f f L 时, 3dB 当 f f L 时, 相频响应 → 0 L → 90 L 当f = f L 时, = 45 L 当0.1 f L f 10 f L 时, 斜率为− 45/十倍频的直线 V = = AV V V A i o 低频时,输出超前输入 因为 所以 = o −i 表示输出与 输入的相位差。 arctan( / ) L L = f f f/Hz 45 90 0 L -45/十倍频
622RC低通电路的频率响应 1.增益的传递函数 R V(S) 1/SO V s) R,+1/sc, 1+SR, C 幅频响应A1= 1+(/1)2 相频响应q1=- arctan(f/f) RC低通电路 2TTR.C
6.2.2 RC低通电路的频率响应 R2 + − Vi Vo C 2 + − RC 低通电路 幅频响应 2 H H 1 ( / ) 1 f f AV + = 相频响应 arctan( / ) H H = − f f 1. 增益的传递函数 2 2 2 2 2 i o H 1 1 1/ 1/ ( ) ( ) ( ) R sC sR C sC V s V s A s V + = + = = 2 2 H 2π 1 R C f =