模擬電子技術 第五章 放大電路的頻率響應

1、第五章第五章 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應5.15.1頻率響應概述頻率響應概述5.25.2晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型5.35.3場效應管的高頻等效模型場效應管的高頻等效模型5.45.4單管放大電路的頻率響應單管放大電路的頻率響應5.55.5多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應電子信息工程學院電子信息工程學院5.15.1頻率相應概述頻率相應概述5.1.1 5.1.1 頻率響應問題的提出頻率響應問題的提出1. 線性失真的基本概念線性失真的基本概念 放大器在小信號運用時放大器在小信號運用時, 只要選擇合適的工作狀態(tài)只要選擇合適的工作狀態(tài), 就不會就不會產生明顯的非線性失

2、真產生明顯的非線性失真, 可以認為是一線性系統(tǒng)。在線性系統(tǒng)中可以認為是一線性系統(tǒng)。在線性系統(tǒng)中放大單一頻率的信號時不會產生失真放大單一頻率的信號時不會產生失真, 但我們遇到的信號通常都但我們遇到的信號通常都具有一定的頻率范圍具有一定的頻率范圍, 如測量儀表中放大器的信號、廣播中的語如測量儀表中放大器的信號、廣播中的語音信號、電視中的圖像信號和伴音信號等音信號、電視中的圖像信號和伴音信號等, 都含有豐富的頻率成都含有豐富的頻率成分。放大此類信號時分。放大此類信號時, 由于放大電路中一般存在電抗元件由于放大電路中一般存在電抗元件(如電如電容、電感容、電感), 導致輸出電壓不能重現輸入電壓的波形導致

3、輸出電壓不能重現輸入電壓的波形, 即即放大器產放大器產生了失真生了失真, 這種在線性系統(tǒng)中產生的失真稱為線性失真這種在線性系統(tǒng)中產生的失真稱為線性失真。 電子信息工程學院電子信息工程學院 將一個幅度為將一個幅度為 1 個電壓單位的周期性矩個電壓單位的周期性矩形波電壓形波電壓ui(t)加到由電容器加到由電容器C(0.1F)和電阻和電阻R(1k)組成的線性電路輸入端，則通過示組成的線性電路輸入端，則通過示波器觀察到輸出端的電壓波形波器觀察到輸出端的電壓波形uo(t)成了尖頂成了尖頂脈沖。脈沖。舉例說明：舉例說明： 矩形波通過線性電路產生的線性失真矩形波通過線性電路產生的線性失真 RC電路既然是電路

4、既然是線性電路，就線性電路，就不會產生非線不會產生非線性失真，那么性失真，那么為什么矩形波為什么矩形波通過該電路會通過該電路會變成尖頂脈沖變成尖頂脈沖呢呢?電子信息工程學院電子信息工程學院矩形波中含有許多頻率成分，可用傅氏級數分解為矩形波中含有許多頻率成分，可用傅氏級數分解為:55sin33sinsin221)(ttttui 說明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次諧波所組成。運用疊加原理說明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次諧波所組成。運用疊加原理將直流成分、基波、三次、五次等奇次諧波分量分別作用于將直流成分、基波、三次、五次等奇次諧波分量分別作用于RC電路的輸電路的輸入端。由于電容入端。

5、由于電容C的存在的存在, 它對不同頻率呈現不同的容抗。因而它對不同頻率呈現不同的容抗。因而, ui(t)中的中的各個頻率成分通過各個頻率成分通過RC電路時電路時, 不僅傳輸系數幅值不同不僅傳輸系數幅值不同, 而且延遲時間也不而且延遲時間也不同同, 從而使輸出波形產生了畸變從而使輸出波形產生了畸變, 即即線性失真線性失真。線性失真和非線性失真都能線性失真和非線性失真都能使輸出波形產生畸變使輸出波形產生畸變, 但是前者不產生新的頻率分量但是前者不產生新的頻率分量, 只不過是線性系統(tǒng)對只不過是線性系統(tǒng)對輸入信號中不同頻率有不同響應而已。輸入信號中不同頻率有不同響應而已。 線性失真的大小與輸入信號的大

6、小線性失真的大小與輸入信號的大小無關。無關。線性失真分為頻率失真線性失真分為頻率失真(振振幅頻率特性幅頻率特性)和相位失真和相位失真(相位頻率特性相位頻率特性)。 舉例說明：舉例說明： 電子信息工程學院電子信息工程學院頻率失真和相位失真頻率失真和相位失真 頻頻率率失失真真 ui(t)uo(t)00000000tttttttt基 波基 波二 次 諧 波二 次 諧 波三 次 諧 波三 次 諧 波(a)(b)10106331.5電子信息工程學院電子信息工程學院相位失真相位失真(a) 輸入電壓；輸入電壓； (b) 輸出電壓輸出電壓相位失真相位失真電子信息工程學院電子信息工程學院 (1) 放大倍數與頻率

7、無關。放大倍數與頻率無關。 即要求放大器的放大倍數即要求放大器的放大倍數(常為電常為電壓放大倍數壓放大倍數Au(j)的振幅的振幅頻率特性頻率特性|Au(j)|是一常數。是一常數。 (2) 放大器對各頻率分量滯后時間相同為放大器對各頻率分量滯后時間相同為td, 即要求放大器的即要求放大器的相位相位頻率特性頻率特性()正比于角頻率正比于角頻率。 線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數臈l件為線性系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏數臈l件為:不失真?zhèn)鬏敃r放大器的幅頻、不失真?zhèn)鬏敃r放大器的幅頻、 相頻相頻特性如圖所示。實際放大器要完全滿特性如圖所示。實際放大器要完全滿足上述兩個不產生線性失真的條件是足上述兩個不產生線性失真的條件是不可能的不可

8、能的, 也是沒有必要的。只要放也是沒有必要的。只要放大器的通頻帶等于或略大于信號頻帶大器的通頻帶等于或略大于信號頻帶, 頻率失真就沒有多大影響。頻率失真就沒有多大影響。| Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO不失真?zhèn)鬏敃r放大器的幅頻、相頻特性不失真?zhèn)鬏敃r放大器的幅頻、相頻特性電子信息工程學院電子信息工程學院不失真?zhèn)鬏敃r放大器的不失真?zhèn)鬏敃r放大器的幅頻、相頻特性幅頻、相頻特性 | Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO 由于人耳不能分辨各頻率由于人耳不能分辨各頻率分量的相位關系分量的相位關系, 即使放大器即使放大器產生了相位失真產生了相位失真, 在通話時

9、也在通話時也感覺不到。所以用在話音通信感覺不到。所以用在話音通信中的放大器中的放大器, 其相位失真可以其相位失真可以不予考慮。但是如果放大器用不予考慮。但是如果放大器用來放大圖像信號來放大圖像信號(如傳真或電視如傳真或電視信號信號)時時, 放大器的相位失真將放大器的相位失真將嚴重影響通信質量。嚴重影響通信質量。 相位失真相位失真 電子信息工程學院電子信息工程學院5.1.25.1.2頻率相應的基本概念頻率相應的基本概念 耦合電容對信號構成高通電路。耦合電容對信號構成高通電路。級間電容對信號構成低通電路。級間電容對信號構成低通電路。電子信息工程學院電子信息工程學院5.1.25.1.2頻率相應的基本

10、概念頻率相應的基本概念 一、高通電路一、高通電路 1111ouiURAURj Cj RC11222LLfRC回路的時間常數為=RC，令L=1/=1/RC， 則 將幅值與相位分開表示為將幅值與相位分開表示為 2/|1(/)LuLffAff090arctanLffLLLLuffjffjffjjA11111電子信息工程學院電子信息工程學院2/|1(/)LuLffAff090arctanLff幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 1. ffL時，時，Au1, 00 2. f=fL時，時，Au0.707,450 3. ffL時，時， 1,Au f0 時時，Au0， 900 LffLff頻率越低，衰減越大，

11、相移越大；頻率越低，衰減越大，相移越大；fL為下限截止頻率。為下限截止頻率。 電子信息工程學院電子信息工程學院5.1.25.1.2頻率相應的基本概念頻率相應的基本概念 二、低通電路二、低通電路 1111ouiUj CAUj RCRj C11222HHfRC回路的時間常數為=RC，令+H=1/=1/RC， 則 1111uHHAfjjf將幅值與相位分開表示為 21|1(/)uHAffarctanHff 電子信息工程學院電子信息工程學院幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性 1. ffH時，時， 1,Au f 時時，Au0， -900 HffHff頻率越高，衰減越大，相移越大；頻率越高，衰減越大，相移越

12、大；f fH H為上限截止頻率。為上限截止頻率。 21|1(/)uHAffarctanHff 對于基本放大電路而言，電路中往往既存在上限截止頻率，對于基本放大電路而言，電路中往往既存在上限截止頻率， 又存在下限又存在下限截止頻率，電路截止頻率，電路的上限截止頻率與下限截止頻率之差，稱為的上限截止頻率與下限截止頻率之差，稱為通頻帶通頻帶fBW。 fBW=fH-fL 電子信息工程學院電子信息工程學院為了擴大視野為了擴大視野, , 縮短坐標縮短坐標, , 幅頻特性和相頻特性采用幅頻特性和相頻特性采用半對數坐標半對數坐標, , 即即橫坐標頻率采用對數刻度橫坐標頻率采用對數刻度, , 縱坐標幅縱坐標幅值

13、（用值（用dBdB表示）或相角表示）或相角用線性刻度表示。繪制出的用線性刻度表示。繪制出的幅頻特性和相頻特性稱為波特幅頻特性和相頻特性稱為波特(Bode)(Bode)圖。圖。5.1.35.1.3波特圖的概念波特圖的概念 電子信息工程學院電子信息工程學院220lg| 20lg20lg 1uLLffAff090arctanLff1.當當f fL時，時， 20 lg|Au|0 dB, 0；2.當當f=fL時，時， , +45； 當當f fL時，時，20 lg|Au|+20 lg(f/fL),表明表明f 每下降十倍，增益下降每下降十倍，增益下降20 dB，即，即對數幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（對數

14、幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（+20dB/十十倍頻）的直線倍頻）的直線。 dBAu32lg20|lg20高通電路高通電路 電子信息工程學院電子信息工程學院21lg20|lg20HuffAHffarctan1.當當ffH時，時，20 lg|Au|-20 lg(f/fH),表明表明f 每上升十倍，增益下降每上升十倍，增益下降20 dB，即，即對數幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（對數幅頻特性在此區(qū)間可等效為斜率為（-20dB/十倍十倍頻）的直線頻）的直線。 dBAu32lg20|lg20低通電路低通電路 電子信息工程學院電子信息工程學院在對數幅頻特在對數幅頻特性中，性中，fL，fH為為拐點，拐點，

15、有有3dB誤差誤差0.1fL,10fL為相頻為相頻的兩個的兩個拐點，拐點，誤差誤差5.7100.1fH,10fH為相頻為相頻的兩個的兩個拐點，拐點，誤差誤差5.710電子信息工程學院電子信息工程學院小結：小結：LLj1jffff 電路低頻段的放大倍數需乘因子電路低頻段的放大倍數需乘因子 截止頻率決定于電容所在回路的時間常數截止頻率決定于電容所在回路的時間常數21L(H)f電路高頻段的放大倍數需乘因子電路高頻段的放大倍數需乘因子H11jff 頻率響應有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。頻率響應有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。 當當 f=fL時放大倍數幅值約降到時放大倍數幅值約降到0.707倍倍，相角，相

16、角超前超前45； 當當 f=fH時放大倍數幅值也約降到時放大倍數幅值也約降到0.707倍倍，相角，相角滯后滯后45。5.2晶體管等效模型5.2.15.2.1晶體管的混合晶體管的混合模型模型5.2.25.2.2晶體管電流放大倍數晶體管電流放大倍數的頻率響的頻率響應應電子信息工程學院電子信息工程學院5.2.1 晶體管的混合晶體管的混合模型模型 晶體三極管的完整小信號模型晶體三極管的完整小信號模型 晶體管中頻小信號模型 ebUebrbb rbebmgUrcecbeoUiU gm為跨導，它為跨導，它不隨信號頻率的不隨信號頻率的變化而變。變化而變。電子信息工程學院電子信息工程學院re，rc為發(fā)為發(fā)射區(qū)體

17、電阻、射區(qū)體電阻、集電區(qū)體電集電區(qū)體電阻，值較小，阻，值較小，忽略忽略晶體管結構示意圖 一、晶體管完整混合一、晶體管完整混合模型模型C為集為集電結電結電容電容C為發(fā)為發(fā)射結射結電容電容rbc，rbe為為集電結體電集電結體電阻、發(fā)射結阻、發(fā)射結體電阻，體電阻，rbb基基區(qū)體電區(qū)體電阻阻電子信息工程學院電子信息工程學院一、晶體管完整混合一、晶體管完整混合模型模型高頻完整小信號模型 電子信息工程學院電子信息工程學院二、二、 晶體管高頻模型的簡化晶體管高頻模型的簡化 簡化的高頻模型簡化的高頻模型 C跨接在輸入輸出兩端，利用跨接在輸入輸出兩端，利用Miller定理等效定理等效Miller等效后的單向化模

18、型等效后的單向化模型因在放大區(qū)因在放大區(qū)iC幾乎僅幾乎僅決定于決定于iB而阻值大而阻值大因在放大區(qū)承受反因在放大區(qū)承受反向電壓而阻值大向電壓而阻值大 rceRL, rbc1jc電子信息工程學院電子信息工程學院miller等效后的單向化模型等效后的單向化模型由密勒定理可以推得圖中由密勒定理可以推得圖中 (1|)1CKCKCCK一般情況下，由于輸出回路中一般情況下，由于輸出回路中C C集電極總負載電阻集電極總負載電阻R R L L，故，故C C中電中電流可忽略不計，另外，將輸入回路中流可忽略不計，另外，將輸入回路中C C與與C C合并合并, , 得得 (1)CCK C如K=-100, C=100p

19、F, C=3 pF，則 pFC4033)1001 (100電子信息工程學院電子信息工程學院忽略忽略C后的等效模后的等效模 因此，三極管高頻等效模型可以用圖所示模型來等效。因此，三極管高頻等效模型可以用圖所示模型來等效。 通過上述三極管高頻等效模型的通過上述三極管高頻等效模型的單向化分析與簡化，可以得出以單向化分析與簡化，可以得出以下結論：下結論：(1)(1)高頻分析時，需要考慮三極管高頻分析時，需要考慮三極管結電容結電容C C及密勒電容及密勒電容C C的影響。的影響。(2)(2)由于由于C C及及C C的存在，使放大的存在，使放大電路的輸入回路與輸出回路各自電路的輸入回路與輸出回路各自形成了一

20、個形成了一個RCRC回路。由于這兩個回路。由于這兩個回路的存在，對放大電路的增益回路的存在，對放大電路的增益方程會帶來兩個極點，勢必影響方程會帶來兩個極點，勢必影響電路增益。電路增益。 (3) (3) 由于輸出回路由于輸出回路C C = =C C的電容值較小，容抗的電容值較小，容抗1 1/C/C大，分流作用可忽大，分流作用可忽略，在不接容性負載的情況下，一般不再考慮輸出端略，在不接容性負載的情況下，一般不再考慮輸出端RCRC回路?；芈贰?(4) (4) 經密勒等效后，輸入回路總的等效電容經密勒等效后，輸入回路總的等效電容C C。其中。其中K K近似用放大器中頻近似用放大器中頻增益代替。增益代替

21、。C C為跨接于基極與集電極之間的電容，為跨接于基極與集電極之間的電容，C C為原基極輸入電容為原基極輸入電容。 電子信息工程學院電子信息工程學院三、三、 混合混合模型的主要參數模型的主要參數 00cmb ebIg UI為低頻晶體管電流放大系數bebbeU=I rEQ0mb eTIgrUEQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊查得、電子信息工程學院電子信息工程學院5.2.2晶體管電流放大倍數晶體管電流放大倍數的頻率響應的頻率響應(1)共射截止頻率共射截止頻率f 在低頻情況下，共射短路在低頻情況下，共射短路電流放大系數電流放大系數(或或hfe)是一是一個實數。當晶體管工作在個實數。當晶體

22、管工作在高頻時，高頻時，將是個復數，將是個復數， |將隨頻率升高而下降，當將隨頻率升高而下降，當下降到低頻時數值下降到低頻時數值hfe的的 0.707 倍的頻率，倍的頻率， 稱為共射稱為共射截止頻率，記作截止頻率，記作f， 作為作為表征晶體管特性的一個高表征晶體管特性的一個高頻參數。頻參數。圖示出的是求圖示出的是求f的等效電路。由的等效電路。由定義可知，定義可知，uCE=常數，常數， 即即c, e之間交流短路，即之間交流短路，即 mbe0bebebe1 12 ()j ()1jg UffrCCUCCrf電子信息工程學院電子信息工程學院的對數幅頻特性的對數幅頻特性 對數相頻特性：對數相頻特性： 2

23、020log20log20log 1 (/)arctanffff 0 1jff-90 0 -45 707. 02 0000，時，；時，；，時，；時，fffffffffo電子信息工程學院電子信息工程學院2020log20log20log 1 (/)arctanffff 的波特圖的波特圖 (2) 特征頻率特征頻率fT f并非晶體管有電流放大作用的最高并非晶體管有電流放大作用的最高極限頻率。例如某管在低頻時極限頻率。例如某管在低頻時=100，而而f=10MHz，這表明該管工作于，這表明該管工作于10MHz頻率時，電流放大系數還很大，頻率時，電流放大系數還很大，為為70.7%，顯然該管完全能工作。為此

24、，顯然該管完全能工作。為此，需定義一個特征頻率需定義一個特征頻率fT，在特征頻率上，在特征頻率上，晶體管晶體管值下降到值下降到 1， 顯而易見，顯而易見， fTf。根據幅頻特性則：。根據幅頻特性則：0ff令|=1，則得 0Tff012()2()2mmTb eggfrCCCCC在晶體管手冊中往往給出特征頻率在晶體管手冊中往往給出特征頻率fT，有了上式即可求得，有了上式即可求得C。 電子信息工程學院電子信息工程學院 (3) 共基截止頻率共基截止頻率f 在低頻時，在低頻時，=/(1+)系實數，系實數，在高頻情況下在高頻情況下、均是復數，共基短路電流放大系數均是復數，共基短路電流放大系數與頻與頻率關系

25、式率關系式 000000001/1/11/(1)1 (/)1/(1)jffjffjffajffjff電子信息工程學院電子信息工程學院0000T1(1)fff當當f = f時，時，值將下降到低頻時值將下降到低頻時0的的 0.707倍，把倍，把 f稱為共基截稱為共基截止頻率，或稱為止頻率，或稱為的截止頻率。的截止頻率。共基截止頻率共基截止頻率f為共射截止頻率為共射截止頻率f的的(1+0)倍。倍。 為了保證實際電路在較高頻率下仍有較大的電流放大系數，為了保證實際電路在較高頻率下仍有較大的電流放大系數， 必須選擇管子的特征頻率必須選擇管子的特征頻率fT比電路中最高工作頻率高三倍以上，比電路中最高工作頻

26、率高三倍以上， 換言之，換言之，最高工作頻率最高工作頻率fmax (fT/3)。 電子信息工程學院電子信息工程學院晶體管的頻率參數晶體管的頻率參數 1 0TTffff 時的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止頻率止頻率共基截共基截止頻率止頻率特征特征頻率頻率集電結電容集電結電容通過以上分析得出的結論：通過以上分析得出的結論： 低頻段和高頻段放大倍數的表達式；低頻段和高頻段放大倍數的表達式； 截止頻率與時間常數的關系；截止頻率與時間常數的關系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊手冊查得查得電子信息工程學院電子信息工程學

27、院5.3場效應管的高頻等效模型場效應管的高頻等效模型gsgsgdmLCC(1 K)CKg R 5.45.4單管放大電路的頻率響應單管放大電路的頻率響應5.4.15.4.1單管共射放大電路的頻率響應單管共射放大電路的頻率響應5.4.25.4.2單管共源放大電路的頻率響應單管共源放大電路的頻率響應5.4.35.4.3放大電路頻率響應的改善和增益帶寬積放大電路頻率響應的改善和增益帶寬積電子信息工程學院電子信息工程學院5.4.1單管共射放大電路的頻率響應單管共射放大電路的頻率響應耦合電容、極間電容保持不動，畫出全頻率的等效模型。耦合電容、極間電容保持不動，畫出全頻率的等效模型。分成中頻、低頻和高頻三個

28、頻段分析：分成中頻、低頻和高頻三個頻段分析：中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容保留不動）電容保留不動高頻段，極間電容保留不動，耦合（或旁路高頻段，極間電容保留不動，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路適應于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路適應于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路電子信息工程學院電子信息工程學院一、中頻電壓放大倍數一、中頻電壓放大倍數中頻段，極間電容開路，耦中頻段，極間電容開路，耦合（或旁路合（或旁路 ）電容短路）電容短路/()/ibbbb ebbe

29、RRrrRr( )oib eoib eusmmLsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU ()oib eoib eusmmcsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU /LLCRRR空載時：空載時：電子信息工程學院電子信息工程學院二、低頻電壓放大倍數二、低頻電壓放大倍數低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路低頻段，極間電容開路，耦合（或旁路 ）電容保留不動）電容保留不動()1ooouslssoib eLmcisbecLUUUAUUURrRg RRRrRRj C /()/ibbbb ebbeRRrrRr電子信息工程學院電子信息工程學院()1oib eLuslmcisbesc

30、LURrRAg RRRrURRj C ()( )1()ib eLcuslmLisbeLcRrjRR CAg RRRrjRR C ()1()1LcuslusmLcLusmLjRR CAAjRR CfjfAfjf顯然：12 ()LCLfRR C式中式中, (Rc+RL)C正是正是C所在回路的時常數，其所在回路的時常數，其中中Rc+RL為回路除源后為回路除源后C兩端的等效電阻。兩端的等效電阻。 電子信息工程學院電子信息工程學院220lg20lg20lg1 ()LuslusmLffAAff00180(90arctan)90arctanLLffff幅頻特性曲線為一幅頻特性曲線為一高通電路高通電路電子信息

31、工程學院電子信息工程學院三、高頻電壓放大倍數三、高頻電壓放大倍數高頻段，極間電容保留不動，耦合（或旁路高頻段，極間電容保留不動，耦合（或旁路 ）電容短路）電容短路/(/)b eb eisisbebeisb ebbsbrrRUUUrrRRRrrRR電子信息工程學院電子信息工程學院1( )11osb eoib eushmLisbesssb eUUUURrj RCAg RRRrUUUUj RC 111ushusmAAj RC11ushusmHAAfjf顯然：12HfRC式中式中, RC正是正是C 所在回路的時常數所在回路的時常數. 電子信息工程學院電子信息工程學院220lg20lg20lg 1 ()

32、ushusmHfAAf0180arctanHff幅頻特性曲線為一幅頻特性曲線為一低通電路低通電路電子信息工程學院電子信息工程學院四、波特圖若同時考慮旁路電容、耦合電容與若同時考慮旁路電容、耦合電容與極間電容的影響，極間電容的影響， 放大電路在全放大電路在全頻段的電壓增益可寫為頻段的電壓增益可寫為: : 11usmusLHAAfjfjff電子信息工程學院電子信息工程學院11usmusLHAAfjfjff全面分析全面分析:(1) 當輸入信號頻率當輸入信號頻率fLffH時，時， fL/f0, f /fH0, Aus=Ausm，即為中頻，即為中頻段常數增益。段常數增益。 (2) 當輸入信號頻率當輸入信

33、號頻率f 變小，當變小，當ffL時，時，f fL，演變?yōu)楦哳l區(qū)放大器的增益表，演變?yōu)楦哳l區(qū)放大器的增益表達式，達式， Aus=Aush電子信息工程學院電子信息工程學院 通過上述分析可以總結歸納出放大電路全頻段增益表達式通過上述分析可以總結歸納出放大電路全頻段增益表達式的描述方法，稱之為的描述方法，稱之為“開路時間常數法開路時間常數法”。 (1) 任何電路全頻段的電壓增益表達式，任何電路全頻段的電壓增益表達式， 的形式，不同之處僅在于中頻增益的形式，不同之處僅在于中頻增益Ausm不同，不同，fH，fL即上、即上、 下下限角頻率不同。限角頻率不同。 求一個具體放大器的全頻段電壓增益表達式，求一個具

34、體放大器的全頻段電壓增益表達式， 即可以歸結為求該三項參數。即可以歸結為求該三項參數。 11usmusLHAAfjfjff (2) 三項關鍵參數的意義：三項關鍵參數的意義： 不考慮耦合電容和極間電容時的電路中頻增益；不考慮耦合電容和極間電容時的電路中頻增益； fL 僅考慮耦合僅考慮耦合/旁路電容時，旁路電容時， 電路的下限頻率；電路的下限頻率； fH 僅考慮極間電容時，電路的上限頻率。僅考慮極間電容時，電路的上限頻率。 usmA電子信息工程學院電子信息工程學院5.4.2 單管共源放大電路的頻率響應單管共源放大電路的頻率響應 試分析試分析電路的頻率特性，并作頻率特性曲線。電路的頻率特性，并作頻率

35、特性曲線。 RgRd UDDCuiUGGRLuoiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU共源放大電路的完整小信號模型共源放大電路的完整小信號模型電子信息工程學院電子信息工程學院(1) 求中頻電壓增益： )/(LmgsLdgsmioumRgURRUgUUAiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU電子信息工程學院電子信息工程學院 (2) 求求f與與fH。求求fH時，高頻段只考慮時，高頻段只考慮Cgs的影響，的影響，12(1(/)HggsmdLgdfR CgRRC求求fL時，低頻段只考慮時，低頻段只考慮C的影響，的影響， 有：有： 12 ()LdLfRR C(3) 寫出寫出

36、: uA11umuLHAAfjfjffiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU電子信息工程學院電子信息工程學院5.4.35.4.3頻率響應的改善和增益帶寬積頻率響應的改善和增益帶寬積耦合電容決定下限截止頻率耦合電容決定下限截止頻率 fL： 直接耦合時，直接耦合時，fL0極間電容決定上限截止頻率極間電容決定上限截止頻率 fH：(1)(1 )mLCCK CCg RC( )ib eusmmLisbeRrAg RRRr fH的提高與的提高與Ausm的增大是相互矛盾的。的增大是相互矛盾的。大多數電路，大多數電路，fHfL, fBW=fH - fLfH H 所以，所以，fH H和和Ausm的矛

37、盾就是的矛盾就是帶寬與增益的矛盾，即：增益提高時，必使帶寬變窄；帶寬與增益的矛盾，即：增益提高時，必使帶寬變窄； 增益減小時，必使帶寬變寬。增益減小時，必使帶寬變寬。引入引入 增益帶寬積增益帶寬積 電子信息工程學院電子信息工程學院增益帶寬積增益帶寬積 為了比較全面地衡量放大器性能，常用放大器增益帶寬積為了比較全面地衡量放大器性能，常用放大器增益帶寬積來表達。來表達。通常定義放大器中頻段電壓放大倍數通常定義放大器中頻段電壓放大倍數Ausm與帶寬與帶寬(近似近似為高端為高端 3 dB頻率頻率fH)乘積的模稱為增益帶寬積，記乘積的模稱為增益帶寬積，記|AusmfH|。usmusm12 /(/)BWH

38、ib emLisbeb ebbsbAfAfRrg RRRrrrRRC式中式中 (1)mLCCK CCg RC可以整理得：可以整理得： 12 ()usmHsbbAfRrC電子信息工程學院電子信息工程學院12 ()usmHsbbAfRrC當晶體管選定后，當晶體管選定后，rbb和和Cu就隨之確定，就隨之確定，所以增益帶寬積基本確定。所以增益帶寬積基本確定。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎變窄多少倍。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎變窄多少倍。從另一角度看：為了改善電路得高頻特性，展寬頻帶，從另一角度看：為了改善電路得高頻特性，展寬頻帶，首先應選用首先應選用rbb和和Cu均小得高頻管，均小得高頻管，盡量減少盡

39、量減少C所在回路得等效電阻阻值。所在回路得等效電阻阻值。5.55.5多級放大電路得頻率響應多級放大電路得頻率響應5.5.15.5.1多級放大電路頻率特性得定性分析多級放大電路頻率特性得定性分析5.5.25.5.2截止頻率得估算截止頻率得估算電子信息工程學院電子信息工程學院 1. 幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 通常放大電路總是由多級組成, 其幅頻特性和相頻特性如下: Aus=Aus1Aus2Ausn=nkuskA1 12120lg20lg20lg.20lg20lgnususususnuskkAAAAA121.nnkk 其中20lg|Aus|為總放大倍數的模,單位為dB; 為多級放大器總的

40、附加相移。 5.5.15.5.1多級放大電路頻率特性得定性分析多級放大電路頻率特性得定性分析Aus1Aus2AusnAusm1Ausm2Ausmnfl1 fh1fl2 fh2fln fhn電子信息工程學院電子信息工程學院多級放大器的對數幅頻特性等于各級對數幅頻特性的代數和多級放大器的對數幅頻特性等于各級對數幅頻特性的代數和; 多級放大器的相頻特性也等于各級相頻特性的代數和。多級放大器的相頻特性也等于各級相頻特性的代數和。說明說明這樣這樣, 當我們需要繪制總的幅頻特性曲線和相頻特性曲線時當我們需要繪制總的幅頻特性曲線和相頻特性曲線時, 只要把各級只要把各級的特性曲線在同一橫坐標下的縱坐標值疊加起

41、來就可以了。的特性曲線在同一橫坐標下的縱坐標值疊加起來就可以了。 例如例如, 單級單級放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下頁圖細線所示。把具有同樣放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線如下頁圖細線所示。把具有同樣特性的兩級串聯起來以后特性的兩級串聯起來以后, 只要把曲線每一點的縱坐標值增加一倍就得只要把曲線每一點的縱坐標值增加一倍就得到總的幅頻特性和相頻特性曲線到總的幅頻特性和相頻特性曲線, 如如下頁下頁圖中粗線所示。圖中粗線所示。 從曲線上還可從曲線上還可以看到以看到, 單級對應單級對應-3 dB的頻率的頻率(fh1和和fl1), 現在比中頻增益下降現在比中頻增益下降6dB, 而總的而總的幅頻特性曲線下降幅頻特性曲線下降3dB的通頻帶要比單級窄。的通頻帶要比單級窄。 電子信息工程學院電子信息工程學院一、多級放大電路的頻率響應：分析舉例一、多級放大電路的頻率響應：分析舉例 一個兩