模電閻石第五版第五章放大電路的頻率響應

1、第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應電子學教研室電子學教研室第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應授課內(nèi)容：5.1 5.1 頻率響應概述頻率響應概述5.2 5.2 晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型5.3 5.3 單管放大電路的頻率響應單管放大電路的頻率響應5.4 5.4 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.1.2 高通電路和低通電路高通電路和低通電路 5.1.3 波特圖波特圖 5.1.1研究放大電路頻率響應的必要性研究放大電路頻率響應的必要性第五章放大電路的頻率響應第

2、五章放大電路的頻率響應 5.1.1 研究放大電路頻率響應的必要性研究放大電路頻率響應的必要性（一）電路中的幾種元件和頻率的關系電容1cZj c 電感LZj L 電阻R第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 在放大電路中，由于電抗元件，及半導體管極間電容的存在，當輸入信號的頻率過低或過高時，不但放大倍數(shù)的數(shù)值會減少，而且會產(chǎn)生相位移。這說明放大倍數(shù)是信號頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關系稱為頻率響應或頻率特性（二）頻率響應定義 頻率特性是衡量放大電路對不同頻率輸入信號適應能力的一項技術指標通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。信號的適應能力越強。

3、 信號不是單一頻率的，而是具有一定的頻譜第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應5.1.2 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念 在放大電路中，由于耦合電容的存在，對信號構成了高通電路高通電路（如與負載電阻形成），即對于頻對于頻率足夠高的信號電容相當于率足夠高的信號電容相當于短路短路，信號幾乎毫無損失地通過；而信號頻率低到一定程度，電容的容抗信號頻率低到一定程度，電容的容抗不可忽略不可忽略，信號將在上面產(chǎn)生壓降，從而導致放大倍數(shù)的數(shù)值減小且產(chǎn)生相移。 由于半導體管極間電容的存在，對信號構成了低通低通電路電路（如與rbe），即對于頻率足夠低的信號電容相當頻率足夠低的信號電容相當于于開路開

4、路，對電路不產(chǎn)生影響；而信號頻率高到一定程信號頻率高到一定程度，度，極間電容將分流極間電容將分流，從而導致放大倍數(shù)的數(shù)值減小且產(chǎn)生相移。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 io UUuRCfLL21212則則 11|111LuuLLLfjfffjfjjf RCoUiU 5.1.2 高通電路與低通電路高通電路與低通電路一一、高通電路高通電路設輸入電壓 ，輸出電壓o Ui U電壓放大倍數(shù)：u 令令 11RCL回路的時間常數(shù)回路的時間常數(shù)RC RCCRR j/111 j/1 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性|Lu2Lff f1()f Lf

5、f arctan90 電壓放大倍數(shù)用幅值和相角表示：01, |A| , uLff時時(1) 45 0.707 21 |A| L ；時，時，uff(2)90,| , 1, LuLLffffff時時(3)f=fLLf稱為下限截止頻率，簡稱稱為下限截止頻率，簡稱下限頻率。下限頻率。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應二二、低通電路低通電路oi1/ j1 1/ j1 juUCARCRCU回路的時間常數(shù)回路的時間常數(shù)RC /1 H令令11222HHfRC 則則HH11|1 j 1 j uuff RCoUiU第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 )/(11 2H ffAu H ar

6、ctan f/f 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性電壓放大倍數(shù)用幅值和相角表示：0, 1| , uHff時時(1) 45 0.707 21 |A| H ；時時，uff(2),| A |,90HuHffff (3)f=fH稱為上限截止頻率，簡稱稱為上限截止頻率，簡稱上限頻率上限頻率.Hf第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應三三、放大電路的通頻帶放大電路的通頻帶放大電路的放大電路的通頻帶：通頻帶：LHbwfff 通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應（一）波特圖簡介（

7、一）波特圖簡介 5.1.3 波特圖波特圖 為了在同一坐標系中表示如此寬的變化范圍，在畫頻率特性曲線時常采用對數(shù)坐標，稱為波特圖。輸入信號頻率范圍：幾赫上百兆赫放大倍數(shù)范圍：幾倍上百萬倍波特圖由兩部分組成：對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應（2）對數(shù)相頻特性坐標軸f1011021030 縱軸采用縱軸采用橫軸采用橫軸采用flg 縱軸采用縱軸采用|lg20u 單位是分貝單位是分貝 （dB）橫軸采用橫軸采用flg基本單位是頻率的十倍變化，故稱“十倍頻程”（1）對數(shù)幅頻特性坐標軸fdBu/ |lg20 1011021030第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的

8、頻率響應（二）波特圖畫法（二）波特圖畫法1. 高通電路的波特圖 )f(f1ff 2LLu/| 把電壓放大倍數(shù)的幅值取對數(shù)得： 2/1lg20)/lg(20|lg20LLuffff 0 |A|lg20, uLff時時(1)LuLffff20lg |A|lg20, 時時(2) 3 2lg20|A|lg20 LdBffu 時時，(3)高通電路對數(shù)幅頻特性可近似地用兩條直線構成的折線來表示。交于f=fL這一點。最大誤差3dB第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應Lff arctan90 0, 時時Lff(1) 45 L 時時，ff(2)90, 時時Lff(3) 高通電路對數(shù)相頻特性可近似地用

9、三條直線構成的折線來表示。05.7105.71在低頻段產(chǎn)生超前的相位移，范圍是：900第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應2. 低通電路的波特圖把電壓放大倍數(shù)的幅值取對數(shù)得： 2H1 1(/)uff 220lg|20lg 1/uHff H 20lg | A |20lg2 3 uffdB ，(3), 20 lg | A|20 lguHHffff (2),20lg | A| 0uHffdB (1)低通電路對數(shù)幅頻特性可近似地用兩條直線構成的折線來表示。交于f=fH這一點。最大誤差最大誤差3dB第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應H arctan f/f ,90Hff (1)

10、H ,45ff (2),0Hff (3)在高頻段產(chǎn)生滯后的相位移，范圍是：-900低通電路對數(shù)相頻特性可近似地用三條直線構成的折線來表示。05.7105.71第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應（三）波特圖表示頻率響應的優(yōu)點1.可以拓寬視野，在較小的坐標范圍內(nèi)表示較寬頻率范圍的變化。3.將幅值的相乘轉換成幅值的相加。體現(xiàn)在多級放大電路中，放大倍數(shù)是各級放大倍數(shù)的乘積，所以在畫對數(shù)幅頻特性時，只需將各級的對數(shù)增益相加即可。2.作圖方便?？梢杂谜劬€化的近似波特圖表示放大電路的頻率響應。如果只需頻率響應的粗略信息，那么以漸近直線來近似表示是足夠的。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的

11、頻率響應 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.2.1 晶體管的混合晶體管的混合 模型模型 5.2.2 晶體管電流放大倍數(shù)晶體管電流放大倍數(shù) 的頻率響應的頻率響應第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.2.1 晶體管的混合晶體管的混合 模型模型 一、1、共射共射h h參數(shù)等效模型回顧參數(shù)等效模型回顧 利用網(wǎng)絡的利用網(wǎng)絡的h參數(shù)來表參數(shù)來表示輸入、輸出電壓與電流示輸入、輸出電壓與電流的相互關系，得到的相互關系，得到共射共射h參參數(shù)低頻等效模型數(shù)低頻等效模型.受控電流源的引入：受控電流源的引入：cbII第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 從晶體管的物理結

12、構出發(fā),考慮發(fā)射結和集電結電容的影響,就可以得到在高頻信號作用下的物理模型,稱為混合 模型. 其與h h參數(shù)等效模型參數(shù)等效模型在低頻信號作用下具有一致性在低頻信號作用下具有一致性。 圖5.2.1晶體管的結構示意圖第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應圖5.2.1晶體管的結構示意圖 2、完整的混合 模型 rc- 集電區(qū)體電阻集電區(qū)體電阻 rbb -基區(qū)的體電阻基區(qū)的體電阻,通常幾十通常幾十歐歐幾百歐。幾百歐。 - 發(fā)射區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻 reb是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應圖5.2.1(b)混合 模型 晶體管的受控電流晶體管的受控電流 與發(fā)

13、射與發(fā)射結電壓結電壓 成線性關系成線性關系, ,且與且與信號頻率無關信號頻率無關. .cI ebU ebmcUgI mgebU cI 稱為稱為跨導跨導,它是一個常數(shù)它是一個常數(shù),表明表明 對對 的控制關系的控制關系 根據(jù)半導體物理的分析，根據(jù)半導體物理的分析，圖5.2.1晶體管的結構示意圖第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應二、簡化的混合簡化的混合 模型模型 圖5.2.1(b)混合 模型 cer 遠大于c - e間所接的負載電阻, 視為開路cer Ccbr 也遠大于 的容抗,因而可認為 開路.cbr 圖圖5.2.2(a)5.2.2(a)簡化后的混合簡化后的混合 模型模型 第五章放大

14、電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應將 等效在輸入回路和輸出回路,稱為單向化.單向化是靠等效變換實現(xiàn)的.設 折合到b- e間的電容為 ,折合到c - e間的電容為 ,則單向化之后的電路如(b)所示. C C C C 圖圖5.2.2(b)5.2.2(b)單向化后的混合模型單向化后的混合模型 C流經(jīng)的電流等于流經(jīng)流經(jīng)的電流等于流經(jīng)的電流，同時也等于流經(jīng)的電流，同時也等于流經(jīng)(與圖中規(guī)定的相反與圖中規(guī)定的相反)的的電流電流 C C C 為保證變換的等效性，要求變換前后電流保持不變?yōu)楸ＷC變換的等效性，要求變換前后電流保持不變第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(1)becebeCCCUU

15、KUIXX ebceUUK等效變換過程如下等效變換過程如下: :從從 看進去看進去 中流過的電流為中流過的電流為 b CCI集電結電容的容抗設為集電結電容的容抗設為:1CXC 圖圖5.2.2(b)5.2.2(b)單向化后的混合模型單向化后的混合模型 CICICI C第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應流經(jīng)的電流為：流經(jīng)的電流為： C b eCCUIX 由于CCII KXXUKUIUXCCebebCebC1)1( 圖圖5.2.2(b)5.2.2(b)單向化后的混合模型單向化后的混合模型 CICICI C第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應K|KK 考慮在近似計算時考慮在近

16、似計算時, 取中頻時的值取中頻時的值,所以所以eb 間總電容為：間總電容為：(1 |)CCK C (5.2.2)(1)(1 |)CK CK C (5.2.1) c c (1 |)K說明說明 是是 的的 分之一。分之一。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(1)b eCCCKUIIX 圖圖5.2.2(b)5.2.2(b)單向化后的混合模型單向化后的混合模型 CICICI C1(1)CceCb eXUKXKKU 流經(jīng)的電流：流經(jīng)的電流：CceccUIXCKKC 1第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 C 圖圖5.2.25.2.2忽略忽略 的混合的混合 模型模型C 由于其形狀

17、像由于其形狀像 ，各元件參數(shù)具有不同的量綱，因，各元件參數(shù)具有不同的量綱，因而稱之為晶體管的混合而稱之為晶體管的混合 模型。模型。 (1)(1 |)CK CKC CKKC 1第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應三、混合混合 模型的主要參數(shù)模型的主要參數(shù) 將簡化的混合將簡化的混合 模型與簡化的模型與簡化的h參數(shù)等效模型相比較，參數(shù)等效模型相比較，它們的電阻參數(shù)是完全相同的。它們的電阻參數(shù)是完全相同的。 h參數(shù)等效模型參數(shù)等效模型,bbb emrrgC從混合從混合 模型中可以看出，參數(shù)包括：模型中可以看出，參數(shù)包括：混合混合 模型模型 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應b

18、br(一一). 基區(qū)體電阻基區(qū)體電阻 與與參雜濃度參雜濃度和和制造工藝有關制造工藝有關。(二二). 發(fā)射結電阻發(fā)射結電阻b er1(2.3.9)TTbebbbbEQCQUUrrrIIEQTebIUr)1( (5.2.4)h參數(shù)等效模型參數(shù)等效模型混合混合 模型模型 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應雖然受控電流的表述方法不同，但是它們所表述的是雖然受控電流的表述方法不同，但是它們所表述的是同一個物理量。同一個物理量。(三三).mg跨導跨導0Cbb emIg UI混合混合 模型模型 為低頻段晶體管的電流放大系數(shù)為低頻段晶體管的電流放大系數(shù)0ebbebrIU 0(1)TbeEQUrI

19、 0001EQmbeTIgrU0001,1由于由于TEQebmUIrg 0 (5.2.5)所以所以:第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(四四).C(1 |)CCKC (5.2.2)是晶體管為共基接法且發(fā)射極開路時是晶體管為共基接法且發(fā)射極開路時c b間的結電容間的結電容.obC與與 近似在分析估算時可將近似在分析估算時可將 近似為近似為 C obCC obC 的數(shù)值可通過手冊給出的特征頻率和放大電路的數(shù)值可通過手冊給出的特征頻率和放大電路的靜態(tài)工作點求解是電路的的靜態(tài)工作點求解是電路的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)，可，可通過計算得到通過計算得到 CTfK共基放大電路共基放大電路bec

20、第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.2.2 晶體管電流放大倍數(shù)晶體管電流放大倍數(shù) 的頻率響應的頻率響應混合混合 模型模型 bICI基極注入的交流電基極注入的交流電流的流的幅值不變。幅值不變。b 信號頻率升高信號頻率升高 間的電壓間的電壓 的幅的幅值將減小，相移將增大值將減小，相移將增大b eUeb 的幅值線性下降的幅值線性下降,且產(chǎn)生相位移。且產(chǎn)生相位移。c cbemIg U第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應在中頻段，晶體管共射極電流放大系數(shù)在中頻段，晶體管共射極電流放大系數(shù) 是一個常數(shù)。是一個常數(shù)。 高頻段，信號頻率變化時與的關系也隨高頻段，信號頻率變化時與的

21、關系也隨之變化，即電流放大系數(shù)不是常量，之變化，即電流放大系數(shù)不是常量，且信號頻率且信號頻率愈高，的幅值愈小，相移愈大所以是頻率愈高，的幅值愈小，相移愈大所以是頻率的函數(shù)的函數(shù) c b c 由于 與 的存在,使 和 的大小、相角均與頻率有關。 C CcI bI 混合混合 模型模型 bICI第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應根據(jù)根據(jù)h21e的定義的定義:CEUbCII 圖5.2.3 的分析c b 是在是在c - e間無動態(tài)電壓，間無動態(tài)電壓，即即c - e間短路時動態(tài)電流間短路時動態(tài)電流與之比與之比21CECeBUihi(2.3.8c)交流分量交流分量 Uce=0電流放大系數(shù)的定義

22、：電流放大系數(shù)的定義：第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 圖5.2.3 的分析因此因此:0Kc - e間無動態(tài)電壓間無動態(tài)電壓(1 |)CCKC (5.2.2)CCC 說明當說明當c-e間交流短路時，輸入回路的等效電容就間交流短路時，輸入回路的等效電容就是是發(fā)射結電容發(fā)射結電容和和集電結電容集電結電容并聯(lián)之后的總電容。并聯(lián)之后的總電容。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應的推導過程如下：的推導過程如下：b eCrCIIICb emIg U0mbegr由于由于011()b eb eb eCmb erCb eg UIIIjrCUjCr（5.2.6）混合混合 模型模型 bI

23、CI說明說明 的頻率響應與低通電路相似的頻率響應與低通電路相似1 1juRC 形式完全一樣形式完全一樣與與第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應令回路時間常令回路時間常數(shù)數(shù)b er C1122b efr C)( CCC (5.2.7) f 為為 的截止頻率，稱為的截止頻率，稱為共射截止頻率共射截止頻率01b ejr C01fjf(5.2.8)02|1 ()ffarctan(/)ff 用對數(shù)幅特頻性與對數(shù)相頻特性表示為：用對數(shù)幅特頻性與對數(shù)相頻特性表示為：020lg| 20lg20lg2f 1 ()f arctan (/)ff (5.2.9a)(5.2.9b)第五章放大電路的頻率響應第

24、五章放大電路的頻率響應的波特圖的波特圖當20lg|下降3dB時,頻率f稱為共射截止頻率。當|=1（0分貝）時對應的頻率稱特征頻率fT.2020lg20lg 10Tff201Tff 或或0Tff 特征頻率求法特征頻率求法：020lg| 20lg20lg2f 1 ()f arctan (/)ff (5.2.9a)(5.2.9b)第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應利用利用 的表達式，可以求出的表達式，可以求出 的截止頻率：的截止頻率： 00000001/11/1111/(1)jfffjffjjfff ffj 10 ff)1(0 (5.2.11)是使是使| | |下降到下降到70.770

25、.7 的頻率，稱為的頻率，稱為共基共基截止頻率。截止頻率。af 0 fff 01(5.2.12)第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應0Tff fff 01共基截止頻率共基截止頻率 、共射截止頻率、共射截止頻率 和特征頻率的比較和特征頻率的比較Tfff共基電路的截止頻率遠高于共射電路的截止頻率，因共基電路的截止頻率遠高于共射電路的截止頻率，因此共基放大電路可做為寬頻帶放大電路此共基放大電路可做為寬頻帶放大電路C的求解方法的求解方法 ：1122b efr C在器件手冊中查出在器件手冊中查出 fEQTebIUr)1( obCC第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(a)場效應管

26、高頻等效模型場效應管高頻等效模型 一般情況下一般情況下rgs和和rds比外接比外接電阻大得多，電阻大得多，可認為他們是可認為他們是開路的。開路的。由于場效應管各級之間存在極間電容，因而由于場效應管各級之間存在極間電容，因而其高頻響應與晶體管相似。其高頻響應與晶體管相似。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(b)簡化模型簡化模型g-s間等效電容為：間等效電容為： (1)gsgsgdCCK C d-s間等效電容為：間等效電容為： 1dsdsgdKCCCK 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.4.2單管共源放大電路的頻率

27、響應單管共源放大電路的頻率響應 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 5.4.3放大電路頻率響應的改善和增放大電路頻率響應的改善和增益帶寬積益帶寬積 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 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 圖圖5.4.1(a)共射放大電路共射放大電路圖圖5.4.1(b)適應于信號頻率從零到適應于信號頻率從零到 無窮大的交流等效電路無窮大的交流等效電路第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 一般情況為了分析問題方便，將輸入信號的頻率一般情況為了分析問題方便，將輸入信號的頻率范圍分為三段：范圍分為三段：

28、中頻段：中頻段：極間電容極間電容視為開路，視為開路，耦合電容耦合電容視為短路。視為短路。低頻段：低頻段：極間電容極間電容視為開路，考慮視為開路，考慮耦合電容耦合電容的影響。的影響。高頻段：高頻段：耦合電容耦合電容視為短路，考慮視為短路，考慮極間電容極間電容的影響。的影響。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應一一.中頻電壓放大倍數(shù)中頻電壓放大倍數(shù) 在中頻段，在中頻段，極間電容因容抗很大而視為開路，耦合電極間電容因容抗很大而視為開路，耦合電容（或旁路電容）因容抗很小而視為短路，故不考慮他們?nèi)荩ɑ蚺月冯娙荩┮蛉菘购苄《暈槎搪?，故不考慮他們的影響；的影響； 圖圖5.4.1(b)5.4.1

29、(b)適應于信號頻率適應于信號頻率從零到無窮大的交流等效電路從零到無窮大的交流等效電路將視為短路；將視為短路；sU在中頻電壓信號在中頻電壓信號 作用于電路時，作用于電路時，C將將 視為開路；視為開路；1b erC由于由于1LRC 又由于又由于第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應圖圖5.4.2 5.4.2 單管放大電路的中頻等效電單管放大電路的中頻等效電路路中頻電壓放大倍數(shù)用中頻電壓放大倍數(shù)用 表示：表示：usm ousmsUU (一一)輸出回路輸出回路(/)COb eCLmLUIRRg UR 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(二二)輸入回路輸入回路bebebbbbi

30、rRrrRR/)/(輸入電阻：輸入電阻：()oib eoib eusmmLsibessib eUUUURrg RRRrUUUU (5.4.1)中頻電壓放大倍數(shù)：中頻電壓放大倍數(shù)：/LCLRRR 電路空載時的中頻電壓放大倍數(shù)為電路空載時的中頻電壓放大倍數(shù)為:()oib eusmmCsibesURrAg RRRrU (5.4.2)第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應二二.低頻電壓放大倍數(shù)低頻電壓放大倍數(shù) 在低頻段，在低頻段，主要考慮主要考慮耦合電容（或旁路電容）耦合電容（或旁路電容）的影響，此的影響，此時極間電容仍視為開路；時極間電容仍視為開路；(b)輸出回路的等效電路輸出回路的等效電

31、路圖圖5.4.3 5.4.3 單管共射放大電路的低頻等效電路單管共射放大電路的低頻等效電路(a)低頻等效電路低頻等效電路電容電容C與負載電阻與負載電阻 組成了組成了高通電路高通電路。LR通高阻低通高阻低第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(b)輸出回路的等效電路輸出回路的等效電路ob emCUg UR 1/LooLCRUURRj c 是是空載時的輸出電壓?？蛰d時的輸出電壓。oU (a)低頻等效電路低頻等效電路輸出回路輸出回路:第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應()1ibeLuslmcsibecLRrRg RRR rRRj C (a)低頻等效電路低頻等效電路ooousl

32、ssoUUUUUU 低頻電壓放大倍數(shù)用低頻電壓放大倍數(shù)用 表示：表示：usl ouslsUU (b)輸出回路的等效電路輸出回路的等效電路第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應將上式的分子與分母同除以將上式的分子與分母同除以 便可得到便可得到)(LcRR ()()1()ib ecLuslmLsibecLRrjRR CAg RRR rjRR C /LCLRRR ()1ibeLuslmcsibecLRrRg RRR rRRj C 思考：為什么除以思考：為什么除以(RC+RL)?C所在回路的等效所在回路的等效電阻為電阻為(RC+RL)。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應下限頻率

33、表達式為：下限頻率表達式為： LfCRRfLcL)(21()cLRR C C所在回路的時間常數(shù)所在回路的時間常數(shù)111LuslusmusmLLfjfffjfjf (5.4.3) 越小，放大電路的低頻特性越好越小，放大電路的低頻特性越好Lf第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應用模和相角來表示為：用模和相角來表示為：/| |/Luslusm2Lff 1 (ff ) 180(90arctan )Lff 對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為: 20lg| 20lg| 20lgLuslusm2LffA Af1 ()fLLffff arctan90) arctan9

34、0(180 (5.4.5a)(5.4.5b)因電抗元件引起的相移稱為因電抗元件引起的相移稱為附加相移附加相移。表示中頻段時表示中頻段時 與與 反相。反相。 oUsU180在低頻段，由 引起的最大附加相移為 。C90第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應三三.高頻電壓放大倍數(shù)高頻電壓放大倍數(shù) 在高頻段在高頻段，主要考慮，主要考慮極間電容極間電容的影響，此時耦合電容的影響，此時耦合電容（或旁路電容）仍視為短路；（或旁路電容）仍視為短路；圖圖5.4.4(a)5.4.4(a)高頻等效電路高頻等效電路(b)輸入回路的等效變換輸入回路的等效變換R和和 構成了構成了低通電路低通電路。C第五章放大電

35、路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(c)輸入回路輸入回路間的開路電壓：間的開路電壓：eb b eb eiissbebesirrRUUUrrRR 等效內(nèi)阻等效內(nèi)阻R的表達式：的表達式：/b ebbsbRrrRR第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應1()11osb eoib eushmLsibesssb eUUUURrj RCAg RRR rUUUUj RC (c)輸入回路輸入回路(b)輸入回路的等效變換輸入回路的等效變換1/1/besj cUURj c高頻電壓放大倍數(shù)高頻電壓放大倍數(shù):第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應11ushusmAAj RC 令 ， 是 所在回路

36、的時間常數(shù). CRfH21CR C11ushusmHfjf (5.4.8) 越大，放大電路的高頻特性越好越大，放大電路的高頻特性越好Hf第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應1| |/ushusm2H 1 (ff ) 180arctan Hff 20lg| 20lg| 20lg2ushusmHfA A1 ()fHff arctan180 (5.4.9a)(5.4.9b)在高頻段，由 引起的最大附加相移為 。C90 用模和相角來表示為：用模和相角來表示為：對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為: 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應四、波特圖四、波

37、特圖 考慮到考慮到耦合電容耦合電容和和結電容結電容的影響，對于頻率從零到無窮的影響，對于頻率從零到無窮大的輸入電壓，電壓放大倍數(shù)的表達式為：大的輸入電壓，電壓放大倍數(shù)的表達式為：1(1)(1)(1)(1)LususmusmLLHHfjfffffjjjffjff (5.4.14)(1) 當當 時，時，LHfffususm1,01,0 AALHffff趨于 ；也趨于 ，(2) 當輸入信號頻率當輸入信號頻率f 接近接近fL時，時，ususl,/0 AAHHffff趨于 ，(3) 當輸入信號頻率當輸入信號頻率f 接近接近fH時，時，usush,0 AALLffff/ 趨于 ，注意：頻率在其他范圍時注意

38、：頻率在其他范圍時 f fH 和和 ffL第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應圖圖5.4.5單管共射放大電路的波特圖單管共射放大電路的波特圖畫波特圖的一般步驟如下：畫波特圖的一般步驟如下：l根據(jù)電路參數(shù)計算出根據(jù)電路參數(shù)計算出usmLfHfl畫幅頻特性曲線畫幅頻特性曲線中頻區(qū)中頻區(qū)：從：從fL到到fH之間，畫一條高度等于之間，畫一條高度等于 的水平直線。的水平直線。 20lg|usm低頻區(qū)低頻區(qū)：從：從f=fL開始，向左下方作一條開始，向左下方作一條 斜率為斜率為 的直線。的直線。 20/dB 十倍頻高頻區(qū)高頻區(qū)：從：從f=fH開始，向右下方作一條開始，向右下方作一條 斜率為斜率為

39、 的直線。的直線。 20/dB十倍頻l畫相頻特性曲線畫相頻特性曲線中頻區(qū)中頻區(qū)：從：從10fL到到0.1fH之間，畫一條之間，畫一條 的水平直線。的水平直線。 180低頻區(qū)低頻區(qū)：從：從f0.1fL畫一條畫一條 的直線。的直線。 90 在在0.1fLf10fH畫一條畫一條 的直線。的直線。270 在在0.1fHf10fH畫一條畫一條 的直線。的直線。45 /十倍頻第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應例例5.4.1 在圖在圖5.4.1(a)所示電路中，已知所示電路中，已知VCC=15V,RS=1K Rb=20K ,RC=RL=5K ,C=5 ;晶體管的晶體管的UBEQ=0.7V,F1

40、00 ,100,0.5,5bbZobrfMHCpF試估算電路的截止頻率試估算電路的截止頻率fL和和fH,并畫出并畫出 的波特圖。的波特圖。 us解：解：(1)求解求解Q點：點：0.015ccBEQBEQBQbsVUUImARR圖圖5.4.1(a)共射放大電路共射放大電路1.5CQBQIImA7.5CEQCCCQCUVIRV說明管子工作在放大區(qū)，說明管子工作在放大區(qū)，Q點合適。點合適。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應CCC 1122b efr C12beCCr f0.0577EQmTIgSU.(/)144cemCLbeUKgRRU (1)(178 144 5)898CCK CpF

41、 圖圖5.4.2 5.4.2 中頻等效電路中頻等效電路(2)求解混合求解混合 模型中的參數(shù)模型中的參數(shù)(1)1733TTb eEQBQUUrII第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(3)求解中頻電壓放大倍數(shù)：求解中頻電壓放大倍數(shù)：1.83bebbberrrK/1.68ibbeRRrK0()85ib eusmmLsibesURrg RRRrU 圖圖5.4.2 5.4.2 中頻等效電路中頻等效電路第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(4)求解求解fH和和fL12 /Hb ebbsbfrrRRC因為因為RSRb，所以，所以12632 /Hb ebbbfKHzrrRC13.22

42、 ()LcLfHzRR C圖圖5.4.2 5.4.2 中頻等效電路中頻等效電路第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應(5)畫畫 的波特圖的波特圖 us385()3.2(1)(1)(1)(1)3.2263 10LususmLHffjjfffffjjjjff ggg第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.3.2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 (a)共源放大電路共源放大電路(b)適應于頻率從零到無窮大的適應于頻率從零到無窮大的交流等效電路交流等效電路第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應在中頻段， 開路，C短路，因而中頻電壓放大倍數(shù): gsC

43、(/)gsomdLummLigsg URRUg RUU (5.4.11)一、求中頻電壓放大倍數(shù)一、求中頻電壓放大倍數(shù)第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應在高頻段，C短路，考慮 的影響。gsC gsgCR 所在回路的時間常數(shù)：所在回路的時間常數(shù)：gsC 上限頻率為：上限頻率為：gsgHCRf 21(5.4.12)二、求上限頻率二、求上限頻率第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應CRRLd)( CRRfLdL)(21 (5.4.13)在低頻段， 開路，考慮C的影響。gsC C所在回路的時間常數(shù)：所在回路的時間常數(shù)：下限頻率為：下限頻率為：(1)(1)LuumLHfjfffjj

44、ff (5.4.14)u 的表達式：的表達式：三、求下限頻率三、求下限頻率第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.4.3 放大電路頻率響應的改放大電路頻率響應的改善和增益帶寬積善和增益帶寬積 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.3.2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 一、低頻特性的改善一、低頻特性的改善下限頻率越低，低頻特性越好。下限頻率越低，低頻特性越好。 為了改善單管放大電路的低頻特性，需加為了改善單管放大電路的低頻特性，需加大大耦合電容耦合電容及其及其回路電阻回路電阻，以增大回路時間常，以增大回路時間常數(shù)，從而降低下限頻

45、率。數(shù)，從而降低下限頻率。12LfRC第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應通過左圖幅頻特性，判斷該電路通過左圖幅頻特性，判斷該電路的耦合方式？的耦合方式？思考題：思考題：答：直接耦合答：直接耦合f20lg|u6040200123410 10 10 10在信號頻率很低的使用場合，應考慮在信號頻率很低的使用場合，應考慮采用直采用直接耦合方式接耦合方式，使得，使得 ，即認為電容容抗，即認為電容容抗為零，或者其電容為零，或者其電容C為無窮大；直接耦合放為無窮大；直接耦合放大電路的一個重要特點，就是低頻特性好。大電路的一個重要特點，就是低頻特性好。0 Lf第五章放大電路的頻率響應第五章放大電

46、路的頻率響應二、高頻特性的改善二、高頻特性的改善上限頻率越高，高頻特性越好。上限頻率越高，高頻特性越好。12HfRC 為了改善單管放大電路的高頻特性，需減小 間等效電容 或 g-s 間等效電容 及其回路電阻，以減小回路時間常數(shù)，從而增大上限頻率。eb C gsC 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應CRgCCKCCLm1|)|1 (三、增益帶寬積三、增益帶寬積)(LmbeebisiusmRgrrRRRA中頻電壓放大倍數(shù)：中頻電壓放大倍數(shù)：Hf C LmRg |usm|usm的提高與的提高與 的增大是相互矛盾的。的增大是相互矛盾的。HfLHff HLHbwffff |usmHf與與

47、的矛盾就是帶寬與增益的矛盾。的矛盾就是帶寬與增益的矛盾。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應單管共射放大電路的增益帶寬積單管共射放大電路的增益帶寬積CRRrrRgrrRRRffbsbbebLmbeebisiHusmbwusm )/(21CRgCCCRgLmLm則設,)1 (;/SSbSbRRRRR，則設;,beibebrRrR則設第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應CRrrRrrrRrCRgRrrRgrrrRrfsbbebsbbebbesebLmsbbebLmbeebbesbebwusm)(21)/(21在假設條件均成立的條件下，上式將變換成在假設條件均成立的條件下，上

48、式將變換成整理可得整理可得 CRrfsbbbwusm)(21 （5.4.15） 管子選定，增益帶寬積就大體確定；那么，增益增大多管子選定，增益帶寬積就大體確定；那么，增益增大多少倍，帶寬幾乎就變窄多少倍少倍，帶寬幾乎就變窄多少倍，這個結論具有普遍性。，這個結論具有普遍性。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應改善電路的高頻特性，改善電路的高頻特性，展寬頻帶展寬頻帶的方法：的方法：l應選用應選用 和和 均小的高頻管；均小的高頻管；bbr obCl盡量減小盡量減小 所在回路的總等效電阻；所在回路的總等效電阻； C l考慮采用考慮采用共基電路共基電路，共基電路的截止頻率共基電路的截止頻率遠

49、高于共射電路的截止頻率，因此共基放大遠高于共射電路的截止頻率，因此共基放大電路可做為寬頻帶放大電路。電路可做為寬頻帶放大電路。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應場效應管共源放大電路的增益帶寬積場效應管共源放大電路的增益帶寬積gdLmgsgLmHumbwumCRgCRRgff)1 (21gdggdLmgLmbwumCRCRgRRgf 2121 （5.4.16），則，則且且若若gsgdLmLmCCRgRg )1(, 1場效應管選定后，增益帶寬積也近似為常量。因此改善高頻特性的根本是選擇 小的管子并減小 的阻值。gdCgR第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 第五章放大電路

50、的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.5.2 截止頻率的估算截止頻率的估算 5.5.1 多級放大電路的頻率特性的定性分析多級放大電路的頻率特性的定性分析第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效電路中就含有多個極間電容，即有多個低通電路； 在阻容耦合放大電路中，含有多個耦合電容，則在低頻等效電路中就多個高通電路。 對于含有多個電容回路的電路，如何求解截止頻率？下面進行討論：第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.4.1 多級放大電路的頻率特性的定性分析多級放大電路的頻率特性的定性分析設一個n級放大電路各級的電壓放大倍數(shù)分別

51、則該電路的電壓放大倍數(shù) 對數(shù)幅頻特性和相頻特性表達式為,.21unuu 、uknku 1（5.5.1）|lg20|lg201uknkuA Aknk1 (5.5.2a)(5.5.2b)第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應121212H1H2121,20lg |20lg |40lg |uuumumLLumumumumffff 則中頻電壓增益 下限頻率上限頻率1、整個電路的中頻電壓增益11221m11l1l221121,| |21(),20 lg |20 lg |40 lg |40lg2uuluulLuumuuLulululumffAff 2、當時且所以 設組成兩級放大電路的兩個單管放大

52、電路具有相同的頻率響應： 3、同理,上限截止頻率時也有同樣的性質(zhì).第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應)(),(2121HHHLLLffffff兩級放大電路的通頻帶比組成它的單級放大電路窄。90 90 1Lff 增益下降增益下降6dB，產(chǎn)生附加相移產(chǎn)生附加相移l當當1Hff 增益下降增益下降6dB，產(chǎn)生附加相移產(chǎn)生附加相移l當當兩級放大電路的波特圖第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應)1()1()1(nkffnkffnkffbwkbwHkHLkL 對于一個n級放大電路，可以得出結論：推廣：推廣：第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 5.5.2 截止頻率的估算

53、截止頻率的估算122|1 ()1 ()numkumulkLkLAffff一、下限頻率一、下限頻率fLLff 當當211 ()2nLkkLff n級放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為：級放大電路低頻段的電壓放大倍數(shù)為：1|2numkkul 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應221121()2, 11,.1LkLnLLkLknLLkkLkffffffff 展展開開上上式式得得，高高次次項項由由于于高高次次項項忽忽略略，得得加加修修正正系系數(shù)數(shù)后后211() 2nLkkLff 等等式式兩兩邊邊取取平平方方第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應n級放大電路高頻段的電壓放大倍數(shù)為：二

54、、上限頻率二、上限頻率fH1|2numkkuh 211 ()2nHkHkff 則則有有Hff 當當時時122|1()1()numkumuhkHkHAffff第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應121222111() 21()211,111.1HnHkHkHHHknkknkHHkHHkffffffffff 等等式式兩兩邊邊取取平平方方展展開開上上式式得得，高高次次項項由由于于高高次次項項忽忽略略，得得加加修修正正系系數(shù)數(shù)后后則則第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 若兩級放大電路是由兩個若兩級放大電路是由兩個具有相具有相同頻率特性同頻率特性的單管放大電路組成則其的單管放大

55、電路組成則其上、下限頻率分別為：上、下限頻率分別為：11112156. 121 . 1643. 021 . 1,21 . 11LLLHHHHHffffffff 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應 具有相同頻率特性的三級放大電路具有相同頻率特性的三級放大電路則其上、下限頻率分別為：則其上、下限頻率分別為：11112191. 131 . 152. 031 . 1,31 . 11LLLHHHHHffffffff 放大電路的級數(shù)越多，頻帶越窄。三級放大電路的通頻帶幾乎是單級電路的一半。三級放大電路的通頻帶幾乎是單級電路的一半。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應截止頻率的確定

56、方法：截止頻率的確定方法：l在多級放大電路中，某級的下限頻率在多級放大電路中，某級的下限頻率遠高于遠高于其它各其它各級的下限頻率級的下限頻率（5-10倍）倍），則整個電路的下限頻率就，則整個電路的下限頻率就是是該級的下限頻率該級的下限頻率。l某級的上限頻率某級的上限頻率遠低于遠低于其它各級的上限頻率其它各級的上限頻率（5-10倍）倍），則整個電路的上限頻率就是，則整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率該級的上限頻率。l上、下限頻率估算公式多用于上、下限頻率估算公式多用于各級截止頻率各級截止頻率相差相差不多的情況。不多的情況。 對于多個耦合電容和旁路電容的單管放大電路，應先求出每個電容確定的截止頻

57、率，然后再確定下限頻率。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應例1 已知某電路各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻特性如下圖，試求解下限頻率fL、上限頻率fH,以及電壓放大倍數(shù)Au。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應3.電壓放大倍數(shù)：353354)1021)(101 (jf10)1021)(101 (10fjfjfjjfuu或512110.52(0.52 2 10 )10431.1HHZZHffHkHf 2.上限頻率為：解：1.電路的下限頻率為：10LfH z 第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應例例2 下圖所示下圖所示Q點穩(wěn)定電路中，已知點穩(wěn)定電路中，已知C1

58、=C2=Ce，其余參數(shù)合其余參數(shù)合適，電路在中頻段工作正常，試求下限頻率的決定哪個電容？適，電路在中頻段工作正常，試求下限頻率的決定哪個電容？為什么？為什么？Rb2Rb1ReCeC2C1+VCCRCRL+-+-uouiT解：解：電路的靜態(tài)工作點電路的靜態(tài)工作點合適，說明放大電路工作合適，說明放大電路工作在放大區(qū)。在放大區(qū)。 考慮單個電容對頻率響考慮單個電容對頻率響應的影響時，將其它電容作應的影響時，將其它電容作理想化處理理想化處理, 即短路。即短路。第五章放大電路的頻率響應第五章放大電路的頻率響應1.求求C1確定的下限頻率確定的下限頻率1112111122 (/)12 ()LSbbbesifRRR