模擬電路第3章 放大電路的頻率響應

第三章

放大電路的頻率響應3.1頻率響應的一般概念3.2三極管的頻率參數(shù)3.3單管共射放大電路的頻率響應3.4多級放大電路的頻率響應23.1頻率響應的一般概念由于放大電路中耦合電容、半導體器件極間電容的存在，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關系稱為頻率響應或頻率特性。3.1.1幅頻特性和相頻特性電壓放大倍數(shù)的幅值和相角都是頻率的函數(shù)。即——放大倍數(shù)的大小與頻率的關系。

——放大倍數(shù)的相位與頻率的關系。3典型的單管共射RC耦合放大電路的幅頻特性和相頻特性圖3.1.1OffLfHBWAum0.707Aum-90o-180o-270o

f0中頻段電壓放大倍數(shù):43.1.2下限頻率、上限頻率和通頻帶fLfHBWAum0.707AumOf圖3.1.1fL：下限頻率；fH：上限頻率BW：通頻帶BW=fH

-

fL53.1.3頻率失真圖3.1.2頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真63.1.4波特圖放大電路的對數(shù)頻率特性稱為波特圖。

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.01

（1）橫坐標表示頻率,10倍頻為一刻度單位（對數(shù)坐標）。優(yōu)點：（1）可將坐標壓縮，拓寬視野。

注意：相頻特性的縱坐標是相角，不取對數(shù)。（2）縱坐標是的對數(shù)——,單位：分貝（dB)。

（2）對多級放大器可將的乘法計算變?yōu)榧臃ㄓ嬎恪?一、RC高通電路的波特圖+_+_CR圖3.1.3

RC

高通電路令：3.1.5高通電路和低通電路8則有：當f增加10倍9對數(shù)幅頻特性：

實際幅頻特性曲線：圖3.1.4(a)幅頻特性當f≥

fL(高頻)，當f<fL(低頻)，高通特性：且頻率愈低，的值愈小，低頻信號不能通過。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大誤差為3dB，發(fā)生在f=fL處20dB/十倍頻10對數(shù)相頻特性圖3.1.4(b)相頻特性5.71o-45o/十倍頻fL0.1fL

10fL45o90o

0f誤差由式可得，

在低頻段，高通電路產生0~90°的超前相移。5.71o115.71o-45o/十倍頻fL0.1fL

10fL45o90o

0f誤差5.71o0.1fLfL

10fLf0-20-403dB20dB/十倍頻

信號順利通過，即高通。

輸出超前輸入450。

輸出超前輸入900。信號幾乎不能通過。12二、RC

低通電路的波特圖圖3.1.5

RC

波特圖+_+_CR令：則：13圖3.1.6低通電路的波特圖對數(shù)幅頻特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍頻對數(shù)相頻特性：fH

10fH-45o5.71o5.71o-45o/十倍頻-90o0.1fH

0f在高頻段，低通電路產生0~90°的滯后相移。143.2三極管的頻率參數(shù)三極管

與頻率的關系：f

：為值下降至時的頻率。

0：低頻共射交流電流放大系數(shù)；

15對數(shù)幅頻特性fTfOf

20lg

0-20dB/十倍頻f0

對數(shù)相頻特性10f

0.1f

-45o-90o163.2.1共射截止頻率f

值下降到0.707

0

(即)時的頻率。當

f=f

時，值下降到中頻時的70%左右?；驅?shù)幅頻特性下降了3dB。fTfOf

173.2.2特征頻率fT

值降為1時的頻率叫特征頻率。f>fT

時，，三極管失去放大作用；

f

=

fT

時，由式得：fTfOf

183.2.3共基截止頻率f

值下降為低頻

0時

的0.707時的頻率。19

f

與f

、

fT

之間關系：因為可得20說明：1.fT

、f

比f

高很多2.f

<fT<

f

3.低頻小功率管f

值約為幾十至幾百千赫，高頻小功率管的

fT約為幾十至幾百兆赫。213.3單管共射放大電路的頻率響應定性分析：C1Rb+VCCC2Rc

+++Rs+~

+

圖3.3.1單管共射放大電路

中頻段：各種電抗影響忽略，Au

與f無關；低頻段：隔直電容壓降增大，Au降低。與電路中電阻構成RC高通電路；高頻段：三極管極間電容并聯(lián)在電路中，Au

降低。而且，構成RC低通電路。

C1：對中頻、高頻看成短路；極間電容：對低頻、中頻看成開路。22典型的單管共射RC耦合放大電路的幅頻特性和相頻特性圖3.1.1OffLfHBWAum0.707Aum-90o-180o-270o

f0233.3.1混合

型等效電路一、混合

型等效電路—高頻等效圖3.3.2混合

型等效電路(a)三極管結構示意圖(b)等效電路

++bcec

be

24二、混合

參數(shù)與h參數(shù)的關系

低頻、中頻時，不考慮極間電容作用，混合

等效電路和h參數(shù)等效電路相仿，即：

bce

bce圖3.3.3混合

參數(shù)與h參數(shù)之間的關系通過對比可得25則則一般小功率三極管26三、混合

型等效電路中電容

++bce圖

3.3.2(b)等效電路：可從器件手冊中查到；并且(估算，fT

要從器件手冊中查到)注意：

將輸入回路與輸出回路直接聯(lián)系起來，使解電路的過程變得十分麻煩。——可用密勒定理簡化電路！27

++bce圖

3.3.2(b)等效電路密勒定理：用兩個電容來等效Cb

c

。分別接在b

、e和c、e兩端。圖3.3.5單向化的混合

型等效電路其中：電容值分別為：

bce++283.3.2阻容耦合單管共射放大電路的頻率響應圖3.3.6阻容耦合單管共射放大電路C1RcRb+VCCC2RL+

+++~Rs

+

將C2

和RL

看成下一級的輸入耦合電容和輸入電阻。29一、中頻段C1可認為交流短路；極間電容可視為交流斷路。1.中頻段等效電路圖3.3.7中頻段等效電路（與58頁圖2.4.12相同）

bce

+Rb~

+++RcRs由圖可得302.中頻電壓放大倍數(shù)已知，則

結論：中頻電壓放大倍數(shù)的表達式，與利用簡化h參數(shù)等效電路的分析結果一致。對Ui的放大倍數(shù)可令Rs=0得到：此式是對信號源的放大倍數(shù)31二、低頻段考慮隔直電容C1的作用，其等效電路：圖3.3.8低頻等效電路

bce

+Rb~

+++RcRsC1

C1

與輸入電阻構成一個RC高通電路式中Ri=Rb//rbe與圖3.3.7相比多電容C132輸出電壓低頻電壓放大倍數(shù)33低頻時間常數(shù)為：下限(-3dB)頻率為：則注意：其中：式中含中頻電壓放大倍數(shù)及RC高通電路放大倍數(shù)34三、高頻段C1短路處理，考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：

bce

+Rb~

+++RcRs

ce

+~

++Rc

可忽略輸出回路的結電容,并對輸入回路用戴維南定理簡化。式中Ri=Rb//rbe35

ce

+~

++Rc圖中——C

與R

構成RC

低通電路。36高頻時間常數(shù)：上限(-3dB)頻率為：注意：式中含中頻電壓放大倍數(shù)及RC低通電路放大倍數(shù)37

低頻

中頻

高頻38四、完整的波特圖繪制波特圖步驟：1.根據(jù)電路參數(shù)計算、fL

和

fH

；2.由三段直線構成幅頻特性。中頻段：對數(shù)幅值=20lg

低頻區(qū)：

f=fL開始，作斜率為20dB/十倍頻直線；

高頻段：f=fH開始，作斜率為–20dB/十倍頻直線。3.由五段直線構成相頻特性。39圖3.3.11幅頻特性fOfL-20dB/十倍頻fH20dB/十倍頻-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO

-450/十倍頻40圖3.3.11fLfH-270o-225o-135o-180o相頻特性-90o10fL0.1fL0.1fH10fHfO

低頻段：41五、增益帶寬積中頻電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積。一般放大器fH>>fL,近似認為BW=fH-fL≈fH

42說明：式很不嚴格，但從中可以看出一個大概的趨勢，即選定放大三極管后，rbb

和Cb

c

的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問題是選用rbb

和Cb

c

均小的高頻三極管。433.3.3直接耦合單管共射放大電路的頻率響應圖3.3.13fHfO-270o10fH-20dB/十倍頻-180o0.1fH-90ofO

下限頻率為零。上限頻率同前。443.4多級放大電路的頻率響應3.4.1多級放大電路的幅頻特性和相頻特性多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：對數(shù)幅頻特性為：多級放大電路的總相位移為：45對兩級放大電路：（1）若兩級放大器完全相同。fl1=fl2,fH1=fH2±40dB/十倍頻討論（2）若無耦合電容，為直接耦合。fl1=fl2=0，高頻

段-40dB/十倍頻（3）若第一級有耦合電容，第二級為直接耦合，低頻段20dB/十倍頻，高頻段-40dB/十倍頻46兩級放大電路的波特圖圖3.4.1fHfL幅頻特性fOfL1fH16dB3dB3dBBW1BW一級二級多級放大器總通頻帶變窄。-40dB/十倍頻-20dB/十倍頻47圖3.4.