清华模电课件第11讲多级放大电路.ppt

模拟电子技术哈尔滨工程大学 第二节 放大电路的频率响应 一、基本概念 (一)频率响应（频率特性） 放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应 Au（复数）= |Au| |Au|（f）： 放大电路的幅频特性 （f）： 放大电路的相频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 图3-9 共射电路的频率响应 (a)共射基本放大电路； (b)幅频特性； (c)相频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (二)中频段、低频段和高频段 当全面分析频率响应时，常分为三个频段进行： 中频段、低频段与高频段。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 1、中频段-在通频带以内的频率范围 各种容抗忽略不计； u为常数，与频率无关AuM ； 无其他附加相移， 晶体管反相，= 180。 通频带 模拟电子技术哈尔滨工程大学 耦合、旁路电容的容抗不可忽略， 损耗一 部分信号,使放大倍数u下 降， 相移超前90。 2、低频段- 的频率范围 下限截止频率 模拟电子技术哈尔滨工程大学 晶体管的极间电容、接线电容使信 号旁路掉一部分； 晶体管的值也随频率升高而减小， 均使电压放大倍u数下降， 相移滞后90。 3、高频段- 的频率范围 上限截止频率 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbw 通频带 通频带的宽度表征放大电路对 不同频率输入信号的响应能力 ，是放大电路的重要技术指标 之一。 半功率频率 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (四)增益带宽积 定义为放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即 增益带宽积= 可见，欲使增益带宽积大，必须选用 及 小的高 频管。当管子选定后，增益带宽积大体上就一定了。因此， 若把放大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍数，即 增益带宽积为一个常数。 常量由理论分析推导知 模拟电子技术哈尔滨工程大学 二、频率特性曲线及其画法 1.共射电路全频段频率响应 分三个频段进行 先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段。 将三个频段的频率特性(或称频率响应)合起来就是全 频段的幅频特性， 再根据幅频特性画出相应的相频特性来。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (1)中频段 与频率无关的常数， 就是一条水平线。 短路 断路 为什么短路？ 为什么断路？ 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (2)低频段起作用 断路 起主要作用 幅频特性 相频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (3)高频段短路 起作用 起主要作用 幅频特性 相频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 (4)全频段 模拟电子技术哈尔滨工程大学 2、波特图（Bode） 采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线 (1) 幅频特性： (2) 相频特性： 横轴：f 单位HZ 纵轴：20lg|u| 单位dB 纵轴：（线性） 单位度 横轴：f 单位HZ 采用对数坐标系 模拟电子技术哈尔滨工程大学 3、幅频特性波特图（低频段） 斜率为+20dB/十倍频程 折线近似带来的误差不超过 3dB,发生在 fL处。 注意折线化曲线的误差 模拟电子技术哈尔滨工程大学 4、相频特性波特图（低频段） 这种折线的近似误差为 发生在 和 处 。 斜率为-450/十倍频程 lg f 模拟电子技术哈尔滨工程大学 斜率为-20dB/十倍频程 折线近似带来的误差不超过 3dB,发生在 fH处。 高频段幅频波特图 模拟电子技术哈尔滨工程大学 斜率为-45/十倍频程 这种折线的近似误差为 发生在 和 处 。 高频段相频波特图 模拟电子技术哈尔滨工程大学 波特图的一般画法 (a)幅频特性； (b)相频特性 注意： 1、图上的“ss”符号为 任意延长符号； 2、图上的0dB只代表纵 坐标的坐标原点，不代 表横坐标的坐标原点。 全频段波特图 模拟电子技术哈尔滨工程大学 1、一般画法： 三、波特图画法总结： 先求中频电压放大倍数fH 、fL和AuSM 幅频特性： 从fH向右作一条斜率为20dB/十倍频程的斜直线 从fL向左作一条斜率为20dB/十倍频程的斜直线 在fL与fH之间作一条LA=20lg|AuSM|的水平线 两个趋势(左趋势、右趋势) 一个特殊点(拐点) 取十倍频程 三折线幅频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 0.1fL至10fL 及0.1fH至10fH之间，作两条斜率为 45/十倍频程的直线 相频特性： 10fL和0.1fH之间作一条=180的水平直线 0.1fL向左作一条= 90的水平直线 10fH向右作一条= 270的水平直线 五折线相频特性 模拟电子技术哈尔滨工程大学 2. 归一化画法 波特图的归一化画法波特图的一般画法 模拟电子技术哈尔滨工程大学 2. 归一化画法 图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性 电压放大倍数表达式采用归一 化方法表示，即求下面的比值 所不同的是在第一步只需计算 fL及fH两个要素就行了，无需 计算中频电压放大倍数AuSM。 中频段的幅频特性就是一条与 横坐标(0dB)相重合的水平线 。 注意原点的值 模拟电子技术哈尔滨工程大学 2. 归一化画法 图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性 在相频特性中，纵坐标必须 用附加相移表示。所谓 附加相移就是指除晶体管反 相(180)作用以外的相移 。 注意原点的值 模拟电子技术哈尔滨工程大学 四、多级放大电路的频率特性 (一)多级放大电路的幅频特性与相频特性 如前所述，多级放大电路总的电压放大倍数为各单级放大倍 数的乘积，即 n=0,1,2 将上式取绝对值后再取对数，就可得到多级放大电路的对数 幅频特性。 多级放大电路的总相移为 模拟电子技术哈尔滨工程大学 以上表达式中的 和 分别为第k级放大电路 的放大倍数和相移。 多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和， 而相移也是等于各级相移之和。 根据叠加原理，只要把各级特性曲线在同一横坐标 上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特 性与相频特性。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 两级放大电路幅频特性与相频特性的合成 (a)幅频特性； (b)相频特性 把具有同样参数的两级 放大器串接起来，只要 把每级曲线的每一点的 纵坐标增加一倍，就得 到总的幅频特性和相频 特性曲线。 从曲线上可以看到，原 来对应每级下限3dB的 频率fL和fH，现在比中 频段要下降6dB。 结论结论：多级放大电路：多级放大电路 下降的下降的3dB3dB的通频带，的通频带， 总比组成它的每一级总比组成它的每一级 的通频带要窄。的通频带要窄。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各 级上限频率之间的关系，由下面近似公式确定 其中，1.1为修正系数。一般级数越多，误差越小 。 (二)多级放大电路的上限频率和下限频率 1.上限频率fH 2.下限频率fL 计算多级放大电路的下限频率的近似公式为 其中，1.1也是修正系数。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 多级放大电路的频率响应：分析举例 一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相 互影响）的幅频特性均如图所示。 6dB3dB fLfH 0.643fH1 fL fL1， fH fH1，频带变窄！ 模拟电子技术哈尔滨工程大学 模拟电子技术哈尔滨工程大学 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移？ 4. 在 f 105Hz 时，附加相移？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH？ 已知某放大电路的幅频 特性如图所示，讨论下列问 题： 模拟电子技术哈尔滨工程大学 模拟电子技术哈尔滨工程大学 第三节： 放大电路的线性与非线性失真问题 模拟电子技术哈尔滨工程大学 由于放大电路中存在电抗元件(电容、电感等）， 所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、 脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号 的波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真。 1.线性失真基本概念 丰富频率成分的信号 电路中有电抗元件 输出畸变线性失真 模拟电子技术哈尔滨工程大学 例 RC电路如图所示，当输入信号为周期为1ms的方波 时，画出输出电压波形。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 对输入信号做傅里 叶分解，可见输入信 号中包含丰富的频率 成分。 由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出 波形产生了失真。 由于RC电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号 的各个频率分量分别作用于RC电路，最后在输出端求和。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 n幅度失真：(与振幅频率特性有关) 放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大 小不同，使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关 系发生了变化，从而导致输出波形失真。 2. 线性失真的分类 例 模拟电子技术哈尔滨工程大学 输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成 输入信号谐波振幅比为10:6:2 输出信号谐波振幅比为10:3:0.5 因此出现失真。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而造成的 输出波形失真。 相位失真：(与相位频率特性有关) 模拟电子技术哈尔滨工程大学 3. 不失真传输的条件 即 从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关， （1）不产生幅度失真的条件 模拟电子技术哈尔滨工程大学 从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同 即 滞后时间 （2）不产生相位失真的条件 模拟电子技术哈尔滨工程大学 实际上要完全满足这两个不失真条件是困难 的，也是没有必要的。因为对于要放大的输入信 号，其主要频率成分总是集中在一定的频率范围 内，通常称为信号带宽。 对于幅度失真：只要放大器的通频带略大于信 号带宽，就可以忽略幅度失真。 对于相位失真：在话音通信中的中的放大器， 可以不考虑相位失真，但在图像通信中的放大器， 则必须考虑。 模拟电子技术哈尔滨工程大学 4. 和非线性失真的区别 产生原因不同 线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的失真。 非线性失真产生的主要原因来自两个