第5章放大电路的频率响应

1、 第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.1 频率响应概述频率响应概述5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.3单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应5.1.1 频率响应的概念频率响应的概念一、频率响应一、频率响应.ou.iU (j )A (j )U (j ) Rs放大电路放大电路IoIi+Vo+Vs+ViRL或写为或写为uuAA ( )( ) 其中幅频响应其中幅频响应.ou.iU (j )A ( )U (j ) 称称为为相相频频响响应应)()()(io 5.1

2、频率响应概述频率响应概述 电路的放大倍数与频率的函数关系电路的放大倍数与频率的函数关系放大电路的频率响放大电路的频率响应或频率特性。应或频率特性。放大器的放大倍数本身应该用复数来定义，即放大器的放大倍数本身应该用复数来定义，即.ooi.iU (j )( )( )U (j ) 二、带宽二、带宽 该图称为波特图该图称为波特图纵轴：纵轴：dB dB 横轴：对数坐标横轴：对数坐标其中其中上上限限频频率率Hf03dB20lg|AV|/dB带宽带宽2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH高频区高频区中频区中频区低频区低频区3dB 频率点频率点（半功率点）（半功率点）3dB 频率点频

3、率点（半功率点）（半功率点）下下限限频频率率LfBWHLfffHLBWH fff，f三、频率失真（线性失真）三、频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真： 对不同频率的信号增对不同频率的信号增益不同，产生的失真。益不同，产生的失真。O t IO t O基波基波二次谐波二次谐波输入信号输入信号输出信号输出信号基波基波二次谐波二次谐波相位失真：相位失真： 对不同频率的信号延对不同频率的信号延迟时间不同，产生的失真。迟时间不同，产生的失真。 四、研究放大电路频率响应的必要性四、研究放大电路频率响应的必要性 在放大电路中，由于电抗元件（如电容、在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线圈）及晶体管极间电

4、容的存在，电感线圈）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过低或过高时，不但当输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍数的数值会变小，而且还将产生放大倍数的数值会变小，而且还将产生超前或滞后的相移。说明放大倍数是信超前或滞后的相移。说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。响应或频率特性。5.1.2 单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、 RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则.ou.i1U1j CA1

5、1j RCURj C RC 且令且令H1f2 RC.oU.iHU1AfU1j()f电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）.u2H1Af1()f（幅频响应）（幅频响应）电压增益的相角电压增益的相角)/(arctgHHff （相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数最大误差最大误差 -3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应时时，当当 Hff .u2H1A11(f /f )时时，当当 Hff .uH2H1Af/f1(f /f )0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线3dB.u2H1Af1()fHff .u2H1A0.7071(f /f

6、).u20lg A20lg10dB.uH20lg A20lg(f /f).u20lg A20lg0.7073dB 相频响应相频响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff )/(arctgHHff 0H H90 时时，当当 Hff 45H 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 uuAAio 表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入所以所以3dB2. RC高通电路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：.ou.iUR1A11UR1j Cj RC幅频响应幅频响应相频响应相频响应输出超前输

7、入输出超前输入令令L1f2 R C.Lu2LffAf1()foLLf90arctgf 3几个结论几个结论LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，相角，相角超前超前45； 当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。 截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数21L(H)f 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子H

8、1f1jf5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.2.1晶体管的混合晶体管的混合 模型模型一、完整的一、完整的混合混合 模型模型二、简化的二、简化的混合混合 模型模型._1.bececebe .cccbe.cbebec.becc(UUUK)UKIXXUXUU.X(1 K).UI(1 K)X.(1 K)(1 K)ccc .(K 1)(1 K)ccccc.KEQ0bemEQbeI(mA)26(mV)(1) I(mA)r26(mV)gr5.3 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.3.1单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交

9、流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C短路。短路。C 一一.中频电压放大倍数中频电压放大倍数 空载时空载时obeobeiiLmusmsibessibeLCL.(). (/)UUUUrRgRARR rUUU URRRobeobeiiCmusmosibeisibe.().UUUUrRgRARR rUU U U二二.低频电压放大倍数低频电压放大倍数obeoobeiiLCmuslsibeCLssibeobeCLiLmsibeCLLusmusmLLLCL.().1j C

10、j ()C =.()1j ()Cfj1. =.=.f1j112 ()CUUU UUrRRgRARR rRRUU U UUrRRRgRRR rRRfAAffjf fRR L2LoooLLf. =20lgfuslusm1()ff180(90arctg)90arctgf20lg20lgAAfff 三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数bebeibebbsbsisbebesiosbeobeiLmushsibesssbeLCLush. (/(/).(). (/)rrRRrrRRUUUrrRRUU UUrRgRARR rUU U URRR 1 1j j RCRC1 11+1+j j RCRCusm.AA

11、 1 11+ j1+ j RCRC 令 H12 RCfushusm.AAH H1 1f f1+ j1+ jf f2HoHf. =20lg 1()ushusmf180arctg20lg20lgAAff 四四.波特图波特图LususmusmLLfj1.=.f(1j)()(1)()fAAAffjfH HH Hf ff f1+ j1+ j1+ j1+ jf ff f5.4多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应设组成两级放大电路的两个单管放大电路的频率响应相同设组成两级放大电路的两个单管放大电路的频率响应相同6dB3dBfLfH0.643fH1121lg40lg20lg20lg20uuuuAAAA

12、fL fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！5.4.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析(分析举例分析举例)nuukk 1nuukk 1nkk 1.20lg20lg AAAA ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则则nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3

13、dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得1.1为修正系数为修正系数5.4.2截止频率的估算截止频率的估算 一一.下限截止频率下限截止频率HH1LL10.6431.56ffffHH1LL10.521.91ffffn2LkLk 11.1ffn2k 1HkH111.1ff二二.上限截止频率上限截止频率两级两级三级三级讨论一：问题讨论一：问题 1. 信号频率为信号频率为0时电压放大时电压放大倍数的表达式？倍数的表达式？ 2. 若所有的电容容量都相同，若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？则下限频率等于多少？讨论一：时间常数分析讨论一：时间常数分析所确定的截止频率。、分别考虑e21CCCC1b

14、eb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、Ce短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、C2短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出讨论一：电压放大倍数分析讨论一：电压放大倍数分析1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbeb)j(1)j(1)j(1)j(1jHL3L2L1L3L2L133mffffffffffffAAuu)2(1)2(1)2(1)2(1HeL32L21L1Cffff很小！很小！讨论二讨论二 已知某放大电路的幅频特性已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：如图所示，讨论下列问题：1. 该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路? 三级三级2. 耦合方式耦合方式?直接直接3. 在在 f 104Hz 时，附加相移时，附加相移？135o4. 在在 f 105Hz 时，附加相移时，附加相移？270o5. fH？f fH H 0.520.52 10104 4 5.25KHz5.25KHz6. . .u uA = ?A = ?3)3 3.