模电第4章-2课件

第4章放大电路的频率响应和噪声12/19/20221本章知识点及要求（4学时）知识点一：频率响应的概念知识点二：放大电路的低频、中频和高频等效电路

知识点三：晶体管的频率参数

知识点四：波特图

1.掌握放大电路频率响应的有关概念；

2.掌握放大电路的低频、中频和高频等效电路；

3.掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性；

4.熟悉单管放大电路频率响应的分析方法；5.了解波特图的概念及画法。12/19/202224.1放大电路的频率响应和频率失真

（1）待放大信号是有多频率合成而不是单一频率，且有一定的频率范围。如公众电话网语音信号频带宽度：300Hz~3400Hz；视频信号：25Hz~6MHz。（2）在实际放大器中存在电抗元件(管子极间电容——Cbe，Cbc，以及电路的耦合电容、分布电容引线电感等)，使得放大器对不同频率信号的放大倍数和延迟时间不同。——由此产生的失真被称为“频率失真”。前几章的讨论把放大器的增益看作是与频率无关的参量，但实际上：“频率失真”属于“线性失真”，其未产生新的频率分量12/19/20223项目线性失真非线性失真不同点起因由电路中的线性电抗元件,如L,C所导致的放大电路通频带不够宽,对不同频率信号的响应不同。由电路中的非线性元件,如三极管所引起。结果只会使各频率分量信号的比例关系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分量的信号，但不会产生新的频率分量信号。产生了新的频率分量信号！相同点使输出信号产生畸变“线性失真”与”非线性失真”的比较4.1放大电路的频率响应和频率失真

12/19/20225【待研究的问题】

1.放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。2.放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件的极间电容如何影响电路系统的频率响应？因此，在使用一个放大电路时，应了解其信号频率的适用范围，即在设计放大电路时，应满足信号对频率的范围要求。4.1放大电路的频率响应和频率失真

12/19/20226在低频段,随着信号频率的逐渐降低,耦合电容、旁路电容等的容抗增大(开路),动态信号衰减,放大能力下降。中频增益AuI

与通频带BW

是放大器的两个重要指标,且两者越大越好,但两者又是一对矛盾的指标,故利用增益频带积来表征放大器的性能。通频带4.1.1放大电路的幅频响应和幅频失真(a)理想幅频特性f0f0(c)阻容耦合放大电路幅频特性中频区低频区高频区上限频率下限频率增益频带积中频增益f0(b)直接耦合幅频特性在高频段,随着信号频率的逐渐升高,晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小(短路分流),动态信号损失,放大能力下降。全频带12/19/20227(a)理想相频特性——线性4.1.2放大电路的相频特性和相频失真(c)阻容耦合放大电路的相频特性相频不失真条件：(b)直接耦合放大电路的相频特性fLfHfH12/19/20228幅频响应相频相应fLfL4.1.3波特图令相频响应：幅频响应：由图知,

高通电路电压放大倍数(也称电压传递函数)：高通电路——高通电路12/19/202210204.1.3波特图——低通电路令则低通电路波特图分三步画出：12/19/202212低频小信号-混合型模型

高频小信号-混合型模型

e

e4.2晶体管高频小信号模型和高频参数4.2.1晶体管高频小信号模型rbc很大,近似开路发射结正偏时，扩散电容Cbe起主导作用；集电结反偏时，势垒电容Cbc

起主要作用。低频时，这两个电容开路，可忽略；高频时，不能忽略。【说明】高频模型共有六个参数12/19/202214很小,交流开路4.2.2晶体管的高频参数一、共射短路电流放大系数

(j)及其上限频率f12/19/202215二、特征频率fT4.2.2晶体管的高频参数三、共基电流放大系数

(j

f)及f——为避免频率失真,通常选择fT

>3fmax可见，共基上限频率远高于共射上限频率——共基电路常用于宽带放大。12/19/202216

例4.2.1由手册查得某晶体管在工作点ICQ=5mA，且UCEQ=6V时的参数为：0=150,rbe=1k,UA=250V,fT=350MHz,Cbc=4pF.画出该晶体管高频混合型模型。先由ICQ求出re所以解：该模型共有六个参数:rbb/rbe/rce/gm/Cbe/Cbc4.2.2晶体管的高频参数说明：通常rbb的估算值为250~300

手册查得12/19/202217通过中频段等效电路,计算出中频电压增益AusI;画出低频段和高频段等效电路,分别采用时间常数法计算出下限截止频率L和上限截止频率H,进而得到低频段电压增益AusL和高频段电压增益AusH。低频段：Cbc、Cbe交流开路，考虑C1、C2、CE的影响。4.3晶体管放大电路的频率响应4.3.1共射放大电路的频率响应中频段：Cbc、Cbe交流开路，C1、C2、CE交流短路。

高频段：考虑Cbc、Cbe的影响，C1、C2、CE交流短路。电路应分三个频段进行分析：——全频段等效电路——共射放大电路12/19/202218设RB1//RB2>>rbe,忽略后得高频小信号模型

高频段：耦合电容容抗很小,可视为交流短路;极间电容容抗很小,不能忽略——

C1、C2、CE交流短路,须考虑Cbc、Cbe的影响。假设RL=rce//RC//RL再利用密勒定理对电路进行等效变换，将模型单项化处理。单项化高频小信号模型4.3.1共射放大电路的频率响应二、共射电路高频响应AusH及上限截止频率H等效变换后电流不变12/19/2022204.3.1共射放大电路的频率响应很大,其高频影响不可忽略。很小,可忽略！进一步化简模型：戴维南定理二、共射电路高频响应AusH及上限截止频率H【单项化高频模型】12/19/2022214.3.1共射放大电路的频率响应

图4.3.3共射放大电路的高频响应

(a)幅频特性(b)相频特性(c)幅频特性波特图(d)相频特性波特图12/19/202223低频段：耦合电容容抗很大,不能忽略;极间电容容抗很大,可视为交流开路——考虑C1、C2、CE的影响,Cbc、Cbe交流开路

。三、共射放大电路低频响应AusL及下限截止频率L

4.3.1共射放大电路的频率响应通常RB1//RB2>>rbe，可忽略其影响。先将RE、CE折合到基极很大忽略∵随频率升高,一般满足：求解Ube——12/19/202224①

输入回路C1、CE对低频特性的影响4.3.1共射放大电路的频率响应三、共射放大电路低频响应AusL及下限截止频率L

12/19/202226②输出回路C2对低频响应的影响4.3.1共射放大电路的频率响应三、共射放大电路低频响应AusL及下限截止频率L

12/19/202227其中，为中频源增益得到低频总增益4.3.1共射放大电路的频率响应③综合考虑C1,CE和C2对低频响应的影响总的下限频率（证明略）三、共射放大电路低频响应AusL及下限截止频率L

12/19/202228共射放大电路频率响应——总结全频段放大倍数：中频段放大倍数：高频段放大倍数：低频段放大倍数：12/19/202230共射放大电路全频段响应【说明】——精确响应低频段两个频率，高频段1个频率。

fL2=

0.1fL140dB/十倍频20dB/十倍频20dB/十倍频12/19/202231例1：放大电路电压放大倍数为（1）求解（2）画出波特图4.3.1共射放大电路的频率响应解：比对12/19/202232例2：已知某放大电路的波特图如图所示，试写出电压放大倍数的表达式。解：4.3.1共射放大电路的频率响应12/19/202233

——结论(1)C1、ＣE、C2越大，总的下限频率L越低、低频失真越小，附加相移也将会减小。(4)CE等效到基极回路时要除以(1+)，因此若要求CE对L1的影响与C1相同，需要取CE=(1+)C1，所以，射极旁路电容CE的取值往往比C1要大得多。(5)工作点越低，或输入阻抗越大，对改善低频响应均有好处。(2)RC、RL越大，L越小，低频响应越好。(3)C1、CE、C2的影响使放大器具有高通特性，在下限频率点处，附加相移为正值，说明输出电压超前输入电压。4.3.1共射放大电路的频率响应12/19/202234思考题1.线性失真与非线性失真有何差异？2.晶体管的频率参数fβ、fT、fα的含义如何？三者的关系如何？3.共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降的原因是什么？4.3.1共射放大电路的频率响应MP3播放器的音频频率范围为20Hz~20kHz。FM广播的音频频率范围为200Hz~15kHz。AM广播的音频频率范围为200Hz~4.5kHz。【常见音频系统（设备）的通频带】12/19/2022354.5多级放大电路的频率特性相频特性：n级放大电路幅频特性：显然，多级放大器结论:

与单级放大电路相比,多级放大电路的放大倍数提高了,但其通频带却比组成它的每一级放大电路的通频带窄。12/19/202236

对于n级放大电路，设各级放大电路的下、上限截止频率分别为：

和

近似1：如果某一级的fLk

比其它各级大4倍以上,fL

fLk

近似2：如果某一级的fHk

不到其它各级的1/4,fH

fHk

4.5多级放大电路的频率特性112H1fn-»L1f112n-»（各级频率相同时）（各级频率相同时）下限频率上限频率12/19/202237例3：已知组成两级放大电路的每个单级放大电路都具有相同的频率特性，波特图如图所示。在原图上画出两级放大电路的波特图（用折线近似，标明关键点坐标值）；2.估算两级放大电路的上、下限截止频率fH

和fL。L1f112n-»112H1fn-»fH1=105Hz,fL1=10Hz12/19/202238例4：已知某放大电路的波特图如图所示，填空：(1)中频电压增益20lg|AusI|=

dB;AusI=