模拟电子技术课程课件放大电路与频率响应

多级放大电路与频率响应

3.1多级放大电路一、多级放大电路(一)多级放大电路的组成图3-1多级放大电路的组成框图一、多根据每级所处的位置和作用的不同，多级放大电路大致可分为三部分：输入级、中间级和输出级。

输入级（前置级）：一般要求有较高的输入阻抗，使它与信号源相接时，索取电流很小。所以常采用高输入阻抗的放大电路，如射极输出器、场效应管放大电路等。

中间级：一般承担着主要的电压放大的任务，故称之为电压放大级，常采用共射电路。

输出级：为适应负载变动而输出电压不变的要求，选用输出电阻较小的共集电路为宜。有时为了向负载供给足够大的功率，往往在输出级前面再加上一级推动级(也称末前级)。二、级间耦合方式在多级放大器中各级之间、放大电路与信号源之间、放大电路与负载之间的连接方式称耦合方式。对级间耦合电路的要求：一是耦合电路必须保证信号通畅地、不失真地传输到下一级，尽量减少损失；二是保证各级有合适的静态工作点。图3-2三种级间耦合方式(a)直接耦合；(b)阻容耦合；(c)变压器耦合(二)耦合方式多级放大电路的耦合方式通常有三种：直接耦合、阻容耦合及变压器耦合。1.直接耦合级与级之间直接连接。（1）优点：传递直流或交流等各种信号，频率特性好，易于集成。（2）缺点：各级静态工作点互相影响，电路的设计和调试比较复杂。出现零点漂移现象，抑制零漂的方法：1、选用优质元件2、采用温度补偿3、调制方法4、差动放大3.变压器耦合

级与级之间利用变压器传递交流信号。（1）优点:匹配好、耗能少、Q点独立、可阻抗转换（2）缺点:频带窄、体积大、笨重、非线性失真大、只传递交流、无法集成2.阻容耦合多级放大电路级与级之间，通过电阻和电容连接起来传送信号，（1）优点：各级静态工作点彼此独立，互不影响。（2）缺点：只传递交流、不易集成和匹配、低频响应不好。这种耦合方式在分立元件交流放大电路中却获得了广泛应用。三、多级放大电路的性能指标

(一）放大倍数:Au＝Au1×Au2×Au3×…×Aun(3-1)在计算前一级的放大倍数时,应将后级的输入电阻作为前一级负载或将前一级作为后一级的信号源来考虑,其电压为前一级的开路电压，内阻为前一级的输出电阻。(二)输入电阻、输出电阻:ri→输入级ri1ro→输出级ron注意:输入级为CC，rI还和下一级有关输出级为CC，ro还和前一级有关(三)输出、输入电压的相位关系:(﹣1)ⁿ,n为电路中共射电路的级数。共集、共基电路同相位。3.2放大电路的频率响应

一、基本概念

(一)幅频特性与相频特性共射基本放大电路为例建立频率特性的一般概念。将放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应称放大电路的频率响应，简称频响或频率特性。频率特性包括幅频特性与相频特性两部分：描写放大倍数之模与频率的关系曲线称幅频特性；而描写相位与频率的关系曲线称相频特性。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

(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。中频段是指在通频带以内的频率范围。各种容抗影响极小，可忽略不计。此时电压放大倍数基本上是一个与频率无关的常数，用表示。除了晶体管的反相作用外，无其他附加相移，所以中频电压放大倍数的相角Φ=–180°。低频段是指的频率范围。耦合、旁路电容的容抗不可忽略,损耗一部分信号,使放大倍数下降ÀusL,相移超前90°.高频段是指的频率范围。引起高频段放大倍数下降的原因有两个：一方面三极管的极间电容及接线电容起作用，将信号旁路掉一部分；另一方面，晶体管的值也随频率升高而减小，从而使电压放大倍数下降。相移滞后90°。工程上规定，当放大倍数下降到中频值的0.707(即)时所对应的低频频率和高频频率分别称为下限频率fL及上限频率fH。在f=fH(或f=fL)时，其输出功率只有中频功率的一半。因此，fH及fL亦称为半功率频率。定义上限频率fH与下限频率fL之间的频率范围为通频带fbw。其实fH>>fL，则fbw=fH-fL≈fH(3-3)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。(三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbw

(四)频率失真与相位失真

由于放大电路对不同频率信号的放大倍数不同而产生的波形失真，称作频率失真。同样，当放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时产生的波形失真叫相位失真。图3-10频率失真与相位失真(a)频率失真；(b)相位失真(五给)增尿益带住宽积定义防为放环大电隆路的就中频刃增益夹幅值王和通雕频带痕乘积泉的绝固对值谁，即字增承益带凑宽积喂=尝(园3-渐4)由理姻论分吹析推悔导知(3黎-5傲)可见程，欲匪使增筋益带壁宽积雪大，映必须拨选用伴Cμ及rbb′小的榴高频慌管。论当管墨子选猜定后仆，增劣益带窜宽积沿大体瓶上就苏一定卧了。疗因此咳，若圣把放距大倍叔数提撑高几音倍，忽通频展带也大几乎匠变窄育同样浆的倍胞数，挥即增安益带养宽积邪为一单个常节数。bWusMfA二、斧波特巷图做图迁时不跳是用羊逐点叼描绘误曲线辫，而便是采晋用折饥线近滋似的授方法抖画出吐的对跨数频亿率特石性，砖通常盼称为聋波特喊图。绩就是摔横坐狐标频投率f剖采用候lg韵f对窝数刻乏度，骡这样翠将频保率的辈大幅仔度的半变化伙范围害压缩怠在一湿个小歪范围岭内(埋例如萌用1艳～6居代表鸣10善～1妄06背)，网幅频滋特性渐的纵益坐标幼电压思增益坚，用钟分贝僵(d挺B)稳表示令为2浩0l洽gA乔，(解当A兴从1艰0倍方变化握到1屡03怖倍时慎，分脊贝值步只从珍20安变化报到6猾0)喇。这间样绘殖出的犁20货lg廉A−议lg妇f的缓关系娱曲线积称为禁对数通幅频梳特性台。而障相频物特性唱的纵毛坐标洲相移剥Φ采豆用线膀性刻散度，沾绘制倦出的率Φ−豪lg议f关泡系曲掩线称忧为对已数相家频特会性。任两者成合起爬来，疗称为效对数仓频率梦特性构。(一别)什侨么是幅波特狐图(二递)波挨特图途的画议法1.旋一般些画法(1烤)中本频段画波唱特图部时，级分三跑个频眨段进胖行，递先画矮幅频言特性刺，顺后序是领中频安段、妨低频柏段和攀高频剂段。哲将三含个频望段的那频率胸特性帽(或粪称频罗率响搞应)杰合起互来就治是全决频段岗的幅碑频特纽奉性，暑然后绞再根迷据幅碧频特贷性画苏出相趁应的优相频赵特性侄来。中频恼时电潜压放况大倍效数的雪表达败式为搁，它是旦一个帜与频刷率无戒关的右常数住，其园波特神图就窜是一猫条水滨平线仅。(2符)低妇频段低频精时电谢压放若大倍沿数是饿频率凡的函镰数，测它的至表达抱式是筋一个什复数养，即其中稀将烈表础达式盐用模继和相昂角来棒表示挨，得最(3吸-6陈)栗总相誉角为梯(3秘-7织)现在锦，我坛们用蚂折线辫近似毁的方兽法，翻画低纸频段驾的幅门频特怖性和孔相频符特性从。图3信-1刃1霉低倦频段老对数姥频率尤响应(a铲)低剑频对珍数幅诞频特潮性；礼(b划)低涝频对珠数相塌频特奔性将式羽(3耗-6栽)两时边取纠对数掠，得(3象-8罗)先看光式(坦3-损8)冷中的买第二范项。共f>井>fL时，因此抄，它鄙将以吸横轴热作为将渐近推线；与当f维<<朴fL时，其渐近线也是一条直线，该直线通过横轴上f=fL的一点，斜率为20dB/十倍频程，即当横坐标频率每增加十倍时，纵坐标就增加20dB。0)(1lg202»+-ffL可以蛇证明东，这社种折像线近谋似带杜来的怠误差毛不超乞过3惨dB疲，发侦生在雕f=咳fL处。希再来称分析利低频垮段的灰相频树特性月，当口f>封>劲fL时，闻ar尺ct耍an附趋于快0，引则Φ倚=–仙18贴0°查；当菜f<疾<fL时，棵ar梯ct烤an聋趋于射90皮°，参则Φ励≈–唤90虚°；想当f钱=fL时，的ar枯ct租an择=4龟5°慰，Φ件=–梯13岔5°妄。为迈了作般图方尚便，听可以汇用以委下三远段直查线构咐成的台折线馒近似夺低频差段的污相频爱特性携曲线辟，如怪图3需-1冻1(敢b)焰所示丽。f责≥1芬0fL时，挡Φ=鞋–1侵80默°；乒f≤肝0.华1fL时，秆Φ=济–9筋0°羞；0而.1叮fL<f宾<1忌0fL时，故斜率亭为–屡45纹°/贷十倍唯频程跌的直炉线。可以共证明赵，这得种折府线近殿似的鸟最大柴误差访为±折5.辆71翁°，艳分别构发生宫在0丽.1怕fL和1杰0fL处。(3点)高维频段高频撕段电绪压放功大倍跃数表百达式其及fH计算池公式晚：将发表破达式么也用伐模和选相角鸦表示慕，即(3词-9赶)总相炭角餐(3慈-1疗0)犁对逗式(访3-铅9)乓两边顽取对厉数，刮得(3粥-1伪1)利用她与低抱频时酿同样吐的方膛法，吧可以朋画出夜高频装段折惯线化记的对伍数幅岸频特包性和米相频其特性沾。折劫线近滴似的碧最大烫误差型为3钩dB税，发拌生在乎f=办fH擦处。(4伍)完猴整的耕频率挤响应井曲线共射偏基本微放大其电路吸在全暗部频寒率范齐围内欲放大蔬倍数林表达粉式，源即图中残的“富ss怒”符菜号为稳任意滑延长冤符号变。0引dB贯只代兄表纵驶坐标摆的坐谦标原打点当，而脱不代亲表横完坐标评的坐彼标原多点。屯频率冠坐标赶f也暑用对猜数刻绿度。最后旧将共血射基杏本放罚大电名路折箭线化喂对数距频率户响应督(波免特图反)的裁作图弃原理县及层步骤参归纳惨如下械。作图猫步骤嗓：波特赏图的籍作图犬原理箩是抓旺住两萝个趋迟势(书左趋印势、目右趋冈势)租，一截个特钟殊点集(拐饶点)赢，取糊十倍冬频程惩。①根掏据电幼路参之数及泻计算轿公式勾先求畅出中轧频电次压放虹大倍穗数AuS喝M、下装限频篇率fL和上臭限频塞率fH。②在稳幅频沫特性哑的横已坐标愉上，旦找到咐对应束于fL和fH的两眠点；作在fL与fH之间莲的中愚频区报作一脖条L阻A=鼻20铅lg仆AuS粮M的水崭平线揪；从有f=湿fL点开师始，蝇在低纸频区照作一遗条斜组率为沾20采dB捉/十掉倍频聪程的扎直线跃折向冤左下丛方；鸡又从苦f=伐fH点开凉始，却在高抬频区栏作一图条斜弯率为洪－2族0d挺B/巷十倍灵频程改的直廊线折耳向右珍下方战。以习上三俘段直树线构叙成的充折线听即是壮放大妄电路抹的幅科频特汤性。在1叉0fL至0般.1饲fH之间游的中斧频区狼，Φ垒=－抬18头0°附；当f改<0拔.1弟fL时，历Φ=身–花90纸°；当f饲>1英0fH前，缩慧Φ=浩–作27腰0°担；在0柴.1镜fL爱至1系0f幕L化之间歪以及晌0.期1f况H至鸽10视fH忧之间爆，相担频特袜性分烘别为坑两条墙斜率蚕为樱–4军5°穗/十治倍频方程的膜直线帽。以绢上五研段直怀线构板成的弯折线戏就是斯放大雨电路另的相坦频特往性。③再桃画相弟频特体性。图3娇-1纸2测高哲频段则对数抬频率膜响应(a偷)高死频对吨数幅圣频特肾性；某(b席)高略频相酱频特陶性图3议-1阔3办波毙特图诞的一税般画项法(a毯)幅辣频特舟性；饲(b企)相尘频特源性2.宫归一称化画饶法图3龟-1绸4环波睡特图坐的归扫一化摸画法(a滥)幅付频特露性；鼻(b拐)相召频特符性电压安放大确倍数绒表达忽式采泉用归道一化网方法颂表示凉，即笔求下稼面的怖比值(3托-1鹅2)与一询般画蓬法相记比较舌，所睬不同千的是叼在第改一步挺只需搂计算俯fL及fH两个继要素手就行疯了，狠无需葬计算划中频除电压侦放大铺倍数宽AuS裳M。此漆时，粘中频鞠段的该幅频洲特性伴就是责一条宣与横马坐标裳(0块dB祖)相叼重合填的水专平线吹。相五当于介把一沫般画封法中衫的中查频段捧特性余向下战平移令了AuS偶M倍(废或2幸0l扮gAuS脂MdB瞎)。呈在相虎频特您性中享，纵春坐标词必须搏用附阴加相匀移Δ内Φ表北示。吨所谓乞附加纽奉相移摘就是掠指除赖晶体销管反告相(渗–1灰80态°)丹作用疗以外抢的相颗移。三、痒多级泄放大炼电路肤的频保率特叙性(一险)多春级放雷大电设路的版幅频掩特性画与相管频特豆性如前澡所述私，多秘级放土大电院路总映的电概压放问大倍慰数为悦各单设级放共大倍番数的族乘积屠，即他耐n=酒0,忆1,傲2…将上夜式取命绝对叨值后乔再取姐对数升，就黑可得牢到多史级放滑大电寇路的简对数拒幅频概特性