模拟电子技术基础 课件 第4章 放大电路的频率响应

本章讨论频率响应的概念,晶体管的高频等效模型，场效应管的高频等效模型,单管放大电路的频率响应以及多级放大电路的频率响应。2、单管共射放大电路混合π模型等效电路图、频率响应的表达式及波特图绘制。1、晶体管、场效应管的混合π模型。第四章放大电路的频率响应重点：1.研究的问题：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。由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。4.1频率响应的概念

2.RC电路的频率响应

（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。（1）高通电路：频率响应fL低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？f>>fL时放大倍数约为1（2）低通电路:

信号频率越低，输出电压越接近输入电压。（2）低通电路：频率响应fH低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？f<<fH时放大倍数约为1（3）几个结论①电路低频段的放大倍数需乘因子②当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45º；当f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45º。③截止频率决定于电容所在回路的时间常数电路高频段的放大倍数需乘因子④频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。二、放大电路的频率参数

在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路

在高频段，随着信号频率逐渐升高，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，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率

在中频区各种电容的影响均可以忽略不计，电压放大倍数Au基本上不随信号频率而变化，保持常数。1.频率响应

放大电路的电压放大倍数Au是频率的函数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。Au(f)表示电压放大倍数的模与频率f的关系，称为幅频响应。φ(f)表示放大电路输出电压与输入电压之间的相位差与频率f的关系，称为相频响应。放大电路的对数频率特性称为波特图。2.通频带

在绘制频率响应曲线时，常常采用对数坐标。幅频特性的纵坐标为，单位为分贝（dB）。

相频特性的纵坐标仍为φ，不取对数。这时得到的频率响应曲线称为对数频率响应或波特图。

在波特图中，放大器的下限频率fL和上限频率fH也就是中频电压增益下降3dB时所对应的两个频率。3.幅频失真和相频失真

放大器不能使不同频率的信号得到同样的放大，使输出波形产生失真，这种失真称为频率失真，又称为线性失真。频率失真又包括幅度失真和相位失真。

幅度失真：是由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而引起输出波形产生的失真。相位失真：是由于放大器对不同频率信号的相位移不同而引起输出波形产生的失真。

1.

混合π模型：形状像Π，参数量纲各不相同结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb’：基区体电阻rb’e’：发射结电阻Cπ：发射结电容re：发射区体电阻rb’c’：集电结电阻Cμ：集电结电容rc：集电区体电阻因多子浓度高而阻值小因面积大而阻值小4.2晶体三极管的高频等效模型

1）完整的混合

模型

---忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系因在放大区iC几乎仅决定于iB而阻值大因在放大区承受反向电压而阻值大2）简化的混合模型

---忽略大电阻的分流Cμ连接了输入回路和输出回路，引入了反馈，信号传递有两个方向，使电路的分析复杂化。混合π模型的单向化（即使信号单向传递）等效变换后电流不变晶体管简化的高频等效电路＝？4.3

单管共发射极放大电路的频率响应分析单管共射放大电路的频率响应：

画出混合晶体管混合π型等效模型式中

1、中频电压放大倍数Ausm2、低频电压放大倍数Ausl1）考虑C1对低频段频率响应的影响（等效电路如图b）所示：在低频区，由于容抗变大，则并联的极间电容可忽略不计，视为开路，但耦合电容和旁路电容的影响应予以考虑，其等效电路如图（a）所示。并令低频段频率响应分析：中频段20dB/十倍频由上面的推导可以看出，fL1与C1所在回路的时间常数成反比。同理，当只考虑C2的影响时，可以得出其下限截止频率fL2为

2）考虑C2对低频段频率响应的影响：3）对分压式偏置放大电路来说，还应考虑射极旁路电容Ce的影响。下限截止频率fL3为：

在高频区，由于容抗变小，则耦合电容和旁路电容可忽略不计，视为短路，但并联的极间电容的影响应予以考虑，其等效电路如图（a）所示。由于所在回路的时间常数比输入回路Cπ的时间常数小得多，所以将C’μ忽略不计，如图（b）所示。3、高频电压放大倍数Aush

高频电压放大倍数并令高频段频率响应分析：4、完整的频率响应放大倍数在全部频率范围内的表达式：单管共射放大电路的频率响应（a）幅频响应（b）相频响应四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL

和

fH

；2.由三段直线构成幅频特性。中频段：对数幅值=20lg

低频段：

f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；

高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

五、放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率，放大电路可采用直接耦合方式，使得

fL

＝0。2.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率fH。3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。说明：式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb

和Cb

c

的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb

和Cb

c

均小的高频三极管。当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。4.4多级放大电路的频率响应一、多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：1、对数幅频特性为：

在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL>fL1，fH<fH1，频带变窄！两级放大电路的波特图：一个两级放大电路每一级具有相同的频率响应，则幅频特性如图所示。≈1.56fL1相频特性-270º-360ºfL1fH1fO

-540º-180º-450º-90º一级二级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。多级放大电路的总相位移为：二、多级放大电路的上限频率和下限频率的估算在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。例：已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。解：（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。fH≈0.52fH1=(0.52×2×105)Hz=106KHz（3）电压放大倍数4.6放大电路的阶跃响应（删）

研究放大电路在不同频率的正弦波输入信号的作用下的频率响应，这种分析方法称为频域法。优点:是分析简单，实际测试方便

缺点:是用幅频响应和相频响应不能直观地确定放大电路的波形失真，

采用阶跃信号作为测试信号，研究放大电路的输出波形随时间变化的情况，称为放大电路的阶跃响应，其分析方法称为时域法。优点:是可以很直观地判断放大电路的波形失真缺点:是分析比较复杂1.阶跃信号2.单级放大电路的阶跃响应（1）上升时间tr上升部分可以采用RC低通电路来模拟

（1）上升时间tr

定义上升时间tr来表示前沿失真，上升时间tr是指输出电压从终始值的10%上升到90%所需的时间。说明：上升时间tr与上限频率fH成反比，fH越高，则上升时间愈短，前沿失真越小。

（2）平顶降落δ平顶部分可以采用RC高通电路来模拟

输出电压是按指数规律下降的现象称为平顶降落δ。

下降速度取决于时间常数RC平顶降落δ：是指在规定的时间tp内，输出电压比终始值下降的百分数。即当时，有考虑到：平顶降落δ与低频下限频率fL成正比fL越低，平顶降落δ越小。则tp代表方波的半个周期