模拟电子技术 课件 第4章 放大电路的频率响应

第4章放大电路的频率响应4.1基本概念4.2三极管的频率参数4.3单管共射放大电路的频率响应4.4多级放大电路的频率响应4.1基本概念4.1.1频率响应

对于一个放大电路，由于其中耦合电容、三极管极间电容以及其它电抗性元件的存在，使放大倍数在信号频率比较低或比较高时，不但数值下降，还产生相移。可见放大倍数是随频率变化的，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。4.1.2幅频特性和相频特性图4-1单管共射放大电路的频率特性4.1.3波特图1.定义

为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时常采用对数坐标，这样画出的图象称为对数频率特性，又称波特图。

波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度lgf，幅频特性的纵轴采用20lg||表示，单位是分贝（dB）；相频特性的纵轴仍用表示，

不取对数。

采用对数频率特性（波特图）的主要优点是可以拓宽视野，在范围有限的坐标系内表示出宽广频率范围的变化情况，同时将低频段和高频段的特性都表示得很清楚，而且作图方便，尤其对于多级放大电路更是如此。因为我们知道，多级放大电路的放大倍数是各级放大倍数的乘积，故在画波特图时，只需将各级对数增益相加即可。多级放大电路总的相移等于各级相移之和，所以波特图中相频特性的纵坐标不再取对数。2.波特图的画法

这里以最简单的无源单级RC高通电路和RC低通电路为例，说明波特图的画法。（1）高通电路的波特图图4-2无源高通电路令则故（下限截止频率）将用其幅值与相角表示，得出

图4-2无源高通电路的波特图图4-3低通电路及其波特图（2）低通电路的波特图=（上限截止频率）

在本节的分析中，具有普遍意义的结论如下：（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，图4-2（a）高通电路的下限截止频率为，而图4-3（a）低通电路的上限截止频率为。（2）当信号源等于下限频率fL或上限频率fH时，放大电路的增益下降3dB，且产生+45o或-45o的相移。（3）近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。复习思考题4.1.1什么是放大电路的频率特性？什么是幅频特性和相频特性？4.1.2波特图在表现放大电路的频率特性时有何优势？4.1.3请解释“20dB/十倍频”“-20dB/十倍频”“-45°/十倍频”的含义。4.1.4某放大电路的电压增益为60dB，则其电压放大倍数为多少？4.2三极管的频率参数

在中频段内，认为三极管的共射电流放大系数β是常数。实际上，当频率升高时，由于管子内部的电容效应，其放大作用下降。所以电流放大系数是频率的函数，可表示为：

其中β0是三极管中频时的共射电流放大系数，为三极管的||值下降至时的频率。（4.8）4.2.1共射截止频率

一般将值下降到β0的0.707倍时的频率定义为三极管的共射截止频率。按公式（4.9）可计算出，当f=时，。4.2.2特征频率

定义值下降为1时的频率fT为三极管的特征频率。

上式表明了三极管的特征频率与共射截止频率之间的关系。4.2.3共基截止频率

一般β0＞＞1，所以

三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，应选用高频管，即频率参数值较高的三极管。倘若对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。一般低频小功率三极管的fa值约为几十至几百千赫，高频小功率三极管的fa约为几十至几百兆赫。fa、、fT的值可从器件手册中查到。复习思考题4.2.1为什么在频率升高时，三极管的放大作用会下降？4.2.2三极管特征频率fT的物理意义是什么？4.2.3在由三极管构成的三种组态放大电路中，哪种组态的频率特性最好？为什么？4.3单管共射放大电路的频率响应4.3.1混合π型等效电路

图4-5三极管的结构及其混合π等效电路图4-6混合π参数与h参数之间的关系图4-7单向化的混合π等效电路4.3.2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应

图4-8单管共射放大电路及其交流等效电路

下面分中频、低频、高频三种情况讨论图4-8（a）所示单管共射放大电路的频率响应。1.中频电压放大倍数图4-9单管共射放大电路中频等效电路2.低频电压放大倍数图4-10单管共射放大电路低频等效电路下限截止频率：3.高频电压放大倍数图4-12单管共射放大电路高频等效电路上限截止频率：4.电压放大倍数波特图图4-14单管共射放大电路的波

特图及折线化波特图

【例4-1】在图4.8（a）所示单管共射放大电路中，已知RS=1kΩ，Rb=500kΩ，Rc=3kΩ，VCC=12V，C=10μF；三极管的β=80，=100Ω，

=800pF，UBEQ=0.6V。（1）求解电路的下限频率和上限频率；（2）求解电路近似的波特图（即折线化波特图）。

解：为了求解fL、fH和波特图，首先要求出发射极静态电流，进而求出

、rbe、Ri、Aum。（1）求解fL和fH（2）折线化波特图如图4-15所示。图4-15【例4-1】的波特图

【例4-2】已知一共射极放大电路波特图中的幅频特性如图4-16所示，问：（1）电路中频电压放大倍数的数值为多少？（2）电路属于哪种耦合方式？（3）电路的上限频率为多少？（4）写出

的表达式。

解：（1）根据波特图可知：20lg|3.19|=40dB，所以||=100。

（2）因为在频率接近零时，放大倍数的数值仍未减小，所以说明电路中没有耦合电容、旁路电容等，所以该电路为直接耦合放大电路。

（3）根据波特图可知，上限频率为104Hz。（4）图4-16【例4-2】图

【例4-3】电路如图4-17（a）所示，已知Rc=RL=3kΩ，C=0.02μF。试求出电路的下限频率。

解：首先画出图4-17（a）所示电路在低频段的等效电路，如图4-17（b）所示，然后求出电容C所在回路的时间常数τL。从C两端看外电路的总电阻为（Rc+RL），故τL=(Rc+RL)C。因此下限频率为图4-17【例4-3】电路4.3.3直接耦合单管共射放大电路的频率响应

在集成放大电路中，基本上都采用直接耦合的方式。对于直接耦合放大电路，由于无隔直电容，因此其低频效应好，其下限频率fL=0。但是在高频段，由于三极管极间电容的影响，使得电压放大倍数和相位都随频率而变化，其中，中频电压放大倍数

和上限频率fH的计算与前述内容相同，参见4.2节。复习思考题4.3.1简述画出单管共射放大电路的低频、中频、高频等效电路的依据。4.3.2分析放大电路的频率响应的一般方法。4.3.3折线化波特图是怎样画出的？4.4多级放大电路的频率响应

现有一个两级放大电路，由于第二级电路为第一级电路的负载，因此设它们具有相同的频率特性，即中频电压放大倍数Aum1=Aum2，下限频率fL1=fL2，上限频率fH1=fH2，那么电路的波特图如图4-18所示。其纵轴为20lg||=20lg||+20lg||，中频段增益为20lg|Aum|=20lg|Aum1|+20lg|Aum2|=40lg|Aum1|

图4-18两级放大电路的波特图复习思考题4.4.1为什么说多级放大电路的级数越多，所用电容越多，通频带越窄？4.4.2如何求解多级放大电路总的电压增益？本章小结1.对于一个放大电路，由于其中耦合电容、三极管极间电容以及其它电抗性元件的存在，使放大倍数在信号频率比较低或比较高时，不但数值下降，还产生相移。可见放大倍数是频率的函数，这种函数关系称为放大电路的频率响应。2.为了描述三极管对高频信号的放大能力，引出了三个频率参数，它们是共射截止频率、特征频率、和共基截止频率。这三个频率参数也是实际应用中选用三极管的重要依据。3.对于阻容耦合单管共射放大电路，由于电路中存在耦合电容、旁路电容等，因此其电压放大倍数在信号频率较低时数值下降，且产生超前相移；由于三极管极间电容的存在，电压放大倍数在信号频率较高时数值下降，且产生滞后相移。在低频段，使增益下降3dB的频率为下限频率fL；在高频段，使增益下