电子技术-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频率响应的基本概念4.2RC低通和高通电路的频率响应4.3三极管的混合π型等效电路及参数估算4.4单管共射放大电路的频率响应4.5多级放大电路的频率响应电气与电子工程学院4.1频率响应的基本概念由于放大电路中存在电抗性元件，所以放大电路的放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。

4.1.1研究放大电路频率响应的必要性4.1.2放大电路频率特性的定性分析电气与电子工程学院

由于放大电路中存在电抗性元件，当信号频率较高或较低时，不但放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移，使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。当输入信号包含多次谐波时，经过放大电路后，输出信号不能重现输入信号的波形，这就产生了频率失真.4.1.1研究放大电路频率响应的必要性

电气与电子工程学院(a)幅频失真(b)相频失真电气与电子工程学院

频率失真和非线性失真两者在实质上是不同的:（1）起因不同：频率失真是由电路中电抗性元件对不同信号频率的响应不同而引起，非线性失真由电路的非线性元件引起的。（2）结果不同：频率失真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信号。但非线性失真，会将正弦波变为非正弦波，它不仅包含输入信号的频率成分（基波），而且还产生许多新的谐波成分。电气与电子工程学院1.幅频特性和相频特性电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。即4.1.2放大电路频率特性的定性分析电气与电子工程学院C1Rb+VCCC2Rc

+++Rs+~

+

中频段：各种电抗影响忽略，Au

与f无关；

低频段：隔直电容压降增大，Au降低。与电路中电阻构成RC高通电路；

高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au

降低。而且，构成RC低通电路。2．单管共射放大电路频率特性的定性分析

电气与电子工程学院OffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270º

f0fL：下限频率；fH：上限频率BW：通频带BW=fH

-

fL电气与电子工程学院4.2RC低通和高通电路的频率响应4.2.1RC低通电路的频率响应4.2.2

RC高通电路的频率响应电气与电子工程学院4.2.1RC低通电路的频率响应令：则：+_+_CR1．频率特性的表达式电气与电子工程学院2．波特图则有：(1)幅频特性一条0dB的直线

斜率为-20dB/十倍频程的直线电气与电子工程学院对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频当f<fH(低频)，当f≥fH(高频)，低通特性：且频率愈高，的值愈小，高频信号不能通过。最大误差为3dB，发生在f=fH处电气与电子工程学院fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH

0f

在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。(2)相频特性误差误差电气与电子工程学院例4.2.1

电路如图所示，试求该电路的上限截止频率fH

电气与电子工程学院4.2.2

RC高通电路的频率响应+_+_CR令：1．频率特性的表达式电气与电子工程学院则有：2．波特图(1)幅频特性电气与电子工程学院对数幅频特性：

实际幅频特性曲线：当f≥

fL(高频)，当f<fL(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处-20dB/十倍频电气与电子工程学院(2)对数相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º

0f误差由式可得，

在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º电气与电子工程学院例4.2.2

电路如图所示，试求该电路的下限截止频率fL

=53Hz

电气与电子工程学院4.3三极管的混合π型等效电路及参数估算4.3.1三极管的混合π型等效电路4.3.2混合π型等效电路的参数估算4.3.3三极管的频率参数电气与电子工程学院4.3.1三极管的混合π型等效电路

(a)三极管结构示意图c

be

(b)等效电路4.3三极管的混合π型等效电路及参数估算电气与电子工程学院2．简化的混合π型等效电路注意：

将输入回路与输出回路直接联系起来，使解电路的过程变得十分麻烦。

可用密勒定理简化电路！电气与电子工程学院密勒定理：用两个电容来等效Cb

c

分别接在b

、e和c、e两端。电气与电子工程学院4.3.2混合π型等效电路的参数估算

低频时，不考虑极间电容作用，混合

等效电路和h参数等效电路相仿，即：通过对比可得电气与电子工程学院则则一般小功率三极管电气与电子工程学院4.3.3三极管的频率参数

三极管的频率参数用来描述三极管对不同频率信号的放大能力，常用的频率参数有共射极截止频率、特征频率等。

1．电流放大系数的频率响应电气与电子工程学院f

：为值下降至时的频率，

0：低频共射电流放大系数；共射截止频率

电气与电子工程学院对数幅频特性fTfOf

20lg

0-20dB/十倍频f0

对数相频特性10f

0.1f

-45º-90º电气与电子工程学院2.特征频率fT

值降为1时的频率。f>fT

时，，三极管失去放大作用；

f

=

fT

时，由式得：电气与电子工程学院因为可得3.共基截止频率f

电气与电子工程学院说明：所以：1.f

比f

高很多，等于f

的(1+

0)倍；2.f

<fT<

f

3.低频小功率管f

值约为几十至几百千赫，高频小功率管的

fT约为几十至几百兆赫。电气与电子工程学院4.4单管共射放大电路的频率响应

4.4.1阻容耦合共射放大电路的频率响应4.4.2放大电路频率响应的改善4.4.3其他电容对频率特性的影响电气与电子工程学院4.4.1阻容耦合共射放大电路的频率响应

将C2

和RL

看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。4.4单管共射放大电路的频率响应1．阻容耦合共射放大电路的混合π型等效电路

阻容耦合共射放大电路的混合π型等效电路

2.中频段C1可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。(1)中频段等效电路由图可得电气与电子工程学院(2)中频电压放大倍数已知，则

结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h参数等效电路的分析结果一致。电气与电子工程学院3.低频段考虑隔直电容的作用，其等效电路：

C1

与输入电阻构成一个RC高通电路式中Ri=Rb//rbe电气与电子工程学院输出电压低频电压放大倍数电气与电子工程学院低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则电气与电子工程学院4.高频段考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。并用戴维南定理简化。电气与电子工程学院简化的高频等效电路——C

与R

构成RC

低通电路。电气与电子工程学院高频时间常数：上限(-3dB)频率为：电气与电子工程学院5.完整的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

低频区：

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。电气与电子工程学院中频段：在10fL至0.1fH之间，作一条的水平直线；低频区：当f<0.1fL时，作一条900

的水平直线，在0.1fL至10fL之间，作一条斜率为-450/十倍频程的直线；高频区：当f>10fH时，作一条的水平直线，在0.1fH至10fH之间，作一条斜率为-450/十倍频程的直线。3.由五段直线构成相频特性。电气与电子工程学院幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

电气与电子工程学院(1)计算中频电压放大倍数

(2)估算下限频率和上限频率（3）计算电压放大倍数

（4）画波特图电气与电子工程学院幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO

69Hz394000Hz电气与电子工程学院4.4.2放大电路频率响应的改善

1．对放大电路频率响应的要求

为了减少频率失真，放大电路的下限频率fL要低于输入信号中的最低频率分量，而fH要高于输入信号中的最高频率分量。2．改善单级放大电路的低频特性

(1)需加大耦合电容及其回路电阻，以增大回路时间常数(2)采用直接耦合方式电气与电子工程学院3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb//rbe假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；(1+gmRc)Cb

c>>Cb

e电气与电子工程学院说明：式很不严格，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。电气与电子工程学院

求某个电容所决定的截止频率，主要求出该电容所在回路的时间常数，然后求出其截止频率。4.4.3其他电容对频率特性的影响

1．耦合电容C2对频率特性的影响在中频段和高额段，耦合电容C2容抗很小，可视为短路，故C2只影响下限频率。电气与电子工程学院等效电路电容C2所在回路的时间常数为电气与电子工程学院2．射极旁路电容Ce对频率特性的影响在中频段和高额段，Ce容抗很小，可视为短路，当频率下降至低频段，其容抗不可忽略。以Ce两端为端口，求解它所在回路的等效电阻R为电气与电子工程学院3.直接耦合单管共射放大电路的频率响应fHfO-270º10fH-20dB/十倍频-180º0.1fH-90ºfO

电气与电子工程学院4.5多级放大电路的频率响应4.5.1多级放大电路的幅频特性和相频特性4.5.2多级放大电路的截止频率电气与电子工程学院4.5多级放大电路的频率响应4.5.1多级放大电路的幅频特性和相频特性多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：电气与电子工程学院多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图fHfL幅频特性fOfL1fH16dB3dB3dBBW1BW一级二级电气与电子工程学院相频特性-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。4.5.2多级放大电路的截止频率1．上限频率

每级的上限频率分别为fH1，fH2，…，fHn当f=fH时在工程上可将高次项忽略加上修正系数，则得电气与电子工程学院

如各级的上限频率相差悬殊时，其中有一级比其他各级都低得多，工程上低于5倍即可，那么，总的上限频率就基本上等于这一级的上限截止频率。

如两级放大电路的

则放大电路总的上限频率应为

如两级放大电路由两个具有相同频率特性的单管放大电路组成，则上限频率为电气与电子工程学院

如两级放大电路由两个具有相同频率特性的单管放大电路组成，则下限频率为2．下限频率

如各级的下限频率相差悬殊时，如其中有一级的下限频率比其他各级都高得多，工程上大于5倍即可，那么，总的下限频率就基本上等于这一级的下限截止频率。

如两级放大电路的

则放大电路总的上限频率应为电气与电子工程学院例4.5.1

放大电路的对数幅频特性如图所示。

(1)求中频电压放大倍数；

(2)求上、下限频率fL、fH；

(3)当f=105Hz，该放大电路的附加相移等于多少？fH=104Hz(1)(2)(3)例4.5.3