第3章频率特性

1、第三章第三章 放大电路的频率放大电路的频率 特性特性 内容导航内容导航 3.0 教学基本要求教学基本要求 3.1 频率特性的概念频率特性的概念 3.2 单级阻容耦合放大电路单级阻容耦合放大电路 频率特性的定量分析频率特性的定量分析 3.3 多极放大电路的频率特性多极放大电路的频率特性 习题解答习题解答 教学基本要求教学基本要求 熟悉熟悉: 放大电路的频率特性含义；影响频率特放大电路的频率特性含义；影响频率特 性的因素及其曲线特点；分贝概念。性的因素及其曲线特点；分贝概念。 了解了解: 波特图的一般知识；单级共射放大电波特图的一般知识；单级共射放大电 路低频区和高频区用截止频率路低频区和高频区用

2、截止频率表示的表示的 一般表达式；多级与单级放大电路带一般表达式；多级与单级放大电路带 宽的定性关系。宽的定性关系。 3.1 频率特性的概念频率特性的概念 3.1.1 基本概念基本概念 在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念- 幅度频率特性幅度频率特性 )( io fUUA 相频特性是描绘：输出信号与输入相频特性是描绘：输出信号与输入 信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化 的规律。即的规律。即 相位频率特性相位频率特性 幅频特性是描绘：输入信号幅度幅频特性是描绘：输入信号幅度 固定，输出信号的幅度随频率变化固定，输出信号的幅度随

3、频率变化 而变化的规律。即而变化的规律。即 = = A io /VV f( ) U U 3.1.2 频率特性的定性分析及其指标频率特性的定性分析及其指标 当放大电路的输入端和输出端通过耦合电容分别于当放大电路的输入端和输出端通过耦合电容分别于 信号源和负载进行连接，这种信号传递方式称为信号源和负载进行连接，这种信号传递方式称为阻阻 容耦合容耦合。 一、幅频和相频特性曲线的定性分析一、幅频和相频特性曲线的定性分析 考虑极间考虑极间 电容时的电容时的 阻容耦合阻容耦合 放大电路放大电路us EC Ci Co 单级阻容耦合放大电路的频率特性曲线单级阻容耦合放大电路的频率特性曲线 Aus Ausm 0

4、.707Ausm 0 fL BW fH 低低 频频 区区 中频区中频区 高高 频频 区区 f 00 f -900 -1350 -1800 -2250 -2700 =+450 =- 450 1、中频区、中频区 Ausm和相位差和相位差为为-1800 不受影响，特性曲线不受影响，特性曲线 呈现平坦水平线。呈现平坦水平线。 2、低频区、低频区 当输入信号幅值不变，当输入信号幅值不变， 而频率下降时，而频率下降时，Aus下下 降，同时相位差增大。降，同时相位差增大。 3、高频区、高频区 当输入信号幅值不变，当输入信号幅值不变， 而频率增加时，而频率增加时，Aus下降，下降， 产生滞后的相位差产生滞后的

5、相位差. 二、频率特性指标二、频率特性指标 Aus Ausm 0.707Ausm 0 fL BW fH 低低 频频 区区 中频区中频区 高高 频频 区区 f 00 f -900 -1350 -1800 -2250 -2700 =+450 =- 450 在低频区和高频区中，在低频区和高频区中， 当放大电路的电压放当放大电路的电压放 大倍数分别下降到中大倍数分别下降到中 频区电压放大倍数的频区电压放大倍数的 0.707倍时，对应的两倍时，对应的两 个频率个频率fL和和fH分别称分别称 为为下限截止频率下限截止频率 fL 和和上限截止频率上限截止频率。 fH 两频率之间频率范围两频率之间频率范围 称

6、为称为通频带通频带或称或称带宽带宽 BW，一般，一般fHfL 故有故有 BW=fH-fL 三、频率失真三、频率失真 放大电路的幅频特性和相频特性，称为放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应频率响应。 因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而 使输出波形产生失真，称为使输出波形产生失真，称为幅度频率失真幅度频率失真，简称，简称幅幅 频失真频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，。放大电路对不同频率成分信号的相移不同， 从而使输出波形产生失真，称为从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真相位频率失真，简，简 称称相频失真相频失真。幅频失真和

7、相频失真是。幅频失真和相频失真是线性失真线性失真。 线性失真线性失真 图图3 3 频率失真频率失真 基波 二次谐 波 t O ui t uo O (a) 相频失真 t O ui 基波 uo O t 基波 二次谐波 (b) 幅频失真 基波 二次谐 波 二次谐波 跨导跨导gm参数的求取参数的求取 用 代替 eb . mV g . b I U 这一模型中用 代替 ，这是因为 本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下: eb . m Vg . b0 IU 3.2 单级阻容耦合放大电路频率特性的单级阻容耦合放大电路频率特性的 定量分析定量分析 E T bbebbbbe I U rrrr)1 ( )(

8、 026. 0 )1 ( ms V I U I I U rU I g C T C E T ebeb b m 跨导：跨导： CE V EB C m v i g u u 3.2.1 BJT的高频小信号模型的高频小信号模型 一、高频混合一、高频混合模型的引出模型的引出 基区体电阻，b是假想的基区内的一个点。 二、用密勒定理简化混合二、用密勒定理简化混合模型电路模型电路 在在型小信号模型中，因存在型小信号模型中，因存在Cbc 和和rbc，对求解不便，对求解不便， 可通过单向化处理加以变换。首先因可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以很大，可以 忽略，只剩下忽略，只剩下Cbc 。可以用输入侧的

9、。可以用输入侧的C 和输出侧的和输出侧的 C 两个电容去分别代替两个电容去分别代替Cbc ，但要求变换前后应保，但要求变换前后应保 证相关电流不变。证相关电流不变。 高频混合型小信号电路 UU U U 在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc, 对求解不便，可通过单向化处理加以变换。 首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc 。可 以用输入侧的C和输出侧的C两个电容去 分别代替Cbc ，但要求变换前后应保证相关 电流不变，如图05.07所示。 单向化 图05.07高频混合型小信号电路 输入侧 III 图05.07高频混合型小信号电路 Cj V V VCjVVI)1 ()( be ce bece

10、be cbemce RVgV CjRgVI) 1 ( cmbe 则定义 放大倍数令, cmR gK CK C ()1 输出侧 Cj K VCjVVI) 1 1 ()( cebece C K K C 1 所以 由于C1/ Ce时。为简单起见，将时。为简单起见，将 Ce归算到基极回路后与归算到基极回路后与C1串联，设串联，设Ce =Ce /1+ 。同。同 时在输出回路用戴文宁定理变换，得到简化的微变时在输出回路用戴文宁定理变换，得到简化的微变 等效电路，如图等效电路，如图05.15所示。所示。 所以输入回路的低频时间常数为 L1=(C1 /Ce)( Rb +rbe) 图05.15 简化后的低频段等

11、效电路 图05.14 低频段微变等效电路 在此简化条件下，低频段的电压放大倍数的 复数形式为 L2 L2 L1 L1 sMsL LC2 LC2 beSe1 beSe1 beS L S O sL /1 / /1 / )(1 )( )( /(1 )( /( fjf fjf fjf fjf AA RRCj RRCj rRCCj rRCCj rR R V V A vv v 总电压放大倍数的复数形式为 beS L sM HL2 L2 L1 L1 sMs /1 1 /1 / /1 / rR R A fjffjf fjf fjf fjf AA v vv 设fL1fL2，可以画出单级基本放大电路的 波特图，如

12、图05.16所示。 图05.16 单级基本放大电路的波特图 3.2.43.2.4 BJT BJT的频率参数的频率参数 一、共发射极截止频率一、共发射极截止频率f f 若低频时的电流放大系数为若低频时的电流放大系数为0,当信号频率升高时当信号频率升高时,使使下降为下降为 0.707 0时所对应频率称为时所对应频率称为f。 2 0 0 1 f f 其关系为：其关系为： 二、特征频率二、特征频率f fT T 当信号频率当信号频率ffB时，时，显著下降到显著下降到=1所对应的频率。所对应的频率。 fT=0f 三、共基极截止频率三、共基极截止频率fa 若低频电流放大系数为若低频电流放大系数为0, ,当当

13、 信号频率信号频率增加增加时，是时，是下降为下降为 0.7070时对应的频率为时对应的频率为f. -20dB/十倍十倍 频频 0 ff T f 0 dB 3.3 3.3 多级放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性 3.3.1 多级放大电路的组成及分析方法多级放大电路的组成及分析方法 多级放大电路级与级之间信号传递的电路连接方法称为多级放大电路级与级之间信号传递的电路连接方法称为耦耦 合合，有，有阻容耦合阻容耦合、变压器耦合变压器耦合、直接耦合直接耦合以及以及光电耦合光电耦合等形式。等形式。 + u i - C1 Rb11 Rb12 Re 1 T 1 Rc 1 C 2 Ce1Ce 2 Re 2

14、 Rb2 2 Rb2 1 T 2 Vc c Rc 2C3 + u0 - RL Ri2 两级阻容耦合放两级阻容耦合放 大电路大电路 是由是由单级单级放大电放大电 路为路为基础基础组成的。组成的。 一、多级放大电路电压放大倍数的计算一、多级放大电路电压放大倍数的计算 从交流参数来看，前级的输出信号即为后级的输入信号，从交流参数来看，前级的输出信号即为后级的输入信号， 而后级的输入电阻即为前级交流负载，因此有而后级的输入电阻即为前级交流负载，因此有 20121,iiLUURR 第一级电压放大倍数为第一级电压放大倍数为 1 1 1 U U A o u 第二级电压放大倍数为第二级电压放大倍数为 2 2

15、i o u U U A 总的电压放大倍数为总的电压放大倍数为 21 2 001 uu iii o uAA U U U U U U A N级电压级电压放大电路总的电压放大倍数为放大电路总的电压放大倍数为 n k ukunuuuAAAAA 1 21 二、多级放大电路的输入电阻和输出电阻二、多级放大电路的输入电阻和输出电阻 输入电阻输入电阻R Ri i为第一级放大器的为第一级放大器的输入电阻：输入电阻： R Ri i=R=Ri1 i1 输出电阻输出电阻R R0 0为第为第n n级放大器的级放大器的输出电阻：输出电阻： R Ro o=R=Ron on 3.3.23.3.2 多级放大电路的频率特性多级放

16、大电路的频率特性 幅频特性幅频特性和和相频特性相频特性分别为分别为 n i uiuAA 1 lg20 n i in 1 21 两级放大电路的波特图两级放大电路的波特图 BW dBAu lg20 umA lg40 umA lg20 0 +40dB/十倍频十倍频 -20dB/十倍频十倍频 +20dB/十倍频十倍频 -40dB/十倍频十倍频 BW1 两级两级 单级单级 6dB 3dB fL1fLfHfH1 00 f f 单级单级 -450/十倍频十倍频 -450/十倍频十倍频 -900/十倍频十倍频 -900/十倍频十倍频 -900 -1800 -2700 -3600 -4500 -5400 两级两

17、级 3.3.33.3.3 共射共射- -共基放大电路的频率特性共基放大电路的频率特性 共射共射-共基两种组态电路组成的共基两种组态电路组成的两级两级放大电路如下：放大电路如下： + u i- Rb 1 Rb2 Re1 T1 T2 Rb4 Ce1 Cb2 Rc2 Rb3 +Vcc + uo - + + + - iU Rb1Rb2 rbe1rbe2 11 bI 22 bI Rc2 0U + - RL1=Ri 2 串接放大电路，属于直串接放大电路，属于直 接耦合放大电路。接耦合放大电路。 一、电压放大倍数一、电压放大倍数 第一级共射放大电路的电第一级共射放大电路的电 压放大倍数为压放大倍数为 1 11 1 be L i o u r R U U A + - iU Rb 1 Rb 2 rbe 1 rbe2 11 bI 22 bI Rc 2 0U + - RL1=Ri2 若若Ic1Ic2，1=2=,则则r