放大电路的频率响应课件

1、 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3.2RC电路的频率响应电路的频率响应第第3 3章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.5 放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积小小 结结3.1概述概述3.3晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型3.4共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率响应 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 fOAum1.1.幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性)()( ffAAuu Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性0.707AumfOAuf L 下限截止频率下限截止频率 f H 上限截止频率上

2、限截止频率 2. 频带宽度频带宽度( (带宽带宽)f)fBW( (Band Width) )fBW = f H - - f L f HfLfH 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3.2.1 RC 低通电路的频率响应低通电路的频率响应3.2 RC 电路的频率响应电路的频率响应1. 频率特性的描述频率特性的描述RCoUiU j11 j/1j/1 ioRCCRCUUAu H j11ff 令令 1/RC = H, =RCRCfH21 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 )/(11 2H ffAu H arctan f/f- - 滞后滞后 90 0 H -

3、 - ；时时，uAff 0 1 , 0 ；时时uAf - - 45 0.707 21 H ；时时，uAfffO|Au |10.707O45 90 fHf幅频特性幅频特性相频特性相频特性H j11ffAu 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术滞后滞后H arctan - f/f )/(11 2H ffAuf fH20lg|Au| = - -20lg f / fH- 90 RCoUiU2. 频率特性的频率特性的波特图波特图在研究放大电路的频率响应时，输入信号（即加在放大电路输入端的测试信号）的频率在研究放大电路的频率响应时，输入信号（即加在放大电路输入端的测试信号）的频率范围

4、常常设置在几赫到上百兆，甚至更宽；而放大电路的放大倍数可从几倍到上百万倍；范围常常设置在几赫到上百兆，甚至更宽；而放大电路的放大倍数可从几倍到上百万倍；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，称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，称为波特图。为波特图。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，幅频特性的纵轴采用特性的纵轴采用 表示，单位是分贝（表示，单位是分贝（dB）；相频特性的纵轴仍用）；相频特性的纵轴仍用 表示。

5、这样不表示。这样不但开阔了视野，而且将放大倍数的乘除运算转换成加减运算。但开阔了视野，而且将放大倍数的乘除运算转换成加减运算。uAlg20表明表明f每上升每上升10倍，增益下降倍，增益下降20dB，即对数幅频特性在，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（此区间可等效成斜率为（20dB/十倍频）的直线。十倍频）的直线。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术f / fH020lg|Au |/dB20045 90 fH400.1 1 10 1000.1 1 10f / fH频率特性频率特性波特图波特图90 f0|Au |10.707045 fHf 3 dB 20 dB/十倍频十

6、倍频H/arctan ff- )/(11 2 HuffA 波特图的优点：能够扩大频率的表达范围，并使作图方法得到简化波特图的优点：能够扩大频率的表达范围，并使作图方法得到简化在电路的近似分析中，为简单起见，常将波特图的曲线在电路的近似分析中，为简单起见，常将波特图的曲线折线化，称为近似的波特图。在对数幅频特性中，以截折线化，称为近似的波特图。在对数幅频特性中，以截止频率为拐点，止频率为拐点，由两段直线近似曲线由两段直线近似曲线。在对数相频特性。在对数相频特性中，中，用三段直线取代曲线用三段直线取代曲线，以，以10fH和和0.1fH为两个拐点。为两个拐点。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电

7、电 子子 技技 术术3.2.2 RC 高通电路的频率响应高通电路的频率响应RCCRRUUAuj111 j1 ioffL j11- - 令令 1/RC = L超前超前f/f arctan L )/(11 2L ffAu f 10 fL20lg|Au| 0 dB 0 f = fL20lg|Au| = 20lg0.707 - -3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au| = 20lg f / fL 90 RCoUiURCfL21 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术高通电路的波特图高通电路的波特图f/f arctan L )/(11 2L ffAu RCoUiUf 10

8、fL20lg|Au| 0 dB 0 f = fL20lg|Au| = 20lg0.707 - -3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au| = 20lg f / fL 90 当当f10fL时，时，以以 直线近似。直线近似。dBAu0lg20当当f10fL时，时，以以 =0的的 直线近似。直线近似。当当fRLrbcC的容抗的容抗将将C单向化：单向化： C及及C、 C中的中的电流相同电流相同 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3.3.3 混合混合 模型的主要参数模型的主要参数低频等效电路低频等效电路混合混合 模型主要参数的计算依据：模型主要参数的计算依据：混合混合 模

9、型与模型与h参数模型参数模型在低频时是等效在低频时是等效的。的。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术混合混合 模型的主要参数：模型的主要参数：rrrebbbbeIUrEQTeb)1 ( 0UgIIebmbc0rIUebbebUIrgTEQebm0）从手册中可查到从手册中可查到obobCCC( )1 (cccccK查查手手册册得得之之）为为特特征征频频率率，计计算算由由( 20fccrfTebT。），KKUUebce可可通通过过计计算算得得到到是是电电路路的的电电压压放放大大倍倍数数( Cob是晶体管为共基接法且发射极开路时是晶体管为共基接法且发射极开路时c-b间的间的结

10、电容，与结电容，与C 近似。近似。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3.4 共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率响应在分析放大电路的频率响应时，为了方便起见，一般将输入信号的频率范围分为在分析放大电路的频率响应时，为了方便起见，一般将输入信号的频率范围分为中频、中频、低频和高频低频和高频三个频段。三个频段。在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容抗很小而视在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响；为短路，故不考虑它们的影响；在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极

11、间电容仍视为开路；在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视为开路；在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）仍视为短路；在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）仍视为短路；根据上述原则，便可得到放大电路在各频段的等效电路，从而得到各频段的放大倍数。根据上述原则，便可得到放大电路在各频段的等效电路，从而得到各频段的放大倍数。利用晶体管的高频等效模型，可以分析放大电路的频率响应。本节通过单管放大利用晶体管的高频等效模型，可以分析放大电路的频率响应。本节通过单管放大电路来讲述频率响应的一般分析方法。电路来讲述频率响应的一般分析方法。适应于

12、信号频率从零到无穷大的交流等效电路适应于信号频率从零到无穷大的交流等效电路ebU 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、一、 中频段电压放大倍数中频段电压放大倍数在中频段，极间电容因容在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容电容（或旁路电容）因容抗很小而视为短路，故不抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响。考虑它们的影响。 - - 180 /)/(rRrrRRbebebbbbiUUUUUUUUAeboiebsisousmRRRLcL/coRR 电路空载时电路空载时的中频电压放大倍数为的中频电压放大倍数为RgrrRRRUUUU

13、UUUUAcmbeebsiieboiebsisousm-单管共射放大电路的中频等效电路单管共射放大电路的中频等效电路RgrrRRRLmbeebsii-中频电压放大倍数：中频电压放大倍数： 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术二、二、 高频电压放大倍数高频电压放大倍数在高频段，主要考虑极间在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）视为短容（或旁路电容）视为短路。路。单管共射放大电路的高频等效电路单管共射放大电路的高频等效电路输入回路的等效变换输入回路的等效变换输入回路输入回路利用戴维宁定理利用戴维宁定理sisibeebibeebsUR

14、RRrrUrrU)/(bsbbebRRrrR低通电路低通电路ebU（b -e间的开路电压）间的开路电压）（戴维宁等效电阻）（戴维宁等效电阻）ebosebsssoushUUUUUUUUALmbeebisiRgCRjCRjrrRRR-111高频电压放大倍数：高频电压放大倍数： 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术ebosebsssoushUUUUUUUUALmbeebisiRgCRjCRjrrRRR-111将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得高频电压放大倍数：高频电压放大倍数：CRjAusmushA11CRfH21令令Husmu

15、shffjAA1121lg20lg20lg20-HusmushffAAHffarctan180 -对数幅频特性与相频特性的表达式：对数幅频特性与相频特性的表达式：180表示中频段时输出电压与输入电压反相。因电抗元件引起的相移称为附加相移。表示中频段时输出电压与输入电压反相。因电抗元件引起的相移称为附加相移。在高频段，由极间电容引起的最大附加相移为在高频段，由极间电容引起的最大附加相移为90。上限截止频率上限截止频率高频电压放大倍数：高频电压放大倍数：式中式中RC 正是正是C 所在回路的时间常数，它等于从电容所在回路的时间常数，它等于从电容C 两端向外看的等效总电阻乘以两端向外看的等效总电阻乘以

16、C 。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术三、三、 低频电压放大倍数低频电压放大倍数单管共射放大电路的低频等效电路单管共射放大电路的低频等效电路输出回路的等效变换输出回路的等效变换高通电路高通电路在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视为开路。为开路。oososouslUUUUUUALcLcmbeebisiRCjRRRgrrRRR-1空载时的空载时的输出电压输出电压将上式的分子将上式的分子 与分母同除以（与分母同除以（RC+RL）便可得到）便可得到CRRjRgrrRRRALCLmbe

17、ebisiusl)(111-低频电压放大倍数：低频电压放大倍数： 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术CRRjAALCusmusl)(111LLusmLusmuslffjffjAjffAA111CRRfLcL)(21令令式中（式中（RC+RL）C正是正是C所在回路的时间常数，它等于从电容所在回路的时间常数，它等于从电容C两端向外看的等两端向外看的等效总电阻乘以效总电阻乘以C。21lg20lg20lg20LLusmuslffffAA-Lffarctan90180对数幅频特性与相频特性的表达式：对数幅频特性与相频特性的表达式：180表示中频段时输出电压与输入电压反相。在低频段

18、，由耦合电容引起的最大表示中频段时输出电压与输入电压反相。在低频段，由耦合电容引起的最大附加相移为附加相移为90。将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得将上式与中频电压放大倍数的表达式比较，可得低频电压放大倍数：低频电压放大倍数：下限截止频率下限截止频率 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术单管共射放大电路的波特图单管共射放大电路的波特图四、波特图四、波特图综上所述，若考虑耦合电容及结电容的影响，则综上所述，若考虑耦合电容及结电容的影响，则对于频率从零到无穷大的输入电对于频率从零到无穷大的输入电压，电压放大倍数的表达式压，电压放大倍数的表达式应为应为HLusmHLLu

19、smusffjjffAffjffjffjAA11111此式可以全面表示任何频段的此式可以全面表示任何频段的电压放大倍数，而且电压放大倍数，而且上限频率上限频率和下限频率均可表示为和下限频率均可表示为1/2， 分别是极间电容和耦合电容分别是极间电容和耦合电容所在回路的时间常数，其值为所在回路的时间常数，其值为从电容两端向外看的总等效电从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。阻与相应的电容之积。可见，可见，求解上、下限截止频率的关键求解上、下限截止频率的关键是正确求出回路的等效电阻。是正确求出回路的等效电阻。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例一：例一：在共射放大电

20、路中，已知在共射放大电路中，已知V VCCCC=15V=15V，R Rs s=1k=1k，R Rb b=20k =20k ，R Rc c=R=RL L=5k =5k ，C=5FC=5F；晶体管的；晶体管的U UBEQBEQ=0.7V=0.7V，r rbbbb=100 =100 ， =100 =100，f f =0.5MHz =0.5MHz，C Cobob=5pF=5pF。试估算电路的截止频率试估算电路的截止频率f fH H和和f fL L，并画出，并画出 的波特图。的波特图。解：解： （1）求解）求解Q点点mARURUVIsBEQbBEQCCBQ015. 0-mAIIBQCQ5 . 1VRIV

21、UcCQCCCEQ5 . 7-可见，放大电路的可见，放大电路的Q点合适。点合适。（2）画出全频段交流等效电路）画出全频段交流等效电路ebU 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术ebU（3）求解混合）求解混合 模型中的参数模型中的参数1733)1 (EQTebIUrpFCfrCfrCobebeb1782121-)(。，f相似相似的频率响应与低通电路的频率响应与低通电路的截止频率的截止频率为为式中式中SUTIgEQm0577. 0144)/(-LcmebceRRgUUKpFCKCC898)1 (-（4）求解中频电压放大倍数）求解中频电压放大倍数krrrebbbbe83. 1k

22、rRRbebi68. 1/85)(-LmbeebisisousmRgrrRRRUUA 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术（5）求解）求解fH和和fLkHzCRRrrfbsbbebH263)/(21HzCRRfLcL2 . 3)(21HLLusmusffjffjffjAA11 -31026312 . 312 . 385fjfjfj（6）写出）写出 的表达式，画的表达式，画 的波特图的波特图 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例二：例二：已知某电路的各级均为共射放大电路，其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。试求解下限频率对数幅

23、频特性如图所示。试求解下限频率f fL L和上和上限频率限频率f fH H，以及电压放大倍数，以及电压放大倍数 。解：解： 求解求解fL、fH和和HzfL10nkHkHff1211 . 11对于多级放大电路，其上、下限对于多级放大电路，其上、下限截止频率分别为：截止频率分别为：nkLkLff121 . 1（1）频率特性曲线的低频段只有一个拐点，且低频段曲线斜率为）频率特性曲线的低频段只有一个拐点，且低频段曲线斜率为20dB/十十倍频，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的倍频，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为下限频率为10Hz。（2）频率特性曲线高频段只有一个拐点，说明电路

24、每一级的上限频率均为）频率特性曲线高频段只有一个拐点，说明电路每一级的上限频率均为2105Hz，且因高频段曲线斜率为，且因高频段曲线斜率为60dB/十倍频，说明影响高频特性的十倍频，说明影响高频特性的有三个电容，即电路为三级放大电路。根据上式可得有三个电容，即电路为三级放大电路。根据上式可得上限频率为上限频率为2131 . 11HHffkHzffHH10410252. 052. 051 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术（3）因各级均为共射放大电路，所以在中频段输出电压与输入电压相位相）因各级均为共射放大电路，所以在中频段输出电压与输入电压相位相反。因此，电压放大倍数反

25、。因此，电压放大倍数313111111HLumHLLumuffjjffAffjffjffjAAdBAum80lg20410-umAHzfL10HzfH51102354102110110-fjjfAu353102110110 -fjfjjfAu或或代入上式代入上式得得在多级放大电路中，若某级的下限频在多级放大电路中，若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可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，则可认远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上

26、限频率就是该级的上为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。限频率。前面的公式多用于各级截止前面的公式多用于各级截止频率相差不多的情况。频率相差不多的情况。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例三：例三：分别求出分别求出Q Q点稳定电路中点稳定电路中C C1 1、C C2 2、C Ce e所确定所确定的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式。的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式。对于有多个耦合电容和旁路电容的单管放大电路，在分析下限频率时，应对于有多个耦合电容和旁路电容的单管放大电路，在分析下限频率时，应先求出每个电容所确定的截止频率，然后利用公式求出电路的下限频率。

27、先求出每个电容所确定的截止频率，然后利用公式求出电路的下限频率。若某个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若某个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这个下限频率。率就是这个下限频率。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例四：例四：已知某放大电路的波特图如图所示，求解已知某放大电路的波特图如图所示，求解：（1 1）电路的中频电压增益电路的中频电压增益 ，中频电压放大倍，中频电压放大倍数数 ；（2 2）电路的下限频率）电路的下限频率f fL L和上限频率和上限频率f fH H；（3 3）电路的电压放大倍数）电路的电压放大倍数

28、 的表达式。的表达式。解：解： （1）求解）求解 和和dBAum60lg20310umA（2）求解）求解fL和和fHHzfL10HzfH4110HzfH5210HzfH410（3）写出）写出 表达式表达式 21211111111HHLumHHLLumuffjffjjffAffjffjffjffjAA 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术表达式：表达式： 21211111111HHLumHHLLumuffjffjjffAffjffjffjffjAA 54101101101100fjfjfjjfAu或或54310110110110fjfjjfAu 电电 子子 技技 术术 模模

29、 拟拟 电电 子子 技技 术术解：解：HzfL0110HzfL102HzfL10HzfH5105 . 2dBAusm40lg20100-usmA例五：例五：已知某共射放大的波特图如图所示，试写出已知某共射放大的波特图如图所示，试写出 的的表达式。表达式。usA-HLLLLusmHLLusmusffjffjffjfffAffjjffjffAA11111112121221-5105 . 2110111100fjjfjfAus或或52105 . 21101110fjfjjffAus 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例六：例六：已知某电路电压放大倍数已知某电路电压放大倍数试求

30、解：试求解：（1 1） = =？f fL L= =？f fH H= =？（2 2）画波特图。）画波特图。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例七：例七：已知某电路的波特图如图所示，试写出已知某电路的波特图如图所示，试写出 的表达式。的表达式。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术例八：例八：已知某电路的幅频特性如图所示，试问：已知某电路的幅频特性如图所示，试问：（1 1）该电路的耦合方式；）该电路的耦合方式；（2 2）该电路由几级放大电路组成；）该电路由几级放大电路组成；（3 3）当）当f=10f=104 4HzHz时，附加相移为多少？当时，附加相

31、移为多少？当f=10f=105 5HzHz时，附时，附加相移又约为多少？加相移又约为多少？（4 4）写出）写出 的表达式，并近似估算该电路的上限截止频的表达式，并近似估算该电路的上限截止频率率f fH H。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：已知某电路电压放大倍数为：已知某电路电压放大倍数为：)1)(11 (100105fjfjjfAu-1）求解）求解Aum、fL、fH；2）画出相应的波特图。）画出相应的波特图。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术思考：思考：已知某放大电路波特图为：已知某放大电路波特图为：1）求解）求解Aum、fL、

32、fH；2）写出放大倍数的表达式。）写出放大倍数的表达式。 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3.5 共射放大电路的频率响应的改善与增益带宽积共射放大电路的频率响应的改善与增益带宽积1. 对放大电路频率响应的要求对放大电路频率响应的要求要实现不失真（要实现不失真（幅值失真幅值失真与与相位失真相位失真）放大，希）放大，希望望fL要小于信号频率的最低频分量，要小于信号频率的最低频分量，fH要高于信要高于信号频率的最高频分量。号频率的最高频分量。2. 放大电路频率响应的改善放大电路频率响应的改善为了改善低频响应，就要减小为了改善低频响应，就要减小fL（如：采用直接（如：采用直接

33、耦合）；为了改善高频响应就要增大耦合）；为了改善高频响应就要增大fH（fH增大，增大，Ausm必然减小，两者矛盾）。必然减小，两者矛盾）。3. 放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积常数CRrfAfAsbbHusmBWusm)(21 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 如果放大器由多级级联而成，那么，总增益如果放大器由多级级联而成，那么，总增益)()()()()(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)()()()()(121121121jjjjjAjAjAjAjAjAjAjAjAjAknkkunkunuuunkukunuuu *多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 电电 子子 技技 术术 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术多级放大器的上限频率多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式为设单级放大器的增益表达式为)(1 )(1)(1 1111222212211HnHHuIuHnuInHuI