第4章 放大电路频率响应 chd

1、第第4章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1频率响应概述频率响应概述4.2晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型4.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应4.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应4.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型4.6集成运放的频率响应和频率补偿集成运放的频率响应和频率补偿本章重点和考点：本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合、单管共射放大电路混合模型等效电路图、模型等效电路图、 频率响应的表达式及波特图绘制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、晶体管、场效应管的混合模型。模型。本章教学时数：本章教学时数：6

2、学时学时本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何制定一个为什么要讨论频率响应？如何制定一个RC网络的频网络的频率响应？如何画出频率响应曲线？率响应？如何画出频率响应曲线？2.晶体管与场效应管的晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗？参数等效模型在高频下还适应吗？为什么？为什么？3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何确定放大电路的通频带？确定放大电路的通频带？4.如果放大电路的频率响应，应该怎么办？如果放大电路的频率响应，应该怎么办？5.对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？6

3、.为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？4.1频率响应概念频率响应概念()()ouiUjAUjHLBWff中频区：中频区：各种电容的影响均忽略不计，各种电容的影响均忽略不计，(即耦合即耦合C和旁路和旁路C足足够大，够大，1/c0，视为短路；，视为短路；PN结结C足够小，足够小，1/c，视为，视为开路开路)Au基本上不随信号基本上不随信号 频率而变化，保持常数。频率而变化，保持常数。 低频区低频区：耦合电容和：耦合电容和E极旁路电容的影响（极旁路电容的影响（1/c0 ），使，使Au下降；下降； 高频区高频区：极间电容和接线电容的影响（：极间电容和接线

4、电容的影响（1/c0 ）， 使使Au下降。下降。 幅度失真：幅度失真：是由于放大器对不同频率信号的是由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同放大倍数不同 而引起输出波形产生的失真。而引起输出波形产生的失真。相位失真：相位失真：是由于放大器对不同频率信号的是由于放大器对不同频率信号的相位移不同相位移不同而而 引起输出波形产生的失真。引起输出波形产生的失真。R1C1+_iUoU图5.3 RC低通电路+_o1uH11111111iUj CAj RCURj C时间常数时间常数H=R1C1，令，令uHHH1111AfjjfuH2H11AffHHarcftgf 幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应： CR

5、H111HHH1111222fRC（转折频率）（转折频率）uH2H11Aff当当ffH 时，时， 211HuHHfAfff-20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍频程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45O/十倍频程100fH（a）（b）图5.4 RC低通电路的频率响应（a）幅频响应 （b）相频响应uHA随着随着f的上升的上升，越来越小越来越小两条直线的交点两条直线的交点f H称为称为转折频率。转折频率。 当当ffH 时，时， -20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍频程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-9

6、0o0o-45O/十倍频程100fH（a）（b）图5.4 RC低通电路的频率响应（a）幅频响应 （b）相频响应HHarcftgf 当当f = fH 时，时， H0H9045OH随着随着f的上升的上升，越来越大越来越大H可以利用可以利用RC低通电路来模低通电路来模拟放大电路的高频响应。拟放大电路的高频响应。 2H1lg20lg20ffAu则有：则有：dB 01lg2020lg, H uAff时，当fAfffHulg20lg20 H时，当dB32lg20lg20 HuAff时，当放大电路的放大电路的对数频率特性对数频率特性称为称为波特图波特图。uH2H11Aff对数对数幅频特性：幅频特性：0.1

7、fHfH 10 fHfdB/lg20uA0 20 403dB 20dB/十倍频十倍频对数相频特性：对数相频特性：fH 10 fH 455.715.71 45/十倍频十倍频 900.1 fH 0在高频段，在高频段，低通电路产生低通电路产生0 90的滞后的滞后相移。相移。（3）低通电路的波特图）低通电路的波特图f时间常数时间常数L=R2C2，令，令幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应： 图 5.5 RC高通电 路+_iUoU+_R2C2o222uL222211iURj R CAj R CURj CLLL2211222fR CLLuLLL11fjjfAfjjfLuL2L1ffAffLLarcftg

8、fCRL221（转折频率）（转折频率）时间常数时间常数L=R2C2，令，令幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应： 图5.5 RC高通电路+_iUoU+_R2C2o222uL222211iURj R CAj R CURj CLLarcftgfLULjCRjCRjA111111112222CRL221ffjjALLUL1111ffALUL211当当ffL 时，时， LLuLLL11fjjfAfjjfLuL2LL1fffAfffLuL2L11ffAff 随着随着f的下降的下降，越来越小越来越小uLA当当ffH 时，时， 当当f = fH 时，时， H0H9045OH可以利用可以利用RC高通电路来模

9、高通电路来模拟放大电路的低频响应。拟放大电路的低频响应。 LLarcftgf随着随着f的增大，的增大，越来越小越来越小L2L1lg20lg20ffAu则有：则有：dB 020lg L uAff时时，当当LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 时时，当当dB32lg20lg20 L uAff时时，当当ffALUL211 实际幅频特性曲线：实际幅频特性曲线：图图 5.1.3( (a) ) 幅频特性幅频特性当当 f fL( (高频高频) )，当当 f RLrbc远大于远大于C的容抗的容抗二、简化混合二、简化混合型模型型模型 CECEccmb eb eUUiiguurbebemg Uberb

10、brceUbeUbeUcIcIbIbIbemg UbeUceUcebebeceb（a）（b）图5.9 两种等效模型的比较（a）H参数模型（b）低频时的混合 模型p低频时低频时C和和C的影响可以忽略，的影响可以忽略，用电流源用电流源b emg U来表示基极回路对集电极回路的控制作用来表示基极回路对集电极回路的控制作用 UgIembC/b embg UIb ebb eUI rm b eg rTb emE(1)UrgIEEmb eT26mVIIgrUbebbb errrmT2gCf（a）低频混合）低频混合型等效模型型等效模型 （b）低频）低频H参数微变等效模型参数微变等效模型【结论】将混合将混合 模

11、模型和简化的型和简化的h h参数等效模型相比较，它们的电参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。阻参数完全相同。EQbbbeebbb26)1 (Irrrr EQbbbeeb26)1 (IrrrbebbmebmIrIgUg 26EQebmIrgC可从手册中查得可从手册中查得Cobob ， Cobob与与C近似相等。近似相等。C数据可从手册中查到：数据可从手册中查到：第五章第五章mT2gCffT特征频率特征频率 CC通常4.2.3 晶体管频率参数晶体管频率参数 当信号频率发生变化时，电流放大系数当信号频率发生变化时，电流放大系数不是常量，不是常量，而是频率的函数。而是频率的函数。 0cebcU

12、II电流放大系数的定义：电流放大系数的定义：第五章第五章CCb eUb erbbrbebcb emg UcIbI图5.10 计算的模型CIbecm()Igj C Ub ebb e11/UIrj Cj Ccmbbe1()Igj CIjCCrm bebe1()g rjCC r0b e1()jCC r0m b eg rbe1122()frCC01fjf（截止频率）（截止频率）CCb eUb erbbrbebcb emg UcIbI图5.10 计算的模型CI0m b eg rbe1122()frCC0m b eg r1.共射截止频率共射截止频率 f 值下降到值下降到 0.707 0 ( (即即 ) )

13、时的频率。时的频率。 021 当当 f = f 时，时，00707. 021 )dB(3lg202lg20lg20lg2000 值下降到中值下降到中频时的频时的 70% 左右。或对数幅频特左右。或对数幅频特性下降了性下降了 3 dB。 2.2.共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数的对数幅频特性与对数相频特性的对数幅频特性与对数相频特性20)(1lg20lg20lg20ffffarctan01fjf02|1ff201lg20lg20lg20 ff的的波波特特图图图图 对数幅频特性对数幅频特性fTfdB/lg20 Of 20lg 0 20dB/十倍频十倍频f0 对数相频特性对数相频特性10

14、 f 0.1f 45 90ffarctan3.特征频率特征频率 f T 值降为值降为 1 时的时的频率。频率。 1 f fT 时，时，三极管失去放大作用；三极管失去放大作用； f fT 时，由式时，由式；112T0 ff得：得： ff0T 0TffmT2 ()gfCCCCmT2gfCf / HzfT20lg| dB020lgf0-20dB/十倍频程图5.11 的幅频响应be1122()frCC0m b eg r)(2eb0TCCrf4.共基截止频率共基截止频率 f 值下降为低频值下降为低频 0 时时 的的 0.707 时的频率。时的频率。 因为因为， 1 ffj10 可得可得 ffffff)1

15、(j11/j11/j100000 0001fTff)1 (0令令 ffj10 【说明：说明：】 ff)1(10000 ，因因为为：所以：所以：1. f 比比 f 高很多，等于高很多，等于 f 的的 (1 + 0) 倍；倍；2. f fT fL1= fL2， fHfL2，且，且fL1是是fL2的四倍以上，则下限的四倍以上，则下限fLfL1。如果如果fH1fH2，且，且fH1是是fH2的四倍以上，则下限的四倍以上，则下限fLfH2。【例例】已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特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。求性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。下限频

16、率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，）高频段只有一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。【解解】（1）低频段只有一）低频段只有一个拐点，说明影响低频特个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电性的只有一个电容，故电路的下限频率为路的下限频率为10Hz。第五章第五章2H22H21HH1111 . 11nffff （2）上限频率：）上限频率：【解解】fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）电压放大倍数）电压放大倍数353)1021)(101 (10fjfjjfAu第五章

17、第五章（1）下限频率）下限频率fL=10Hz。fHnffff22H22H21HH31 . 11111 . 11【例例】已知一个两级放大电路各级电压放大倍数分别为已知一个两级放大电路各级电压放大倍数分别为 52o25o1110j150j1 j2 10j14j1 j25fffUUAfffUUAiuiu（1）写出该放大电路的表达式；）写出该放大电路的表达式；（2）求出该电路的）求出该电路的fL和和fH各约为多少；各约为多少；（3）画出该电路的波特图。）画出该电路的波特图。【解解】（1）电压放大电路的表达式）电压放大电路的表达式 25221)10j1)(50j1)(4j1 (50ffffAAAuuu（

18、2）电路的）电路的fL和和fHkHz3 .641021 . 11 Hz50 H5HLfff，（3）根据电压放大倍数的表达式可知，中频电压放大倍数为）根据电压放大倍数的表达式可知，中频电压放大倍数为104，增益为，增益为80dB。波特图如图所示。波特图如图所示。（3）画波特图）画波特图:usmA例例4.1 电路如图，已知电路如图，已知=100，rbb=100，fT=100MHz，C=4PF。试：（。试：（1）估算中频电压放大倍数）估算中频电压放大倍数（2）估算下限频率）估算下限频率fL；（；（3）估算上限频率）估算上限频率fH。【解解】（1）估算）估算smuAb2Bb1b22.5k12V=3V7

19、.5k2.5kCCRUURRBBEEe3V0.7V2.3mA1kUUIRb eE26mV26mV(1)(1 100)1.14k2.3mArIbebbb e1001.14k1.24krrribeb1b2/ / /1.24k / /7.5k / /2.5k0.75kRrRRb ebbb e1.14k0.921001.14krprr【解解】（1）估算）估算smuAmb e10087.79mA/V1.14kgrLcL/ /2k / /2k1kRRR ois mmLs is0 .7 5 k 0 .9 28 7 .7 9 m A /V 1 k 2 2 .0 32 k 0 .7 5 k uU RAp gRR

20、RU oismm Lsis0.75k0.92 87.79m A /V 1 k22.032k 0.75kuURApg RR RU（2）估算下限频率）估算下限频率fLL1si11111.6Hz2()2(2k0.75k) 5FfRR C（2）估算下限频率）估算下限频率fLL1si11111.6Hz2()2(2k0.75k) 5FfRR CL2cL2117.96Hz2()2(2k2k) 5FfRRCL 3b e sb 1 b 2ee111 4 8 .8 8 H z/ /1 .2 4 k 2 k /7 .5 k /2 .5 k 2 ( 1 k /)5 0 F2 ( /)11 0 01fr RR RRCL

21、 3b esb 1b 2ee111 4 8 .8 8 H z/ /1 .2 4 k 2 k /7 .5 k /2 .5 k 2 (1 k /) 5 0 F2 ( /)11 0 01fr R R RRCLL3148.88Hzff由于由于fL3fL1fL2，所以，所以（3）估算上限频率）估算上限频率fHmT87.79mA/V139.79pF22 100MHzgCfcemb eLmLb eb eUg URKg RUU mL(1)(1)139.79pF(187.79mA/V1k)4pF=494.95pFCCK CCg RCmLmL1187.79mA/V 1k 14pF4.05pF87.79mA/V 1

22、kg RKCCCKg R b ebbsb1b2/(/)1.14k/(1002k/7.5k/2.5k)0.55kRrrRRR则输入回路的时间常数为则输入回路的时间常数为9H10.55k494.95pF272.22 10 sRCH19H1110.59MHz22272.22 10 sf-9H2L1k 4.05pF=4.05 10 sR CH29H21139.32MHz224.05 10 sf则输出回路的时间常数为则输出回路的时间常数为H1H262222H111111.11.11.86 10 s0.5939.32fffH610.54MHz1.86 10 sf总的上限频率为总的上限频率为【例例】已知某电

23、路的波特图如图所示，已知某电路的波特图如图所示，uA 试写出试写出 的表达式。的表达式。【解解】 设电路为基本共射放设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。大电路或基本共源放大电路。 )10j1)(10j1 (3.2j )10j1)(j101 (3255fffAffAuu或【例例】若若两级放大电路两级放大电路各级的波特图均如图，试画出整个电各级的波特图均如图，试画出整个电路的波特图。路的波特图。 在幅频特性中，频率小于在幅频特性中，频率小于10Hz时斜率为时斜率为40dB/十倍频，十倍频，频率大于频率大于105Hz时斜率为时斜率为40dB/十倍频。十倍频。 在相频特性中，在相频特性中，f

24、10Hz时相移为时相移为90o，f 105Hz时相移时相移为为90o。波特图如解图所示。波特图如解图所示。【解解】dB60lg20muA4.6 放大电路的阶跃响应放大电路的阶跃响应 研究放大电路输入信号为不同频率正弦波的作用下研究放大电路输入信号为不同频率正弦波的作用下的频率响应，这种分析方法称为的频率响应，这种分析方法称为频域法频域法。 优点优点:分析简单，实际测试方便分析简单，实际测试方便 缺点缺点:用幅频响应和相频响应不能直观地确定放大电路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，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，称为放大电路的形随时间变化的情况，称为放大电路的阶跃响应阶跃响应，其分析，其分析方法称为方法称为时域法时域法。 优点优点:可以很直观地判断放大电路的波形失真可以很直观地判断放大电路的波形失真缺点缺点:分析比较复杂分析比较复杂1.阶跃信号阶跃信号0,0( ),0tu tUt2.单级放大电路的阶跃响应单级放大电路的阶跃响应（1）上升时间）上升时间t