康第四章4.5—4.7多级放大器和频率特性和噪声

1、 单管单管( (单级单级) )放大器，放大器，AV几十倍。实际的电子设几十倍。实际的电子设备要求备要求A AV V很大。因此，需由若干单级放大器串接构很大。因此，需由若干单级放大器串接构成成: :多级放大器多级放大器。 多级放大电路中，多级放大电路中，输入级：输入级：常用高常用高Ri的共集电极的共集电极电路电路或场效应管放大或场效应管放大 电路，且多采用低噪声管；电路，且多采用低噪声管；中间级中间级: :多级共发射极放大电路，以获得较大的电压多级共发射极放大电路，以获得较大的电压 放大倍数；放大倍数；输出级输出级: :输出功率要大，常用大信号放大输出功率要大，常用大信号放大功率放功率放 大电路

2、。大电路。 1 1、放大器的概念放大器的概念( (以扩音机为例以扩音机为例) ) 放大的对象：放大的对象：变化量。变化量。 放大的本质：放大的本质：能量的控制和转换。能量的控制和转换。直流电源的能量直流电源的能量输出信号输出信号正弦波正弦波的能量。的能量。放大电路的基本特征：放大电路的基本特征：功率放大。功率放大。放大的前提：放大的前提：信号不失真。信号不失真。 换能器：换能器：扩音器的话筒：声音信号转变成微弱的电信号。扩音器的话筒：声音信号转变成微弱的电信号。收录机的磁头：磁信号转变成微弱的电信号。收录机的磁头：磁信号转变成微弱的电信号。VCDVCD、DVDDVD的激光头：光信号转变成微弱电

3、信号。的激光头：光信号转变成微弱电信号。例：收音机、扩音机例：收音机、扩音机等电子设备中的各种放大电路。等电子设备中的各种放大电路。 扩音机：扩音机：放大微弱声音的放大器。话筒将声音信号放大微弱声音的放大器。话筒将声音信号变成变成微弱的微弱的电信号；经放大电路，将电源提供的能量转电信号；经放大电路，将电源提供的能量转换为较强的电信号输出，并驱动扬声器播出放大后的原换为较强的电信号输出，并驱动扬声器播出放大后的原声音信号。声音信号。 1 1、放大器的概念放大器的概念( (以扩音机为例以扩音机为例) )vs 放大器与信号源、放大器级与级之间、（放大器与信号源、放大器级与级之间、（以及以及放大器末级

4、与负载：高频放大器末级与负载：高频）的连接方式称耦合方式。）的连接方式称耦合方式。交流交流信号正常传输。信号正常传输。耦合耦合方式必须保证：方式必须保证：不失真放不失真放大大。q放大器组成框图放大器组成框图耦合电路耦合电路耦合电路耦合电路输出负载输出负载输入信号输入信号直流偏置电路直流偏置电路外外 围围 电电 路路放大器输出端放大器输出端与输出负载的与输出负载的连接。连接。输入信号源与输入信号源与放大器输入端放大器输入端的连接。的连接。保证三极管工作保证三极管工作在放大模式在放大模式 电隔离耦合方式：电隔离耦合方式：变压器耦合；变压器耦合；光电耦合光电耦合(P44)。 先介绍。先介绍。实际电路

5、常采用两种耦合方式：实际电路常采用两种耦合方式：电容耦合（电容耦合（阻容耦合）阻容耦合）。直接耦合。直接耦合。1 1、放大器与换能器的连接。、放大器与换能器的连接。要求：要求：（1）有效将）有效将换能器的输出（换能器的输出（P、V或或I）加到放大加到放大器输入端。如要器输入端。如要Pimax，则插入匹配网络。又如，则插入匹配网络。又如Vimax，则则RiRS。（2 2）接入后不影响放大器的）接入后不影响放大器的Q Q点。点。2 2、级、级间的连接。、级、级间的连接。先介绍，电隔离耦合方式：先介绍，电隔离耦合方式：两级通过变压器连接，由变压器的磁路耦合，将原两级通过变压器连接，由变压器的磁路耦合

6、，将原边的前级交流输出传送到副边，作为后级的输入边的前级交流输出传送到副边，作为后级的输入传传送到送到变压器耦合方式（电变压器耦合方式（电磁磁电转换）：电转换）：L221LRNNR beLurRA 音频功放电路中，输出级与负音频功放电路中，输出级与负载间用变压器耦合，可实现阻抗变换，使负载获得最高的输出功率。载间用变压器耦合，可实现阻抗变换，使负载获得最高的输出功率。互不影响，抑制温漂；互不影响，抑制温漂； 很多缺点：很多缺点： 变压器体积大，重量大、笨重，不适变压器体积大，重量大、笨重，不适合小型化和集成化；合小型化和集成化； 频率特性差，直流、频率低的信号频率特性差，直流、频率低的信号不能

7、通过变压器，应用局限性许多。不能通过变压器，应用局限性许多。变压器耦合方式（电变压器耦合方式（电磁磁电转换）：电转换）：先介绍，电隔离耦合方式：先介绍，电隔离耦合方式： 器件由器件由LED和光电三极管（又叫光敏三极管）构成。和光电三极管（又叫光敏三极管）构成。光电耦合放大电路前级的负载就是发光二极管，前光电耦合放大电路前级的负载就是发光二极管，前级输出电流的变化级输出电流的变化决定决定发光二极管的发光强弱。发光二极管的发光强弱。 通过光耦合，使光电三极管输出电流也发生变化，通过光耦合，使光电三极管输出电流也发生变化，经后级放大后输出。因为光电耦合通过电经后级放大后输出。因为光电耦合通过电光光电

8、电的转换实现级间耦合，所以前后级间处于电隔离状的转换实现级间耦合，所以前后级间处于电隔离状态。态。 便于集成，应用越来越广泛。便于集成，应用越来越广泛。光电耦合方式：用光电耦合器件。书光电耦合方式：用光电耦合器件。书P44先介绍，电隔离耦合方式：先介绍，电隔离耦合方式： 1. 静态分析：静态分析： 2. 动态分析：动态分析：光敏元件光敏元件发光元件发光元件 光电耦合放大电路光电耦合放大电路电容耦合电容耦合方式方式：VCCR3R1R2R4RSvS+- - -+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+ 直流工作时：直流工作时：耦合电容耦合电容CB、CC具有具有“隔直流隔直流通交流通交流”作用作用。

9、信号源不影响放大器信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级点正常设置，且各级Q点相互独立。点相互独立。 交流工作时：交流工作时： CB 、CC较大，近似看作短路。较大，近似看作短路。因此，因此，C CB B 、CC的接入不影响信的接入不影响信号的正常传输。号的正常传输。 又称又称阻容耦阻容耦合。合。结构简单，结构简单，易调整，适合于易调整，适合于交流放大电路。交流放大电路。题题4-，不，不2 2、级、级间的连接。、级、级间的连接。抑制温漂抑制温漂 大容量电容体积大，难于集成。大容量电容体积大，难于集成。 直接耦合：直接耦合：没大电容、变压器，没大电容、变压器，IC中广泛采用中广泛采用。VCCRC

10、2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn各级间无任何元件（直接相连）。各级间无任何元件（直接相连）。放大器级、级间的连接方式。放大器级、级间的连接方式。2 2、级、级间的连接。、级、级间的连接。级级间直流电平配置问题。间直流电平配置问题。各级间直流互各级间直流互 通，通，各级各级Q Q点移动问题点移动问题漂移漂移2 2、级、级间的连接。、级、级间的连接。级间耦合级间耦合方式方式的优、缺点及应用比较的优、缺点及应用比较 耦合方式耦合方式 优优 点点 缺缺 点点 应应 用用 直流或交流直流或交流放大，分立放大，分立或集成电路。或集成电路。 可放大直流及可放大直流及缓慢变化的信号，缓慢

11、变化的信号，低频响应好低频响应好 便于集成便于集成 有严重的零点有严重的零点漂移问题漂移问题 各级各级Q不独立，不独立，设计计算及调试设计计算及调试不便不便直接耦合直接耦合 阻容耦合阻容耦合 各级各级Q独立独立 体积小成本低体积小成本低 无法集成无法集成传输交流信号传输交流信号损失小，增益高损失小，增益高 不能放大直流不能放大直流及缓慢变化的信及缓慢变化的信号，低频响应差号，低频响应差交流放交流放大大 分立分立电路电路 变压器耦合变压器耦合 无法集成无法集成功率放大功率放大 调谐放大调谐放大 高频和低频高频和低频响应差响应差 体积大，笨重体积大，笨重 各级各级Q独立独立 可以改变交流可以改变交

12、流信号的电压、电信号的电压、电流和阻抗流和阻抗 njAA1VjVq（1 1）级间直流电平配置）级间直流电平配置 ( (问题一问题一) ) VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn结果：结果：T1管管Q点靠近饱和区，输出易出现点靠近饱和区，输出易出现饱和饱和失真。失真。 由图由图E2CQ2BE(on)2CEQ1RIVV若若0E2R则则V7 . 0BE(on)2CEQ1VV用用R RE E调节电位。调节电位。 Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2Re2VT2改进电路改进电路图图( (1) ) 解决方法：解决方法：(1)(1)后级接入后级接入R RE E。扩大前级扩

13、大前级动态范围动态范围, , 也提也提高了前级集电极高了前级集电极静态静态电压（电压（第一级），脱离饱和工作区第一级），脱离饱和工作区。但等于提高了第二级的基级电位。使第二级放大倍数但等于提高了第二级的基级电位。使第二级放大倍数严重下降。严重下降。 解决方法：解决方法：(2)(2)串联二极管或稳压管，提高前级集电极电压。串联二极管或稳压管，提高前级集电极电压。图图(2)用二极管调节电位用二极管调节电位 图图(2)用稳压管调节电位用稳压管调节电位 稳压管动态电阻很小，可使第稳压管动态电阻很小，可使第二级放大倍数损失小。但集电极二级放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。电压变化范围减小。VDZ

14、Rc1Rb1+VCC+VT1+ iUOURc2RVT2q（1 1）级间直流电平配置）级间直流电平配置 ( (但，接入但，接入RE后问题二后问题二)VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式时工作在放大模式时: : BQ1BQ2BQ3CQ3VVVV)(E3C3CQ3CCCEQ3RRIVV由图由图E3CQ3BE(on)3BQ3RIVV越往后级越往后级VBQ3 ICQ3 VCEQ3 输出动态范围输出动态范围 改进电路改进电路右图右图+VCCRc1Rb1+VT1+ iUOURc2Rb2VT2VDz 可降低第二级的集可降低第二级的集电极电位，又不损失电极电位，又不损失

15、放大倍数。放大倍数。但稳压管噪声较大。但稳压管噪声较大。解决方法解决方法: :（1 1）接电阻或稳压管，利用）接电阻或稳压管，利用R R或稳压管的压降使前级或稳压管的压降使前级V VO O降低后降低后, ,再接后级输入，让两管均有较合适的再接后级输入，让两管均有较合适的Q Q点。点。解决方法：解决方法：加电平位移电路。加电平位移电路。解决方法解决方法:（2 2）采用）采用PNP管的电平位移电路：管的电平位移电路：P221P221 利用利用NPN管与管与PNP管电位极性相反的特点，将直管电位极性相反的特点，将直流电平下移，可扩大后级的输出动态范围。流电平下移，可扩大后级的输出动态范围。VCCRC

16、2RET2RC1T1RB+- - -+VBQ1VCQ2+- -VCQ1VCQ1VBQ1放大模式放大模式NPNNPN管：管：放大模式放大模式PNPPNP管：管： VCQ2 0T1导通，导通，T2截止截止iL=iC1ui0T1截止，截止，T2导通导通iL=iC2两管交替工作得到完整的正弦波。两管交替工作得到完整的正弦波。ic1ic2RL V1 V2 + UCC UCC + ui + uo T23AT14T204.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路4.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路放大器工作状态放大器工作状态1、甲类：、甲类：A2、乙类

17、：、乙类：B3、甲乙类：、甲乙类：AB4、丙类：、丙类：C一个周期内一个周期内360，2均导通。均导通。导通角导通角等于等于180，导导通。通。导通角导通角大于大于180360导导通。通。导通角导通角小于小于180，导导通。通。问题：功率小、损耗大、效率低。问题：功率小、损耗大、效率低。5、戊类：、戊类：D4.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路 图图 三极管的四种工作状态三极管的四种工作状态乙类乙类180180导通导通丙类丙类180180导通导通甲乙类甲乙类180180360360导通导通甲类甲类360导通导通（3）乙类互补对称功放电路的缺点： ui 0 t uo

18、 1 0 t uo 2 0 t uo 0 t 存在交越失真存在交越失真( (交叉交叉) ) 交越失真交越失真4.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路交越失真交越失真实际测试波形实际测试波形（4）产生交越失真的原因： 交越失真交越失真( (交叉交叉) ) 输入信号很小时，达不到输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电，在正、负半周三极管的开启电压，三极管不导电，在正、负半周交替过零处出现非线性交替过零处出现非线性失真，失真，称为称为交越失真交越失真 。图图 交越失真交越失真原因：原因：设设VBE(on)=0，实际实际VBE(on)0 措施：措施：对对T1

19、，T2发发射结适当加入正偏射结适当加入正偏压。压。4.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路用用甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路（5）消除交越失真的措施： 给三极管给三极管(功放管功放管)稍加一点较小的偏置电流，使每管工作的稍加一点较小的偏置电流，使每管工作的导电角略大于导电角略大于180，而小于，而小于360（称（称甲乙类甲乙类互补对称电路）。互补对称电路）。（a a）利用二极管）利用二极管提供偏置电压。提供偏置电压。uu-oLRi2RD12R1VCCDVCCT14T20（5 5）消除交越失真的措施：）消除交越失真的措施：甲乙类互补对称电路甲乙类

20、互补对称电路RLT14T20+VCC+uoR1R2R3T19T18+UiT23A（b b）F007：利用三利用三极管的恒压极管的恒压2V2VBEBE（ONON）提供偏置。提供偏置。4.5 4.5 互补型乙类对称功率放大电路互补型乙类对称功率放大电路 偏置电路一般包含在各级电路中，采用恒流源多偏置电路一般包含在各级电路中，采用恒流源多路偏置的形式，向各级提供稳定的静态电流。路偏置的形式，向各级提供稳定的静态电流。T T1010、T T1111构成微电流源，作为整个集成运放的主偏置。构成微电流源，作为整个集成运放的主偏置。IR=(VCC-VEE-1.4)/R5=730A（偏置电路基准电流）（偏置电

21、路基准电流） T10T11（微电流源）（微电流源）T10供给输入级供给输入级T3、T4偏置电偏置电流。流。 T8T9（镜像电流源）（镜像电流源） T8供给输入级供给输入级T1、3、T2、4工工作电流。作电流。 T12T13B（镜像电流源）（镜像电流源） T13B是中间级是中间级T16、T17有有源负载和偏置电流。源负载和偏置电流。T13A供给输出级供给输出级T14、T20偏流。偏流。四、偏置电路：四、偏置电路：多级放大器多级放大器q集成运放组成框图集成运放组成框图 P229P229输出级输出级负载负载输入级输入级直流偏置电路直流偏置电路中间增益级中间增益级5 5、电平位移电路、电平位移电路 ：

22、 在输入级中，共在输入级中，共C C共共B B组合电路，采组合电路，采用极性相反的用极性相反的NPNNPN与与PNPPNP管进行电平位移。管进行电平位移。不专门另设电平位移电路。不专门另设电平位移电路。THE ENDTHE END多级放大器多级放大器 频率失真频率失真( (线性失真线性失真) )由线性元件由线性元件C C、L L引起引起, , 它和它和由放大管引起的非线性失真不同。由放大管引起的非线性失真不同。 放大器带宽不是越宽越好。如放大器带宽不是越宽越好。如带宽太宽，放大器带宽太宽，放大器中的噪声也被放大，会影响放大器的性能指标如中的噪声也被放大，会影响放大器的性能指标如噪声系数。噪声系

23、数。 一般一般，音频放大器带宽：，音频放大器带宽：50Hz50Hz15kHz, 15kHz, 视频放大视频放大器带宽：器带宽：0 06MHz6MHz。1 1、放大器的带宽、放大器的带宽2、研究放大电路频响的必要性、研究放大电路频响的必要性 频响：衡量放大电路对不同频率输入信号适应能频响：衡量放大电路对不同频率输入信号适应能力的一项技术指标。力的一项技术指标。 放大电路中存在某些电抗元件放大电路中存在某些电抗元件( (耦合电容、旁路电耦合电容、旁路电容、分布电容容、分布电容) )，且放大管各电极间有极间电容。，且放大管各电极间有极间电容。 不同频率的信号输入时，电路的放大倍数不同。不同频率的信号

24、输入时，电路的放大倍数不同。它通常是频率的函数关系，叫放大电路的频率特它通常是频率的函数关系，叫放大电路的频率特性（性（频率响应）。频率响应）。波特图：波特图：半对数坐标，半对数坐标，3 3、频率响应的基本概念频率响应的基本概念4 4、通频带、通频带衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。幅频特性曲线：幅频特性曲线：的关系曲线的关系曲线)( ffA 下限截止下限截止频率频率上限截上限截止频率止频率实际的信号实际的信号多个正弦波的叠加多个正弦波的叠加3dB 频率点（半功率点）频率点（半功率点）3dB 频率点（半功率点）频率点（半功率点）普通音响系统放大电路的幅

25、频响应普通音响系统放大电路的幅频响应 0 20lg|AV|/dB 2 20 40 60 20 2 102 2 103 2 104 f/Hz 5 5、频响及带宽（频域指标）、频响及带宽（频域指标）新问题新问题：如何避免：如何避免频率失真？频率失真？中频区中频区高频区高频区低频区低频区 带宽带宽 3dB fL fH HLH fBWff 时时，当当信号的带宽信号的带宽 放大器的带宽放大器的带宽 若输入若输入50kHz50kHz的正弦的正弦波是否会产生频率失波是否会产生频率失真？真？从系统的观点看，小信号放大器为线性时不变系统。从系统的观点看，小信号放大器为线性时不变系统。q一、传递函数和极零点一、传

26、递函数和极零点 输入激励信号输入激励信号x(t)输出响应信号输出响应信号y(t)若设若设拉氏变换拉氏变换X(s)Y(s)01 -n1 -nnn01 -m1 -mmm.)()()(asasabsbsbsXsYsA在初始条件为零时，定义系统的传递函数：在初始条件为零时，定义系统的传递函数：)()()()(21210nmpspspszszszsH (m n)式中：标尺因子式中：标尺因子 H0=bm/an ， 分子分子Z为零点，分母为零点，分母p为极点。为极点。(4-6-1)(4-6-2)jj网络函数的零点、极点和极零图网络函数的零点、极点和极零图( (s s) )分分子子有有理理多多项项式式的的根根

27、 H H( (s s) )= =0 0 零零点点 “o o”表表示示( (s s) )分分母母有有理理多多项项式式的的根根 H H( (s s) )= = 极极点点 “” 表表示示oo 在可实现的稳定、有源线性系统中，分母多项式在可实现的稳定、有源线性系统中，分母多项式各系数各系数恒为正实数恒为正实数，极点，极点= =系统特征根，必为负实数系统特征根，必为负实数或实部为负值的共轭复数。或实部为负值的共轭复数。 零点可以是零点可以是正、负正、负实数或实数或 实部为正值、负值的共轭复数。实部为正值、负值的共轭复数。 在仅含容性电抗元件的系统中：在仅含容性电抗元件的系统中：只要没有电容构成的闭合回路

28、，则极点数只要没有电容构成的闭合回路，则极点数=电容数。电容数。若出现闭合回路，则极点数若出现闭合回路，则极点数=独立电容数（独立电容数（-1）。）。C1C2C3图示闭合回路，极点数图示闭合回路，极点数=2说明说明1）写出电路传递函数表达式写出电路传递函数表达式 A(s) q频率响应分析步骤、计算实例频率响应分析步骤、计算实例 复频域内，无零、多极系统传递函数一般表达式：复频域内，无零、多极系统传递函数一般表达式： )1 ()1)(1 ()(21InpspspsAsA 2）稳态分析时，令）稳态分析时，令 s = j ，则频率特性，则频率特性 A(j )设极点均为负实数设极点均为负实数( ( p

29、 p = = - - p ) )，则，则)j1 ()j1)(j1 ()j (pn2p1pI AA4）确定上、下限角频率。确定上、下限角频率。 3 3）绘制）绘制电路系统电路系统渐近渐近波特图波特图(工程上工程上) 。5）瞬态分析时，瞬态分析时，Y(s)拉氏反变换得拉氏反变换得y(t) 。 将波特图的曲线线性化。将波特图的曲线线性化。qP213、例例1 1：RC低通电路频率响应低通电路频率响应 CR+- -+- -vi(t)vo(t) 由图，由图，传递函数表达式传递函数表达式 ：pio/11)(1)/(1)()()(ssCRsCsVsVsAvRC时间常数时间常数式中式中/1P，1、令、令 s =

30、 j ，则频率特性表达式：，则频率特性表达式：Pj11)j (vA幅值：幅值：2P)(11)(vA2PdB)(1lg20)(vA或或相角：相角：)arctan()(PA0 p0.1 p10 pAv( )/dB - -20- -30 p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - - 5.7 绘制实际、渐近波特图绘制实际、渐近波特图(工程上工程上)：渐近波特图画法：渐近波特图画法：P215(b)幅频幅频 p 时，时，PdBlg20)( vA = p 时，时，dB3)(dB vA相频相频oA0)( 10 p 时，时，oA90)( = p 时，时，oA45)( - -20dB/十倍频

31、十倍频- -45 /十倍频十倍频2PdB)(1lg20)( vA)arctan()(PA 据据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图)90, 0 uAf21uAP215(a)P215(b)RC低通电路频率响应渐近波特图低通电路频率响应渐近波特图 确定上限角频率：确定上限角频率：0 p0.1 p10 pAv( )/dB - -200 p0.1 p10 p A( ) - - 45 - - 90 - -20dB/十倍频十倍频- -45 /十倍频十倍频归纳一阶因子归纳一阶因子渐近波特图画法：渐近波特图画法：幅频渐近波特图：幅频渐近波特图：Pj11)j ( vA已知已知 自自0dB水平

32、线出发，经水平线出发，经 p转折成斜率为（转折成斜率为（20dB/十倍十倍频）的直线。频）的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图： 自自0 水平线出发，经水平线出发，经0.1 p处转折，斜率为处转折，斜率为(45 /十倍频十倍频)，再经，再经10 p处转折为处转折为- -90 的的水平线。水平线。dB3)(1lg20)(2PdB vA因因 = p时，时， H = pqP216P216、例、例2 2：RC高通电路频率响应高通电路频率响应 由右图，由右图，传递函数表达式传递函数表达式 ：ssCRRsVsVsAv/11)(1)()()(pio RC时间常数时间常数式中式中/1P， 令令 s = j

33、，则频率特性表达式：，则频率特性表达式：Pj11)j (vA幅值：幅值：2PdB)(1lg20)( vA相角：相角：)arctan()(PA CR+- -+- -vi(t)vo(t)下限角频率：下限角频率：dB3)(1lg20)(2PdBvA因因 = p时，时， L = p21 uA0 p0.1 p10 p A( ) 45 90 绘制实际、渐近波特图绘制实际、渐近波特图(工程上工程上) ：2PdB)(1lg20)(vA)arctan()(PA根据根据画出幅频波特图画出幅频波特图画出相频波特图画出相频波特图0 p0.1 p10 pAv( )/dB - -2020dB/十倍频十倍频- -45 /十

34、倍频十倍频幅频渐近波特图：幅频渐近波特图： p：0dB水平线；水平线； p：斜率为：斜率为(20dB/十倍十倍 频）的直线。频）的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图： 0.1 p：+90 的水平线。的水平线。 即：即：0.1 p 10 p ：0 水平线。水平线。 = p 时，时，,45)(oARC高通电路频率响应渐近波特图高通电路频率响应渐近波特图qP216P216、例、例3 3：多极点系统多极点系统频率响应频率响应 利用利用RC低通电路分析结果，得传递函数表达式低通电路分析结果，得传递函数表达式 ：)/1)(/1)(/1 ()(p3p2p1I321123i1122osssAAAALPFvv

35、vvvvsAvvvvv33P322P211P1111CRCRCRC1R1+- -+- -vivoAv1C2R2Av2C3R3Av3 图示的三级理想电压放大器，图示的三级理想电压放大器，Ri ，Ro 0。试画渐近。试画渐近波特图，并求波特图，并求 H 。已知已知 R1 C1 R2 C2 R3 C3 前级的开路电压是下级的信号源电压。前级的开路电压是下级的信号源电压。 下级的输入阻抗是前级的负载。下级的输入阻抗是前级的负载。 频率特性表达式：频率特性表达式：2P32P22P1IdB)(1lg20)(1lg20)(1lg20lg20)(vvAAP3P2P1A/arctan/arctan/arctan

36、)()/j1)(/j1)(/j1 ()(p3p2p1IvvAsA幅频及相频表达式：幅频及相频表达式： 均为单阶因子波特图的叠加。均为单阶因子波特图的叠加。假设假设dB60IvAP1P2P3100100 p20.1 p110 p3 A( ) - - 90 p1 p3- - 180 - - 270 0 p2 p1 p3Av( )/dB 204060- -20 p3- -20dB/十倍频十倍频- -40dB/十倍频十倍频- -60dB/十倍频十倍频- -45 /十十- -90 /十十- -45 /十十归纳归纳多极点系统渐近波特图画法：多极点系统渐近波特图画法：幅频渐近波特图：幅频渐近波特图： 自中频

37、增益自中频增益AvI( (dB)的水平线出发，经的水平线出发，经 pn转折成斜率转折成斜率为（为（20ndB/十倍频）的直线。十倍频）的直线。相频渐近波特图：相频渐近波特图： 自自0 水平线出发，经水平线出发，经0.1 p1处开始转折，斜率为：处开始转折，斜率为： (45 /十倍频）十倍频）乘以（单阶因子重叠的段数），乘以（单阶因子重叠的段数），再经再经10 pn ，转折成，转折成- -90 n的水平线。的水平线。)/j1)(/j1)(/j1 ()(p3p2p1IvvAsA已知已知 确定上限角频率：确定上限角频率：根据定义，当根据定义，当 = H时：时：2)(1 )(1)(1 )(I2P3H2

38、P2H2P1HIHvvvAAA即即2)(1 )(1)(1 2P3H2P2H2P1H整理并忽略高阶小量得：整理并忽略高阶小量得：23P22P21PH/1/1/11上限角频率上限角频率若若 p2 4 p1 ，则称，则称 p1为主极点，为主极点， p2 、 p3为非主极点。为非主极点。P1H上限角频率取决于主极点角频率：上限角频率取决于主极点角频率：(4-7-3)：RCf21 H21CRf RCf21L 已知某电路均为共射放大电路。对数幅频特性如图所示。已知某电路均为共射放大电路。对数幅频特性如图所示。试求：试求：fL、fH及及 。 fL=10HzfH0.52fH1=(0.522105）Hz106k

39、Hz3541021j10110 ffAu或或3531021j101j10 fffAuuA前面三极管的前面三极管的参数微变等效电路只适合于参数微变等效电路只适合于低频区域，在高频时不适用。只有建立高频的等低频区域，在高频时不适用。只有建立高频的等效电路，才能分析放大器的高频响应。效电路，才能分析放大器的高频响应。 常用的混合常用的混合型高频等效电路是根据管子内部发型高频等效电路是根据管子内部发生的物理过程来拟定的，是一种物理参数模型的生的物理过程来拟定的，是一种物理参数模型的高频等效电路高频等效电路, ,如图如图2.232.23（a a）所示。）所示。 为克服为克服C Cb bcc跨接在输入、输

40、出回路中给分析带来跨接在输入、输出回路中给分析带来的麻烦，一般应用密勒定理将其简化成图的麻烦，一般应用密勒定理将其简化成图2.232.23（b b）所示的单向化的等效电路。所示的单向化的等效电路。一、密勒定理及其简化单向化近似一、密勒定理及其简化单向化近似设原四端网络传递函数：设原四端网络传递函数：q一、一、密勒定理密勒定理网络网络+- -+- -V1(s)V2(s)Y (s)网络网络+- -+- -V1(s)V2(s)Y1 (s)Y2 (s)(/ )()(12sVsVsA密勒定理密勒定理等效后：等效后：)(1)()(1)(11sAsYsZsY)(11)()(1)(22sAsYsZsY(4-6

41、-5)q、单向化单向化近似近似共发交流通路共发交流通路 RC+ - -vo+ - -vsRLRS+ - -vi高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RCRL+ - -Vs(s)ecIc(s)cboebebmc)()()()(sCsVsVsVgsI)/)()(ceLcorRsIsV由由等效等效电路电路cbLLmcbebos1)()()()(CRRgsCsVsVsA整理得整理得cbmCg)/(1cbLCR单向化单向化近似条件近似条件Lm)(RgsA则则(4-6-11)q三、共射高频等效电路及密勒近似三、共射高频等效电路及密勒近

42、似密勒密勒等效等效rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)Y1 (s)Y2 (s)高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RCRL+ - -Vs(s)ec)(1 )(cb1sAsCsY)(11 )(cb2sAsCsY1 LmcbRgsCM1sCcbLmM1CRgC11 LmcbRgsCcbM2 CCM2sCrbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)CM1CM2简化等效电路中：简化等效电路中：ebbbst/)(rrRR

43、ebcbm/1CCRgDLebM1ebtCDCCC密勒效应倍增因子密勒效应倍增因子：cbT1CRLCtgmVb e(s)b Rt+ - -R L+ - -)(ssV)(osVPsIsos/s1)()()(vvAsVsVsAebbbsLsIrrRRAv由简化等效电路得由简化等效电路得式中式中ttPH1CRq1 1、共发电路频率响应、共发电路频率响应(4-6-18)(4-6-19)(4-6-20)(4-6-21)q2 2、共发电路增益带宽积、共发电路增益带宽积GBW 定义定义HsIfAGBWvttebbbsL21CRrrRRbbsLT2rRRDcbT1CRDL其中其中1）选）选rbb 小、小、 C

44、b c小、小、 T高的三极管高的三极管使使GBW 。若若D 1，则，则 H T ，此时上限角频率最高。，此时上限角频率最高。2） 管子选定后，管子选定后， 采用恒压源（采用恒压源（ RS 0）激励：）激励：DrRrrRCRTbbsebbbsttH)(1DrrDrrTbbeTbbeb 采用恒流源（采用恒流源（ RS ）激励：）激励：DD/THD 1时，时， H ，上限频率降低。，上限频率降低。3） RL D H ，但，但AvsI 。需兼顾两者。需兼顾两者。改善高频特性改善高频特性的措施：的措施：BJT BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数。带宽增益积基本为常数。(4-6-22)提高共

45、发电路上限频率的方法：提高共发电路上限频率的方法： 在电路输入端采用低阻节点（即在电路输入端采用低阻节点（即RS小）。小）。 在电路输出端也采用低阻节点（即在电路输出端也采用低阻节点（即 RL 小）。小）。 此时，共发电路上限角频率此时，共发电路上限角频率 H最高，且接近最高，且接近管子特征角频率管子特征角频率 T 。q一、共漏、一、共漏、共集放大器共集放大器共集交流通路共集交流通路 RE+ - -vo+ - -vsRLRS高频等效电路高频等效电路 rbb rb erceCb eCb cgmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -RERL+ - -Vs(s)ec)()/(1bbScbrRC由

46、于由于简化等效电路简化等效电路 rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)eIb(s)因此，因此，Cb c可忽略不计。可忽略不计。令令 RL =rce/ RE / RL共集简化等效电路共集简化等效电路 rbb rb eCb egmVb e(s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)eIb(s)由简化等效电路：由简化等效电路：式中式中pZsIsos11)()()(ssAsVsVsAvv1)1 ()1 (sILebbbSLvRrrRRATZ零点角频率：零点角频率： 极点角频率：极点角频率： )/(1ebtPCRLbbsLebt1

47、/RgrRRrRm并联在并联在Cb e两端的总电阻两端的总电阻 采用恒压源（采用恒压源（ RS 0）激励：）激励：LbbsTLPRrRRT 共集电路输入为低阻节点共集电路输入为低阻节点( (RS小小) )时，上限角频率时，上限角频率 H 。考虑到混型电路实际情况，共集电路应工作在考虑到混型电路实际情况，共集电路应工作在 T /3/3以下。以下。 (4-7-24)q二、二、共基放大器共基放大器由图由图)/1/()()()(ebebbemebesCrsVgsIsV高频等效电路高频等效电路( (忽略忽略rbb 、rce)rb eCb eCb cgmVeb (s)b Vo(s)RS+ - -R L+

48、- -Vs(s)ecIe(s)整理得整理得)/1/()()(ebeebesCrsIsV)/1/()()(ebeembemsCrsIgsVg)()(/1)(eessIssI受控源受控源)/(1ebeCr其中其中共基交流通路共基交流通路 + - -vo+ - -vsRSRCRLreCb eCb c (s) Ie (s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)ecIe(s)共基简化等效电路共基简化等效电路由简化等效电路：由简化等效电路：式中式中CrCrRebeebesP11)/(1共基电路输出为低阻节点共基电路输出为低阻节点( (RL 小小) )时，上限角频率时，上限角频率 H reC

49、b eCb c (s) Ie (s)b Vo(s)RS+ - -R L+ - -Vs(s)ecIe(s)共基简化等效电路共基简化等效电路)1)(1 ()(p2p1sIsssAsAvveSLsIrRRAvcbLP21CR由于由于Cb c很小，因此当很小，因此当RL 较小时较小时: P2 P1由主极点概念：由主极点概念： H P1 结论：结论： 三种组态电路中，共基电路频率特性最好、共发最差。三种组态电路中，共基电路频率特性最好、共发最差。(4-6-23) 电子设备中，为改善电路频率响应，常要求放大电子设备中，为改善电路频率响应，常要求放大器具有很高的上限频率（几器具有很高的上限频率（几MHz 几

50、千几千MHz ）。）。 扩展上限频率的方法：扩展上限频率的方法： 改进集成工艺，通过提高管子特征频率改进集成工艺，通过提高管子特征频率fT 扩展扩展 fH。 在放大电路中引入负反馈扩展上限频率在放大电路中引入负反馈扩展上限频率fH。 利用电流模技术扩展上限频率利用电流模技术扩展上限频率fH。 利用组合电路扩展上限频率利用组合电路扩展上限频率fH。 CE CECB CB 组合电路组合电路 三种组态中，共发电路上限频率最低，因此，组合电路三种组态中，共发电路上限频率最低，因此，组合电路上限频率主要由共发电路决定。为扩展整个电路上限频率，上限频率主要由共发电路决定。为扩展整个电路上限频率，应设法使共

51、发电路的输入、输出为低阻节点。应设法使共发电路的输入、输出为低阻节点。Vs(s)+ - -RL+ - -RST1T2Vo(s)+ - -RL+ - -RST1T2Vs(s)Vo(s) CC CCCE CE 组合电路组合电路 因为共基电路因为共基电路Ri2小小因此扩展了上限频率。因此扩展了上限频率。则共发电路具有低阻输出节点则共发电路具有低阻输出节点因为共集电路因为共集电路RO1小小因此扩展了上限频率。因此扩展了上限频率。则共发电路具有低阻输入节点则共发电路具有低阻输入节点共集共集- -共发共发- -共基共基组合电路差放组合电路差放恒流偏置恒流偏置T7、T8射随射随器作输出级器作输出级T1VCC

52、vi1VEEvi2R5T4T2T3T5T6vo1vo2R6T7T8R7R8R9R2R1T9R3R4 1 1、电流放大器（跨导线性环）、电流放大器（跨导线性环）C4C2C3C1iiii由图由图则则)2()2(odOQidIQiIiI)2()2(odOQidIQiIiI化简得化简得IQOQidodidIIiiA改变输入输出偏置电流，即可改变电流增益。改变输入输出偏置电流，即可改变电流增益。两输入节点两输入节点B1、B2均为低阻节点均为低阻节点，故，故上限频率高。上限频率高。T1T2T3B1B22IOQiC1iC2iC3iC4(4-6-24) 二级宽带放大器二级宽带放大器T1iC6VEET2T16T

53、3T9R1VCCT10T11T12T13R2T15T14T4T17T18T5T6T7T8IEIE2IE2IEININININiC7- -iid/2iid/2iC2iC3T1 T4第一级第一级T9 T13镜像电流源镜像电流源T5 T8第二级第二级T14 T18镜像电流源镜像电流源以电压作为电路中的处理变量以电压作为电路中的处理变量电压模电路。电压模电路。两者主要区别：两者主要区别：表现在节点阻抗电平的高低上。表现在节点阻抗电平的高低上。电流放大器、跨导线性电路、开关电流电路、动态电流镜等。电流放大器、跨导线性电路、开关电流电路、动态电流镜等。低阻节点上的变量：主要表现为电流量。低阻节点上的变量：

54、主要表现为电流量。以电流作为电路中的处理变量以电流作为电路中的处理变量电流模电路。电流模电路。高阻节点上的变量：主要表现为电压量。高阻节点上的变量：主要表现为电压量。利用低节点阻抗的特点，电流模电路特点：利用低节点阻抗的特点，电流模电路特点：频带宽、速度高、动态范围大、非线性失真小频带宽、速度高、动态范围大、非线性失真小。常用的电流模电路：常用的电流模电路：4.7 4.7 放大器的噪声放大器的噪声(4-7-5)系系统统的的稳稳态态响响应应函函数数： )(exp)()( jjHKpjzjKsHjHnjjmiijs 其其中中：幅幅频频特特性性： n1m1njjmiipjpjzjzjKpjzjKHj

55、H )()(相相频频特特性性：)()()()()()()(nn2211mm2211pjpjpjzjzjzj 若若将将( () )用用分分贝贝表表示示，则则有有: : 2n22222122m2222212p20p20p20z20z20z20k20dBH lglglglglglglg)(5.2.4 系统波特图的近似画法系统波特图的近似画法结结论论：放放大大电电路路总总的的幅幅频频和和相相频频波波特特图图就就等等于于基基本本因因子子 波波特特图图的的代代数数和和。 常常数数项项和和零零点点因因子子之之和和 减减去去极极点点因因子子 设设某某放放大大器器的的中中频频电电压压增增益益为为um，电电压压增

56、增益益函函数数为为u（s），可可表表示示为为： ppZzumpZumus1)s1(AssA)s(A 式式 中中 ：z： 一一 阶阶 零零 点点 值值 ，p： 一一 阶阶 极极 点点 值值 。 那那么么电电压压增增益益稳稳态态响响应应： pZuuj1j1)0(A)j(A 式式中中：pZumuA)0(A 幅幅频频特特性性：)(A)(A)(A)dB)(A3u2u1uu 2p2zu1lg201lg20)0(Alg20 相相频频特特性性：pZ321arctanarctan0)()()()( 1. 1. 一阶极点和一阶零点一阶极点和一阶零点 dBz0.1z10z100z1020)( jwA2Vzz0.1z

57、0.1z10z10z 100z100z45O90O)(w2 01uu1u0)()0(Alg20)dB)(0(A)j(A 常常数数)(lg0A20V)( jwA1V)(w1 ( () )一阶零点因子一阶零点因子2Z2u1lg20)(A Z arctan)(2 (1) 常数项常数项u(0)（如果设（如果设 zp ，例，例p=100z） z , A u2()=20lg( / z ) (20dB/+倍频倍频) 直线直线 10z ,2()=90 0.1 10z 45/+倍频直线倍频直线10z10z 100z100zzz0.1z0.1z90OP P1010P P)(w3 45O1010P P100z100

58、zP P-10-20zz0.1z0.1z10z10zdB)( jwA3V()一阶极点因子一阶极点因子 2p3u1lg20)(A pw arctan)(310p, Au3=-20lg(/p) -20dB/+倍频倍频10p 3()=-90 0.1p= z z 后后 + +2 20 0d db b/ /+ +倍倍 频频 而而 对对 相相 频频 特特 性性 的的 贡贡 献献 为为 正正 当当 z z 时时 ， 当当 （ 时时 ） i ii i：网网络络函函数数的的每每一一个个一一阶阶极极点点 （平平面面负负实实轴轴） p p 为为幅幅频频波波特特图图的的转转折折频频率率 p p 对对幅幅频频的的贡贡献

59、献为为- -2 20 0d dB B/ /倍倍频频 ( (或或- -6 6d dB B/ /倍倍频频) ) = =p p 对对相相频频贡贡献献- -4 45 5 1 1p p = = 1 或或 0 0: : 00 0 rbe 开路开路(b) (b) 输出回路：输出回路： 诺顿诺顿戴维南戴维南1、单级共发放大电路的低频响应、单级共发放大电路的低频响应分析举例分析举例2：L2L14 ff 下限频率取决于下限频率取决于L1f即即Hz34. 2L1L ff更精确的关系：更精确的关系：soVSVVA L)(j/11)(j/11Lcb2besb1besRRCrRCrRRL ) /j(11) /j(11L2

60、L1ffffAVS 确定确定 f H、f L （BW）画波特图画波特图Hz34. 2L1 fHz40. 0L2 f 37 0.01 0.1 1 10 100 f/Hz 20lgAVL / dB 0 20 40 20 dB/十十倍倍频频程程 37 0.01 0.1 1 10 100 f/Hz 20lgAVL / dB 0 20 40 2.34 20 dB/十十倍倍频频程程 37 0.01 0.1 1 10 100 f/Hz 20lgAVL / dB 0 20 40 2.34 0.4 20 dB/十十倍倍频频程程 37 0.01 0.1 1 10 100 f/Hz 20lgAVL / dB 0 2