模拟电子技术 第五章 放大电路的频率响应

1、第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.15.1频率响应概述频率响应概述5.25.2晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.35.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型5.45.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.55.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应电子信息工程学院电子信息工程学院5.15.1频率相应概述频率相应概述5.1.1 5.1.1 频率响应问题的提出频率响应问题的提出1. 线性失真的基本概念线性失真的基本概念 放大器在小信号运用时放大器在小信号运用时, 只要选择合适的工作状态只要选择合适的工作状态, 就不会就不会产生明显的非线性失

2、真产生明显的非线性失真, 可以认为是一线性系统。在线性系统中可以认为是一线性系统。在线性系统中放大单一频率的信号时不会产生失真放大单一频率的信号时不会产生失真, 但我们遇到的信号通常都但我们遇到的信号通常都具有一定的频率范围具有一定的频率范围, 如测量仪表中放大器的信号、广播中的语如测量仪表中放大器的信号、广播中的语音信号、电视中的图像信号和伴音信号等音信号、电视中的图像信号和伴音信号等, 都含有丰富的频率成都含有丰富的频率成分。放大此类信号时分。放大此类信号时, 由于放大电路中一般存在电抗元件由于放大电路中一般存在电抗元件(如电如电容、电感容、电感), 导致输出电压不能重现输入电压的波形导致

3、输出电压不能重现输入电压的波形, 即即放大器产放大器产生了失真生了失真, 这种在线性系统中产生的失真称为线性失真这种在线性系统中产生的失真称为线性失真。 电子信息工程学院电子信息工程学院 将一个幅度为将一个幅度为 1 个电压单位的周期性矩个电压单位的周期性矩形波电压形波电压ui(t)加到由电容器加到由电容器C(0.1F)和电阻和电阻R(1k)组成的线性电路输入端，则通过示组成的线性电路输入端，则通过示波器观察到输出端的电压波形波器观察到输出端的电压波形uo(t)成了尖顶成了尖顶脉冲。脉冲。举例说明：举例说明： 矩形波通过线性电路产生的线性失真矩形波通过线性电路产生的线性失真 RC电路既然是电路

4、既然是线性电路，就线性电路，就不会产生非线不会产生非线性失真，那么性失真，那么为什么矩形波为什么矩形波通过该电路会通过该电路会变成尖顶脉冲变成尖顶脉冲呢呢?电子信息工程学院电子信息工程学院矩形波中含有许多频率成分，可用傅氏级数分解为矩形波中含有许多频率成分，可用傅氏级数分解为:55sin33sinsin221)(ttttui 说明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次谐波所组成。运用叠加原理说明它由直流分量和基波、三次、五次等奇次谐波所组成。运用叠加原理将直流成分、基波、三次、五次等奇次谐波分量分别作用于将直流成分、基波、三次、五次等奇次谐波分量分别作用于RC电路的输电路的输入端。由于电容入端。

5、由于电容C的存在的存在, 它对不同频率呈现不同的容抗。因而它对不同频率呈现不同的容抗。因而, ui(t)中的中的各个频率成分通过各个频率成分通过RC电路时电路时, 不仅传输系数幅值不同不仅传输系数幅值不同, 而且延迟时间也不而且延迟时间也不同同, 从而使输出波形产生了畸变从而使输出波形产生了畸变, 即即线性失真线性失真。线性失真和非线性失真都能线性失真和非线性失真都能使输出波形产生畸变使输出波形产生畸变, 但是前者不产生新的频率分量但是前者不产生新的频率分量, 只不过是线性系统对只不过是线性系统对输入信号中不同频率有不同响应而已。输入信号中不同频率有不同响应而已。 线性失真的大小与输入信号的大

6、小线性失真的大小与输入信号的大小无关。无关。线性失真分为频率失真线性失真分为频率失真(振振幅频率特性幅频率特性)和相位失真和相位失真(相位频率特性相位频率特性)。 举例说明：举例说明： 电子信息工程学院电子信息工程学院频率失真和相位失真频率失真和相位失真 频频率率失失真真 ui(t)uo(t)00000000tttttttt基 波基 波二 次 谐 波二 次 谐 波三 次 谐 波三 次 谐 波(a)(b)10106331.5电子信息工程学院电子信息工程学院相位失真相位失真(a) 输入电压；输入电压； (b) 输出电压输出电压相位失真相位失真电子信息工程学院电子信息工程学院 (1) 放大倍数与频率

7、无关。放大倍数与频率无关。 即要求放大器的放大倍数即要求放大器的放大倍数(常为电常为电压放大倍数压放大倍数Au(j)的振幅的振幅频率特性频率特性|Au(j)|是一常数。是一常数。 (2) 放大器对各频率分量滞后时间相同为放大器对各频率分量滞后时间相同为td, 即要求放大器的即要求放大器的相位相位频率特性频率特性()正比于角频率正比于角频率。 线性系统不失真传输的条件为线性系统不失真传输的条件为:不失真传输时放大器的幅频、不失真传输时放大器的幅频、 相频相频特性如图所示。实际放大器要完全满特性如图所示。实际放大器要完全满足上述两个不产生线性失真的条件是足上述两个不产生线性失真的条件是不可能的不可

8、能的, 也是没有必要的。只要放也是没有必要的。只要放大器的通频带等于或略大于信号频带大器的通频带等于或略大于信号频带, 频率失真就没有多大影响。频率失真就没有多大影响。| Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO不失真传输时放大器的幅频、相频特性不失真传输时放大器的幅频、相频特性电子信息工程学院电子信息工程学院不失真传输时放大器的不失真传输时放大器的幅频、相频特性幅频、相频特性 | Au(j) |, ( )| Au(j) |( ) tdKO 由于人耳不能分辨各频率由于人耳不能分辨各频率分量的相位关系分量的相位关系, 即使放大器即使放大器产生了相位失真产生了相位失真, 在通话时

9、也在通话时也感觉不到。所以用在话音通信感觉不到。所以用在话音通信中的放大器中的放大器, 其相位失真可以其相位失真可以不予考虑。但是如果放大器用不予考虑。但是如果放大器用来放大图像信号来放大图像信号(如传真或电视如传真或电视信号信号)时时, 放大器的相位失真将放大器的相位失真将严重影响通信质量。严重影响通信质量。 相位失真相位失真 电子信息工程学院电子信息工程学院5.1.25.1.2频率相应的基本概念频率相应的基本概念 耦合电容对信号构成高通电路。耦合电容对信号构成高通电路。级间电容对信号构成低通电路。级间电容对信号构成低通电路。电子信息工程学院电子信息工程学院5.1.25.1.2频率相应的基本

10、概念频率相应的基本概念 一、高通电路一、高通电路 1111ouiURAURj Cj RC11222LLfRC回路的时间常数为=RC，令L=1/=1/RC， 则 将幅值与相位分开表示为将幅值与相位分开表示为 2/|1(/)LuLffAff090arctanLffLLLLuffjffjffjjA11111电子信息工程学院电子信息工程学院2/|1(/)LuLffAff090arctanLff幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 1. ffL时，时，Au1, 00 2. f=fL时，时，Au0.707,450 3. ffL时，时， 1,Au f0 时时，Au0， 900 LffLff频率越低，衰减越大，

11、相移越大；频率越低，衰减越大，相移越大；fL为下限截止频率。为下限截止频率。 电子信息工程学院电子信息工程学院5.1.25.1.2频率相应的基本概念频率相应的基本概念 二、低通电路二、低通电路 1111ouiUj CAUj RCRj C11222HHfRC回路的时间常数为=RC，令+H=1/=1/RC， 则 1111uHHAfjjf将幅值与相位分开表示为 21|1(/)uHAffarctanHff 电子信息工程学院电子信息工程学院幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 1. ffH时，时， 1,Au f 时时，Au0， -900 HffHff频率越高，衰减越大，相移越大；频率越高，衰减越大，相移越

12、大；f fH H为上限截止频率。为上限截止频率。 21|1(/)uHAffarctanHff 对于基本放大电路而言，电路中往往既存在上限截止频率，对于基本放大电路而言，电路中往往既存在上限截止频率， 又存在下限又存在下限截止频率，电路截止频率，电路的上限截止频率与下限截止频率之差，称为的上限截止频率与下限截止频率之差，称为通频带通频带fBW。 fBW=fH-fL 电子信息工程学院电子信息工程学院为了扩大视野为了扩大视野, , 缩短坐标缩短坐标, , 幅频特性和相频特性采用幅频特性和相频特性采用半对数坐标半对数坐标, , 即即横坐标频率采用对数刻度横坐标频率采用对数刻度, , 纵坐标幅纵坐标幅值

13、（用值（用dBdB表示）或相角表示）或相角用线性刻度表示。绘制出的用线性刻度表示。绘制出的幅频特性和相频特性称为波特幅频特性和相频特性称为波特(Bode)(Bode)图。图。5.1.35.1.3波特图的概念波特图的概念 电子信息工程学院电子信息工程学院220lg| 20lg20lg 1uLLffAff090arctanLff1.当当f fL时，时， 20 lg|Au|0 dB, 0；2.当当f=fL时，时， , +45； 当当f fL时，时，20 lg|Au|+20 lg(f/fL),表明表明f 每下降十倍，增益下降每下降十倍，增益下降20 dB，即，即对数幅频特性在此区间可等效为斜率为（对数

14、幅频特性在此区间可等效为斜率为（+20dB/十十倍频）的直线倍频）的直线。 dBAu32lg20|lg20高通电路高通电路 电子信息工程学院电子信息工程学院21lg20|lg20HuffAHffarctan1.当当ffH时，时，20 lg|Au|-20 lg(f/fH),表明表明f 每上升十倍，增益下降每上升十倍，增益下降20 dB，即，即对数幅频特性在此区间可等效为斜率为（对数幅频特性在此区间可等效为斜率为（-20dB/十倍十倍频）的直线频）的直线。 dBAu32lg20|lg20低通电路低通电路 电子信息工程学院电子信息工程学院在对数幅频特在对数幅频特性中，性中，fL，fH为为拐点，拐点，

15、有有3dB误差误差0.1fL,10fL为相频为相频的两个的两个拐点，拐点，误差误差5.7100.1fH,10fH为相频为相频的两个的两个拐点，拐点，误差误差5.710电子信息工程学院电子信息工程学院小结：小结：LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子H11jff 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。 当当 f=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，相角，相

16、角超前超前45； 当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。5.2晶体管等效模型5.2.15.2.1晶体管的混合晶体管的混合模型模型5.2.25.2.2晶体管电流放大倍数晶体管电流放大倍数的频率响的频率响应应电子信息工程学院电子信息工程学院5.2.1 晶体管的混合晶体管的混合模型模型 晶体三极管的完整小信号模型晶体三极管的完整小信号模型 晶体管中频小信号模型 ebUebrbb rbebmgUrcecbeoUiU gm为跨导，它为跨导，它不随信号频率的不随信号频率的变化而变。变化而变。电子信息工程学院电子信息工程学院re，rc为发为发射区体

17、电阻、射区体电阻、集电区体电集电区体电阻，值较小，阻，值较小，忽略忽略晶体管结构示意图 一、晶体管完整混合一、晶体管完整混合模型模型C为集为集电结电结电容电容C为发为发射结射结电容电容rbc，rbe为为集电结体电集电结体电阻、发射结阻、发射结体电阻，体电阻，rbb基基区体电区体电阻阻电子信息工程学院电子信息工程学院一、晶体管完整混合一、晶体管完整混合模型模型高频完整小信号模型 电子信息工程学院电子信息工程学院二、二、 晶体管高频模型的简化晶体管高频模型的简化 简化的高频模型简化的高频模型 C跨接在输入输出两端，利用跨接在输入输出两端，利用Miller定理等效定理等效Miller等效后的单向化模

18、型等效后的单向化模型因在放大区因在放大区iC几乎仅几乎仅决定于决定于iB而阻值大而阻值大因在放大区承受反因在放大区承受反向电压而阻值大向电压而阻值大 rceRL, rbc1jc电子信息工程学院电子信息工程学院miller等效后的单向化模型等效后的单向化模型由密勒定理可以推得图中由密勒定理可以推得图中 (1|)1CKCKCCK一般情况下，由于输出回路中一般情况下，由于输出回路中C C集电极总负载电阻集电极总负载电阻R R L L，故，故C C中电中电流可忽略不计，另外，将输入回路中流可忽略不计，另外，将输入回路中C C与与C C合并合并, , 得得 (1)CCK C如K=-100, C=100p

19、F, C=3 pF，则 pFC4033)1001 (100电子信息工程学院电子信息工程学院忽略忽略C后的等效模后的等效模 因此，三极管高频等效模型可以用图所示模型来等效。因此，三极管高频等效模型可以用图所示模型来等效。 通过上述三极管高频等效模型的通过上述三极管高频等效模型的单向化分析与简化，可以得出以单向化分析与简化，可以得出以下结论：下结论：(1)(1)高频分析时，需要考虑三极管高频分析时，需要考虑三极管结电容结电容C C及密勒电容及密勒电容C C的影响。的影响。(2)(2)由于由于C C及及C C的存在，使放大的存在，使放大电路的输入回路与输出回路各自电路的输入回路与输出回路各自形成了一

20、个形成了一个RCRC回路。由于这两个回路。由于这两个回路的存在，对放大电路的增益回路的存在，对放大电路的增益方程会带来两个极点，势必影响方程会带来两个极点，势必影响电路增益。电路增益。 (3) (3) 由于输出回路由于输出回路C C = =C C的电容值较小，容抗的电容值较小，容抗1 1/C/C大，分流作用可忽大，分流作用可忽略，在不接容性负载的情况下，一般不再考虑输出端略，在不接容性负载的情况下，一般不再考虑输出端RCRC回路。回路。 (4) (4) 经密勒等效后，输入回路总的等效电容经密勒等效后，输入回路总的等效电容C C。其中。其中K K近似用放大器中频近似用放大器中频增益代替。增益代替

21、。C C为跨接于基极与集电极之间的电容，为跨接于基极与集电极之间的电容，C C为原基极输入电容为原基极输入电容。 电子信息工程学院电子信息工程学院三、三、 混合混合模型的主要参数模型的主要参数 00cmb ebIg UI为低频晶体管电流放大系数bebbeU=I rEQ0mb eTIgrUEQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可从手册查得、电子信息工程学院电子信息工程学院5.2.2晶体管电流放大倍数晶体管电流放大倍数的频率响应的频率响应(1)共射截止频率共射截止频率f 在低频情况下，共射短路在低频情况下，共射短路电流放大系数电流放大系数(或或hfe)是一是一个实数。当晶体管工作在个实数。当晶体

22、管工作在高频时，高频时，将是个复数，将是个复数， |将随频率升高而下降，当将随频率升高而下降，当下降到低频时数值下降到低频时数值hfe的的 0.707 倍的频率，倍的频率， 称为共射称为共射截止频率，记作截止频率，记作f， 作为作为表征晶体管特性的一个高表征晶体管特性的一个高频参数。频参数。图示出的是求图示出的是求f的等效电路。由的等效电路。由定义可知，定义可知，uCE=常数，常数， 即即c, e之间交流短路，即之间交流短路，即 mbe0bebebe1 12 ()j ()1jg UffrCCUCCrf电子信息工程学院电子信息工程学院的对数幅频特性的对数幅频特性 对数相频特性：对数相频特性： 2

23、020log20log20log 1 (/)arctanffff 0 1jff-90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo电子信息工程学院电子信息工程学院2020log20log20log 1 (/)arctanffff 的波特图的波特图 (2) 特征频率特征频率fT f并非晶体管有电流放大作用的最高并非晶体管有电流放大作用的最高极限频率。例如某管在低频时极限频率。例如某管在低频时=100，而而f=10MHz，这表明该管工作于，这表明该管工作于10MHz频率时，电流放大系数还很大，频率时，电流放大系数还很大，为为70.7%，显然该管完全能工作。为此

24、，显然该管完全能工作。为此，需定义一个特征频率需定义一个特征频率fT，在特征频率上，在特征频率上，晶体管晶体管值下降到值下降到 1， 显而易见，显而易见， fTf。根据幅频特性则：。根据幅频特性则：0ff令|=1，则得 0Tff012()2()2mmTb eggfrCCCCC在晶体管手册中往往给出特征频率在晶体管手册中往往给出特征频率fT，有了上式即可求得，有了上式即可求得C。 电子信息工程学院电子信息工程学院 (3) 共基截止频率共基截止频率f 在低频时，在低频时，=/(1+)系实数，系实数，在高频情况下在高频情况下、均是复数，共基短路电流放大系数均是复数，共基短路电流放大系数与频与频率关系

25、式率关系式 000000001/1/11/(1)1 (/)1/(1)jffjffjffajffjff电子信息工程学院电子信息工程学院0000T1(1)fff当当f = f时，时，值将下降到低频时值将下降到低频时0的的 0.707倍，把倍，把 f称为共基截称为共基截止频率，或称为止频率，或称为的截止频率。的截止频率。共基截止频率共基截止频率f为共射截止频率为共射截止频率f的的(1+0)倍。倍。 为了保证实际电路在较高频率下仍有较大的电流放大系数，为了保证实际电路在较高频率下仍有较大的电流放大系数， 必须选择管子的特征频率必须选择管子的特征频率fT比电路中最高工作频率高三倍以上，比电路中最高工作频

26、率高三倍以上， 换言之，换言之，最高工作频率最高工作频率fmax (fT/3)。 电子信息工程学院电子信息工程学院晶体管的频率参数晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法； C的求法。的求法。手册手册查得查得电子信息工程学院电子信息工程学

27、院5.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型gsgsgdmLCC(1 K)CKg R 5.45.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4.15.4.1单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应5.4.25.4.2单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应5.4.35.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积电子信息工程学院电子信息工程学院5.4.1单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应耦合电容、极间电容保持不动，画出全频率的等效模型。耦合电容、极间电容保持不动，画出全频率的等效模型。分成中频、低频和高频三个

28、频段分析：分成中频、低频和高频三个频段分析：中频段，极间电容开路，耦合（或旁路中频段，极间电容开路，耦合（或旁路 ）电容短路）电容短路低频段，极间电容开路，耦合（或旁路低频段，极间电容开路，耦合（或旁路 ）电容保留不动）电容保留不动高频段，极间电容保留不动，耦合（或旁路高频段，极间电容保留不动，耦合（或旁路 ）电容短路）电容短路适应于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电子信息工程学院电子信息工程学院一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数中频段，极间电容开路，耦中频段，极间电容开路，耦合（或旁路合（或旁路 ）电容短路）电容短路/()/ibbbb ebbe

29、RRrrRr( )oib eoib eusmmLsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU ()oib eoib eusmmcsibessib eUUUURrAg RRRrUUUU /LLCRRR空载时：空载时：电子信息工程学院电子信息工程学院二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数低频段，极间电容开路，耦合（或旁路低频段，极间电容开路，耦合（或旁路 ）电容保留不动）电容保留不动()1ooouslssoib eLmcisbecLUUUAUUURrRg RRRrRRj C /()/ibbbb ebbeRRrrRr电子信息工程学院电子信息工程学院()1oib eLuslmcisbesc

30、LURrRAg RRRrURRj C ()( )1()ib eLcuslmLisbeLcRrjRR CAg RRRrjRR C ()1()1LcuslusmLcLusmLjRR CAAjRR CfjfAfjf显然：12 ()LCLfRR C式中式中, (Rc+RL)C正是正是C所在回路的时常数，其所在回路的时常数，其中中Rc+RL为回路除源后为回路除源后C两端的等效电阻。两端的等效电阻。 电子信息工程学院电子信息工程学院220lg20lg20lg1 ()LuslusmLffAAff00180(90arctan)90arctanLLffff幅频特性曲线为一幅频特性曲线为一高通电路高通电路电子信息

31、工程学院电子信息工程学院三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数高频段，极间电容保留不动，耦合（或旁路高频段，极间电容保留不动，耦合（或旁路 ）电容短路）电容短路/(/)b eb eisisbebeisb ebbsbrrRUUUrrRRRrrRR电子信息工程学院电子信息工程学院1( )11osb eoib eushmLisbesssb eUUUURrj RCAg RRRrUUUUj RC 111ushusmAAj RC11ushusmHAAfjf显然：12HfRC式中式中, RC正是正是C 所在回路的时常数所在回路的时常数. 电子信息工程学院电子信息工程学院220lg20lg20lg 1 ()

32、ushusmHfAAf0180arctanHff幅频特性曲线为一幅频特性曲线为一低通电路低通电路电子信息工程学院电子信息工程学院四、波特图若同时考虑旁路电容、耦合电容与若同时考虑旁路电容、耦合电容与极间电容的影响，极间电容的影响， 放大电路在全放大电路在全频段的电压增益可写为频段的电压增益可写为: : 11usmusLHAAfjfjff电子信息工程学院电子信息工程学院11usmusLHAAfjfjff全面分析全面分析:(1) 当输入信号频率当输入信号频率fLffH时，时， fL/f0, f /fH0, Aus=Ausm，即为中频，即为中频段常数增益。段常数增益。 (2) 当输入信号频率当输入信

33、号频率f 变小，当变小，当ffL时，时，f fL，演变为高频区放大器的增益表，演变为高频区放大器的增益表达式，达式， Aus=Aush电子信息工程学院电子信息工程学院 通过上述分析可以总结归纳出放大电路全频段增益表达式通过上述分析可以总结归纳出放大电路全频段增益表达式的描述方法，称之为的描述方法，称之为“开路时间常数法开路时间常数法”。 (1) 任何电路全频段的电压增益表达式，任何电路全频段的电压增益表达式， 的形式，不同之处仅在于中频增益的形式，不同之处仅在于中频增益Ausm不同，不同，fH，fL即上、即上、 下下限角频率不同。限角频率不同。 求一个具体放大器的全频段电压增益表达式，求一个具

34、体放大器的全频段电压增益表达式， 即可以归结为求该三项参数。即可以归结为求该三项参数。 11usmusLHAAfjfjff (2) 三项关键参数的意义：三项关键参数的意义： 不考虑耦合电容和极间电容时的电路中频增益；不考虑耦合电容和极间电容时的电路中频增益； fL 仅考虑耦合仅考虑耦合/旁路电容时，旁路电容时， 电路的下限频率；电路的下限频率； fH 仅考虑极间电容时，电路的上限频率。仅考虑极间电容时，电路的上限频率。 usmA电子信息工程学院电子信息工程学院5.4.2 单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应 试分析试分析电路的频率特性，并作频率特性曲线。电路的频率特性，并作频率

35、特性曲线。 RgRd UDDCuiUGGRLuoiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU共源放大电路的完整小信号模型共源放大电路的完整小信号模型电子信息工程学院电子信息工程学院(1) 求中频电压增益： )/(LmgsLdgsmioumRgURRUgUUAiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU电子信息工程学院电子信息工程学院 (2) 求求f与与fH。求求fH时，高频段只考虑时，高频段只考虑Cgs的影响，的影响，12(1(/)HggsmdLgdfR CgRRC求求fL时，低频段只考虑时，低频段只考虑C的影响，的影响， 有：有： 12 ()LdLfRR C(3) 写出写出

36、: uA11umuLHAAfjfjffiUGSmg URgggsCdRdRLCoUsgsU电子信息工程学院电子信息工程学院5.4.35.4.3频率响应的改善和增益带宽积频率响应的改善和增益带宽积耦合电容决定下限截止频率耦合电容决定下限截止频率 fL： 直接耦合时，直接耦合时，fL0极间电容决定上限截止频率极间电容决定上限截止频率 fH：(1)(1 )mLCCK CCg RC( )ib eusmmLisbeRrAg RRRr fH的提高与的提高与Ausm的增大是相互矛盾的。的增大是相互矛盾的。大多数电路，大多数电路，fHfL, fBW=fH - fLfH H 所以，所以，fH H和和Ausm的矛

37、盾就是的矛盾就是带宽与增益的矛盾，即：增益提高时，必使带宽变窄；带宽与增益的矛盾，即：增益提高时，必使带宽变窄； 增益减小时，必使带宽变宽。增益减小时，必使带宽变宽。引入引入 增益带宽积增益带宽积 电子信息工程学院电子信息工程学院增益带宽积增益带宽积 为了比较全面地衡量放大器性能，常用放大器增益带宽积为了比较全面地衡量放大器性能，常用放大器增益带宽积来表达。来表达。通常定义放大器中频段电压放大倍数通常定义放大器中频段电压放大倍数Ausm与带宽与带宽(近似近似为高端为高端 3 dB频率频率fH)乘积的模称为增益带宽积，记乘积的模称为增益带宽积，记|AusmfH|。usmusm12 /(/)BWH

38、ib emLisbeb ebbsbAfAfRrg RRRrrrRRC式中式中 (1)mLCCK CCg RC可以整理得：可以整理得： 12 ()usmHsbbAfRrC电子信息工程学院电子信息工程学院12 ()usmHsbbAfRrC当晶体管选定后，当晶体管选定后，rbb和和Cu就随之确定，就随之确定，所以增益带宽积基本确定。所以增益带宽积基本确定。即：增益增大多少倍，带宽几乎变窄多少倍。即：增益增大多少倍，带宽几乎变窄多少倍。从另一角度看：为了改善电路得高频特性，展宽频带，从另一角度看：为了改善电路得高频特性，展宽频带，首先应选用首先应选用rbb和和Cu均小得高频管，均小得高频管，尽量减少尽

39、量减少C所在回路得等效电阻阻值。所在回路得等效电阻阻值。5.55.5多级放大电路得频率响应多级放大电路得频率响应5.5.15.5.1多级放大电路频率特性得定性分析多级放大电路频率特性得定性分析5.5.25.5.2截止频率得估算截止频率得估算电子信息工程学院电子信息工程学院 1. 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性 通常放大电路总是由多级组成, 其幅频特性和相频特性如下: Aus=Aus1Aus2Ausn=nkuskA1 12120lg20lg20lg.20lg20lgnususususnuskkAAAAA121.nnkk 其中20lg|Aus|为总放大倍数的模,单位为dB; 为多级放大器总的

40、附加相移。 5.5.15.5.1多级放大电路频率特性得定性分析多级放大电路频率特性得定性分析Aus1Aus2AusnAusm1Ausm2Ausmnfl1 fh1fl2 fh2fln fhn电子信息工程学院电子信息工程学院多级放大器的对数幅频特性等于各级对数幅频特性的代数和多级放大器的对数幅频特性等于各级对数幅频特性的代数和; 多级放大器的相频特性也等于各级相频特性的代数和。多级放大器的相频特性也等于各级相频特性的代数和。说明说明这样这样, 当我们需要绘制总的幅频特性曲线和相频特性曲线时当我们需要绘制总的幅频特性曲线和相频特性曲线时, 只要把各级只要把各级的特性曲线在同一横坐标下的纵坐标值叠加起

41、来就可以了。的特性曲线在同一横坐标下的纵坐标值叠加起来就可以了。 例如例如, 单级单级放大器的幅频特性曲线和相频特性曲线如下页图细线所示。把具有同样放大器的幅频特性曲线和相频特性曲线如下页图细线所示。把具有同样特性的两级串联起来以后特性的两级串联起来以后, 只要把曲线每一点的纵坐标值增加一倍就得只要把曲线每一点的纵坐标值增加一倍就得到总的幅频特性和相频特性曲线到总的幅频特性和相频特性曲线, 如如下页下页图中粗线所示。图中粗线所示。 从曲线上还可从曲线上还可以看到以看到, 单级对应单级对应-3 dB的频率的频率(fh1和和fl1), 现在比中频增益下降现在比中频增益下降6dB, 而总的而总的幅频特性曲线下降幅频特性曲线下降3dB的通频带要比单级窄。的通频带要比单级窄。 电子信息工程学院电子信息工程学院一、多级放大电路的频率响应：分析举例一、多级放大电路的频率响应：分析举例 一个两