模拟电路第5章

1、第第5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.1 频率响应概述频率响应概述5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.3 场效应管的场效应管的高频等效模型高频等效模型5.5 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应 5.1.1 5.1.1 频率响应的基本概念频率响应的基本概念 5.1 5.1 频率响应概述频率响应概述 研究的问题：研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即信放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大倍数的影响。号频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半

2、导体器件极间电容等的存在，使放大倍半导体器件极间电容等的存在，使放大倍数为频率的函数。数为频率的函数。在使用一个放大电路时应了解其信号频率在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。信号频率的范围要求。其中：其中： 称为放大电路的幅频响应称为放大电路的幅频响应)( fAu )()()(ffAfAuu 称为放大电路的相频响应称为放大电路的相频响应)( f 2. 2.频率失真频率失真放大电路对不同频率信号的放大电路对不同频率信号的放大倍数和延迟时间不同。由此放大倍数和延迟时间不同。由此引起的信号失真称为频率失真。引

3、起的信号失真称为频率失真。1.1.频率响应频率响应 放大电路的电压放大倍与频率的关系放大电路的电压放大倍与频率的关系 5.1.1 5.1.1 频率响应的基本概念频率响应的基本概念3.3.线性失真和非线性失真线性失真和非线性失真-均使输出信号产均使输出信号产 生畸变生畸变 线性失真是由电路中线性失真是由电路中线性电抗元件线性电抗元件引起的，引起的，所以频率失真就是线性失真。所以频率失真就是线性失真。 非线性失真是由电路中非线性电抗元件引起非线性失真是由电路中非线性电抗元件引起的，它的主要特征是产生输入信号中没有的新的的，它的主要特征是产生输入信号中没有的新的频率分量。频率分量。一一. . 高通电

4、路高通电路: :信号频率越高，输信号频率越高，输出电压越接近输入电压出电压越接近输入电压RCjCjRRUUAu /111/1iO （1）频率响应表达式：）频率响应表达式：RCf 21L 令：令：ffjjffffjffjUULLLLuA 11111io则：则：2)(1LLuffffA 幅频响应：幅频响应：)arctan(-90L0ff 相频响应：相频响应：+CRiUoU5.1.2 无源无源RC电路的频率响应电路的频率响应2)(1LLuffffA )arctan(-90L0ff ；，当当01: u uL LA Af ff f；，04521: u uL LA Af ff f。趋于趋于，趋于趋于时，时

5、，趋于趋于倍；当倍；当也下降也下降倍倍每下降每下降，表明，表明，0900010,101: u uu uL Lu uL LL LA Af fA Af ff ff fA Af ff ff ff f 画出特性曲线如图，画出特性曲线如图，（2）频率特性曲线频率特性曲线L Lf ffL称为下限截止频率。称为下限截止频率。ffL时放大时放大倍数约为倍数约为1二二. 低通电路：信号频率越低，输出电压越接近输入低通电路：信号频率越低，输出电压越接近输入 电压。电压。HHj1121ffARCfu，则令fHRCjCjRCjUUAu 1111io)arctan()(11H2HffffAu上限截止频率上限截止频率 f

6、Hf fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！ ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkk nkknkkffff12HH12LL11 . 11 1 . 1 对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则则nkknkukuAA11 lg20lg20由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得1.1为修正系数为修正系数5.5.2 截止频率的估算截止频率的估算1.多级放大器的上限频率多级放大器的

7、上限频率fH单级放大器的增益表达式为单级放大器的增益表达式为H Hf ff fj jA AA Au um mu uh h 1多级放大器的增益为多级放大器的增益为HnHnumnumnH HumumH Humumu uf ff fj jA Af ff fj jA Af ff fj jA Ah hA A 1112211当当 f=fH211122212umumHnHnH HH HH HH HH HumumA AA Af ff ff ff ff ff f 则则211122212 HnHnH HH HH HH HH Hf ff ff ff ff ff f5.5.2 截止频率的估算截止频率的估算解该方程，忽

8、列略高次项，得解该方程，忽列略高次项，得222211111HnHnH HH HH Hf ff ff ff f 2.多级放大器的下限频率多级放大器的下限频率fLf ff fj jA Al lA AL Lumumu u 1单级放大器低频增益单级放大器低频增益加上修正系数加上修正系数222211111 . 11HnHnH HH HH Hf ff ff ff f 多级放大器的增益为多级放大器的增益为f ff fj jA Af ff fj jA Af ff fj jA Al lA AL Ln nu um mn nL Lu um mL Lu um mu u 1112211那么那么 f ff ff ff f

9、f ff fLnLnL LL Lununu uu uu uA AA AA Al lA A2221221111令分母等于令分母等于2可以解出可以解出22221LnLnL LL Lf ff ff ff fL L 加上修正系数加上修正系数 n nk kLkLkL Lf ff f121 . 1教材教材P242更正更正 上述截止频率的近似公式多用于各级截止频率上述截止频率的近似公式多用于各级截止频率基本差不多的情况基本差不多的情况; 若某级下限截止频率远高于其它各级的下限截若某级下限截止频率远高于其它各级的下限截止频率，则可认为整个电路的下限截止频率就是止频率，则可认为整个电路的下限截止频率就是该级的下

10、限截止频率；该级的下限截止频率； 若某级上限截止频率远低于其它各级的下限截若某级上限截止频率远低于其它各级的下限截止频率，则可认为整个电路的上限截止频率就是止频率，则可认为整个电路的上限截止频率就是该级的上限截止频率；该级的上限截止频率； 对于有多个耦合电容和旁路电容的单管放大器对于有多个耦合电容和旁路电容的单管放大器，在分析下限截止频率时，应先求出每个电容所，在分析下限截止频率时，应先求出每个电容所确定的截止频率，然后再利用公式求出总的下限确定的截止频率，然后再利用公式求出总的下限截止频率。截止频率。使用公式注意事项：使用公式注意事项： 例例5.5.1 各级均为共射电路，其幅频特性如图。求上

11、下限频率各级均为共射电路，其幅频特性如图。求上下限频率和电压放大倍数。和电压放大倍数。解：解：（1）低频段只有一个拐点，）低频段只有一个拐点，且曲线斜率为且曲线斜率为20dB/十倍频，十倍频，说明影响低频特性的只有一说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率个电容，故电路的下限频率为为10HZ。 （2）高频段只有一个拐点，且曲线斜率为）高频段只有一个拐点，且曲线斜率为-60dB/十倍频，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，说明影响高频特性的有三个电容，即电路为三级放大电路，且每一级的上限频率均为且每一级的上限频率均为2105HZ，所以，所以Z ZZ ZH HH H

12、kHkHH Hf ff f10410252. 052. 051 （3）各级均为共射电路，所以在中频段输出电压与输入电压）各级均为共射电路，所以在中频段输出电压与输入电压相位相反。因此相位相反。因此353354)1021)(101(10)1021)(101(10 f fj jf fj jjfjfA Af fj jjfjfA Au uu u或或讨论讨论: 已知某放大电路的幅频已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问特性如图所示，讨论下列问题：题：1. 该放大电路为几级放大电路该放大电路为几级放大电路?2. 耦合方式耦合方式?3. fH？例例5.5.2 分别求出分别求出C1、C2、Ce所确所确定的下限频率表达式及电路上限频定的下限频率表达式及电路上限频率表达式。率表达式。解解：画出交流等效电路及各电容：画出交流等效电路及各电容所在回路的等效电路。所在回路的等效电路。 在考虑某个电容对频率响应的影响时在考虑某个电容对频率响应的影响时,应将其它电容作理想化应将其它电容作理想化处理处理,即将耦合电容和旁路电容视为短路即将耦合电容和旁路电容视为短路,将极间电容视为开路。将极间电容视为开路。 某个电容对频率响应的影响某个电容对频率响应的影响,表现在它所产生的截止频率上，表现在它所产生的截止频率上，截止频率决定于该电容所在回路的时间常数。截止频率决定于该电容所在回路的时间常数。112111)