电子科大课堂讲义-模拟电路-第6章

1、 第六章第六章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 6.1 频率响应的一般概念频率响应的一般概念 一、频率响应：一、频率响应： 是指放大电路输出电压的振幅及附加相移随输入电压的是指放大电路输出电压的振幅及附加相移随输入电压的频率变化（响应）。频率变化（响应）。 故放大电路的故放大电路的Au为相量：为相量：)()()(jiojueUUejAiouUUA模模Au=Uo/Ui 及辐角及辐角 均是频率的函数，前者均是频率的函数，前者称为幅频特性，后者称为相频特性。称为幅频特性，后者称为相频特性。)()()()()()(fjiofjujiojueUUejfAeUUejAiouUUA放大器对不同频率输入

2、信号的响应需要用幅频特性和相放大器对不同频率输入信号的响应需要用幅频特性和相频特性来共同描述。频特性来共同描述。1 放大电路中存在大电容（放大电路中存在大电容（C1、C2、CE）及小电容（管）及小电容（管子极间电容），容抗与频率有关，故输出电压的大子极间电容），容抗与频率有关，故输出电压的大小和相位均与输入信号的频率有关，小和相位均与输入信号的频率有关， 电压增益与频率有关（为相量），这就是频率响应。电压增益与频率有关（为相量），这就是频率响应。为什么放大电路会有频率响应？为什么放大电路会有频率响应？+-2在不同的频率段，这些大、小电容所起的作用不同。在不同的频率段，这些大、小电容所起的作用不

3、同。（1）中频段）中频段：大电容可视为短路，小电容可视为开路，：大电容可视为短路，小电容可视为开路， 故中频段不考虑各类电容的影响，中频段电压增益故中频段不考虑各类电容的影响，中频段电压增益与频率无关，是实数。与频率无关，是实数。 前面对放大电路的分析，就是对应于信号的中频段前面对放大电路的分析，就是对应于信号的中频段范围。范围。前面对放大电路的求解为什么没有考虑频率因素？前面对放大电路的求解为什么没有考虑频率因素？+-（2）低频段：大电容不再视为短路，它们对信号的）低频段：大电容不再视为短路，它们对信号的分压使电压增益下降，并产生附加相移（正）；而小分压使电压增益下降，并产生附加相移（正）；

4、而小电容更可视为开路；故低频段引起电路频率响应的因电容更可视为开路；故低频段引起电路频率响应的因素是大电容。素是大电容。+-C2（3）高频段：大电容更可视为短路；小电容不再视）高频段：大电容更可视为短路；小电容不再视为开路，它们对信号分流，使电压增益下降并产生为开路，它们对信号分流，使电压增益下降并产生附加相移（负）；故高频段引起放大电路频率响应附加相移（负）；故高频段引起放大电路频率响应的因素是小电容。的因素是小电容。+-cbCmebcbebCRgCCKCC)1 ()1 (BJT的混合的混合等效电路等效电路单向化的混合单向化的混合等效电路等效电路+-高频等效电路高频等效电路高频等效电路的简化

5、高频等效电路的简化 fL：低端截止频率（下限截止频率）；：低端截止频率（下限截止频率）； fH：高端截止频率（上限截止频率）；：高端截止频率（上限截止频率）； fL、fH又称又称3分贝（分贝（-3dB）截止频率、半功率频率。）截止频率、半功率频率。 LHfff二、下限频率、上限频率和通频带二、下限频率、上限频率和通频带称为放大电路的通频带（称为放大电路的通频带（BW）简称带宽。简称带宽。幅频失真：放大电路对不同频率分量因放大倍数不同幅频失真：放大电路对不同频率分量因放大倍数不同而引起输出信号的畸变；而引起输出信号的畸变；相频失真：放大电路对不同频率分量的时延不同而引相频失真：放大电路对不同频率

6、分量的时延不同而引起输出信号的畸变。起输出信号的畸变。频率失真特点：输出信号中没有产生新的频率分量。频率失真特点：输出信号中没有产生新的频率分量。又称线性失真又称线性失真。三、放大电路的频率失真三、放大电路的频率失真复习：复习：非线性失真产生的原因及特点。非线性失真产生的原因及特点。原因：原因：器件伏安特性的非线性；器件伏安特性的非线性；非线性失真包括：非线性失真包括：削波失真（饱和、截止失真）和交越失真削波失真（饱和、截止失真）和交越失真特点：特点：输出出现了输入所没有的输出出现了输入所没有的新的新的频率分量。频率分量。两种失真的区别。两种失真的区别。例例1 填空填空放大器存在非线性失真的根

7、本原因是（放大器存在非线性失真的根本原因是（ ）。）。 例例2：向放大电路输入正弦电压，当输出是非正弦周向放大电路输入正弦电压，当输出是非正弦周期电压时，该放大器一定产生了（期电压时，该放大器一定产生了（ ）。）。 A、相频失真、相频失真 B、幅频失真、幅频失真 C、非线性失真、非线性失真 D、削波失真、削波失真例例3：放大器对输入信号各频率成份的放大倍数放大器对输入信号各频率成份的放大倍数不同而产生的输出波形失真属于（不同而产生的输出波形失真属于（ ）。）。 A. 频率失真频率失真 B.相位失真相位失真 C. 削波失真削波失真 D.非线性失真非线性失真例例5：如果放大器出现非线性失真，则输出

8、的频率分量如果放大器出现非线性失真，则输出的频率分量 一定比输入频率分量（一定比输入频率分量（ ）。）。 A. 多多 B. 少少例例4：当放大器输出信号的频率分量与输入信号不完当放大器输出信号的频率分量与输入信号不完 全相同时，放大器出现了（全相同时，放大器出现了（ ）失真。）失真。例例6：当放大器放大单一频率的正弦信号时，是否存在当放大器放大单一频率的正弦信号时，是否存在 频率失真？（频率失真？（ ）例例7 关于放大器频率失真的下面四种说法中，关于放大器频率失真的下面四种说法中， （ ）是错误的。）是错误的。A、放大器通频带太窄可能引起频率失真；、放大器通频带太窄可能引起频率失真；B、频率失

9、真使输出的频率成分增多，从而使输出波形、频率失真使输出的频率成分增多，从而使输出波形 畸变；畸变；C、产生频率失真的原因是放大器模型中的电抗元件、产生频率失真的原因是放大器模型中的电抗元件 所致；所致；D、频率失真可能引起输入信号各频率分量在输出口的、频率失真可能引起输入信号各频率分量在输出口的 时延不同。时延不同。1、放大电路频率特性曲线的绘制、放大电路频率特性曲线的绘制波特图波特图幅频特性幅频特性：坐标系采用：坐标系采用双双对数坐标对数坐标纵坐标纵坐标 Au（j） 取对数，取对数，用用dB为单位为单位 ( 20lgAu) ；横坐标横坐标 f 取对数，采用十倍频程刻度。取对数，采用十倍频程刻

10、度。四、波特四、波特(Bode)图：用于表示放大电路频率特性。图：用于表示放大电路频率特性。0.01f0.1f1f10f100ff20logAu相频特性相频特性：纵坐标相位采用等分刻度；纵坐标相位采用等分刻度；横坐标横坐标 f 取对数：十倍频程。取对数：十倍频程。在上述的坐标系上画出的频率特性曲线图，称为波特图。在上述的坐标系上画出的频率特性曲线图，称为波特图。波特图的绘制可采用以渐近线（折线）来近似实际频率波特图的绘制可采用以渐近线（折线）来近似实际频率特性曲线。特性曲线。0.001f 0.01f0.1f1f10f102f103ff2、增益的分贝表示法、增益的分贝表示法工程上常以分贝（工程上

11、常以分贝（dB）作为增益的单位。）作为增益的单位。定义：定义：Ap（dB）=10logAp Au（dB）=20logAu Ai（dB）=20logAiAu(倍数倍数)与与20logAu(dB)的对应关系：的对应关系：倍数倍数 0.01 0.1 0.7.07 1 1.414 2 10 100 dB -40 -20 -3 0 3 6 20 40 例：若例：若Au=-70.7(倍倍) , 则则Au(dB)=20log-70.7 =20log0.707+20log102 = - 3+40=37dB 3、放大电路波特图、放大电路波特图 中频段：幅频特性曲线为一条水平直线，中频段：幅频特性曲线为一条水平直

12、线， 其值为中频增益；其值为中频增益； 低频段：低频段： 从中频段开始，随着频率下降，经过从中频段开始，随着频率下降，经过fL，幅，幅 频特性渐进线斜率改变为频特性渐进线斜率改变为 +20dB/dec； 高频段：高频段： 从中频段开始，随着频率上升，经过从中频段开始，随着频率上升，经过fH ，幅，幅 频特性渐进线斜率改变为频特性渐进线斜率改变为 -20dB/dec。 4、放大电路低频段、高频段幅频特性波特图规律、放大电路低频段、高频段幅频特性波特图规律低频截止频率低频截止频率fL使幅频特性曲线衰减，使幅频特性曲线衰减，fL越小，放大电路低频响应越好；越小，放大电路低频响应越好；高频截止频率高频

13、截止频率fH也使幅频特性曲线衰减，也使幅频特性曲线衰减，fH越大，放大电路高频响应越好。越大，放大电路高频响应越好。6.2 三极管频率参数三极管频率参数三极管共射电流放大系数三极管共射电流放大系数在低频、中频段是一个常数。在低频、中频段是一个常数。当当f，。ffjo1f：共射截止频率：共射截止频率当当f=f时，时，）（。dBoooo3lg202lg20lg20lg2070702特征频率特征频率fT：1对应的频率。对应的频率。当当f=fT时，时，0lg20,1f、fT 的关系为：的关系为： fT of的波特图的波特图三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。三极管的频率参数也是选用三极管的重

14、要依据之一。共基截止频率共基截止频率ffjo1f：共基截止频率：共基截止频率fffffTo)1 (6.3 阻容耦合单管共射放大电路频率响应阻容耦合单管共射放大电路频率响应用混合用混合型等效电路分析放大电路频率响应。型等效电路分析放大电路频率响应。用短路时间法估算低频截止频率用短路时间法估算低频截止频率fL；用开路时间法估算高频截止频率用开路时间法估算高频截止频率fH；一、中频段一、中频段bebiioisiiiisoSousmrRRUURRRURRRUUUA/,ebmebebbeebebebbbiCebmorgUrrUrrrURUgU,)(beCiSiusmrRRRRA二、低频段（二、低频段（C

15、1与与Ri构成构成RC高通电路）高通电路）SousLUUASiSibeebiebbbebebCebmoUcjRRRrrUrrrURUgU1)(1)(111CRRjrRRRRUUAiSbeCiSiSousLffjAjAjACRRjACRRjrRRRRUUALusmLusmLsumiSusmiSbeCiSiSousL111111)(111)(11111其中其中2,2,)(11ffCRRLLiSL三、高频段三、高频段简化模型简化模型C左端等效电源左端等效电源SbeebiSiSebbbebiSiiiSiSUrrRRRUrrrRRRURRRU)/(/bSbbebRRrrRR与与C构成构成RC低通电路低通电路SousHUUAHusmHusmusmusHSbeebiSisSSebCebmoffjAjACRjAAUrrRRRUUCRjUCjRCjURUgU1111111111,)(四、完整波特图四、完整波特图)1)(1 (HLusmusffjffjAA例例 估算估算BWffALHusm;(C2视为对交流短路视为对交流短路)LCLbebiiibeLiSiusmRRRrRIURrRRRRA/bBECCBQCQEQEQbbbeRUVIIIImvrr26)1 (LHEQmbSbbebebLmebHHiSLLffBWIgRRrrRCR