第4章放大电路的频率响应和噪声

1、第第4章章 放大电路的频率响应和噪声放大电路的频率响应和噪声 4.1 放大电路的频率响应和频率失真放大电路的频率响应和频率失真 4.1.1 放大电路的幅频特性和幅频失真放大电路的幅频特性和幅频失真 4.1.2 放大电路的相频特性和相频失真放大电路的相频特性和相频失真4.1.3 波特图波特图4.2晶体管的高频小信号模型和高频参数晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型晶体管的高频小信号模型二、二、 特征频率特征频率fT4.3 晶体管放大电路的频率响应晶体管放大电路的频率响应4.3.1共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率响应一、共射放大电路的高频响应一、共射放大电路的

2、高频响应4.1.2晶体管的高频参数晶体管的高频参数二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应 三、共基电流放大系数三、共基电流放大系数(jf )及及f一、共射电流放大系数一、共射电流放大系数(j f )及其上限频率及其上限频率f第第4章章 放大电路的频率响应和噪声放大电路的频率响应和噪声 （1）掌握放大电路频率响应的有关概念，掌握放大）掌握放大电路频率响应的有关概念，掌握放大器的低频、中频和高频等效电路器的低频、中频和高频等效电路（2）掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。）掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。（3）了解单管放大电路频率响应的分析方法。）了解单管放大电路频率

3、响应的分析方法。（4）了解波特图的概念及画法。）了解波特图的概念及画法。2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术41.待放大的信号，具有一定的频率范围。待放大的信号，具有一定的频率范围。 2.放大电路的放大性能与频率有关。放大电路的放大性能与频率有关。 由于电抗元件的存在，使得放大器对不同频率信由于电抗元件的存在，使得放大器对不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同，那么放大后号分量的放大倍数和延迟时间不同，那么放大后的信号各频率分量的的信号各频率分量的大小比例大小比例和和时间相对关系时间相对关系将将不同于输入信号。不同于输入信号。由此产生的失真称为由此产生的失真称为频率失真频率失真

4、。4.1 放大电路的频率响应和频率失真放大电路的频率响应和频率失真 幅频失真和相频失真幅频失真和相频失真.avi线性失真线性失真起因起因结果结果线性电抗元件线性电抗元件引起引起非线性元件非线性元件引起引起不产生不产生新的频率分量新的频率分量产生产生新的频率分量新的频率分量非线性失真非线性失真4.1.1 放大电路的幅频特性和幅频失真放大电路的幅频特性和幅频失真 图图 4.1.2 幅频特性幅频特性(a)理想幅频特性理想幅频特性f0)j ( fAuIuA)j ( fAuf0IuALfHfI707. 0uA(c)阻容耦合放大电路幅频特性阻容耦合放大电路幅频特性 中频区中频区低频区低频区高频区高频区3d

5、B-BW上限频率上限频率下限频率下限频率通频带通频带HIIfABWABWGuu 增益频带积增益频带积中频增益中频增益 图图4.1.3 相频特性相频特性dd()2(constant)jfftt f0)j ( f (a)理想相频特性理想相频特性f 4.1.2 放大电路的相频特性和相频失真放大电路的相频特性和相频失真0)j ( f 45 90 45 90 fLfHf(c)阻容耦合放大电路的相频特性阻容耦合放大电路的相频特性 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术84.1.3 波特图波特图波特图就是一种采用对数坐标的频率特性曲线。波特图就是一种采用对数坐标的频率特性曲线。 CR+_+_iUo

6、U图图 4.1.4 高通电路的频率响应及其波特图高通电路的频率响应及其波特图（a）高通电路）高通电路 （b）频率响应）频率响应 uAff 9045001707. 0RCRCRCRUUAu 1j11j111j1io ffAuLLj11j11 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术99045dB/lg20uAff 00L1 . 0f3 图图 4.1.4 高通电路的频率响应及其波特图高通电路的频率响应及其波特图（c）波特图）波特图 LfL10 f十倍频十倍频dB/20十倍频十倍频/54 uAff 9045001707. 0（b）频率响应）频率响应 线性刻度线性刻度对数刻度对数刻度对数刻度对

7、数刻度对数刻度对数刻度2L1lg20lg20 ffAuffLarctan 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术10普遍意义的结论普遍意义的结论(1)电路的截止频率决定于电容所在回路的电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数时间常数。(2)当当f=fL或或fH时，增益下降时，增益下降3dB，且产生，且产生+45o或或- 45o相移。相移。(3)近似分析中，可用近似分析中，可用近似波特图近似波特图表示放大电路的频率特性。表示放大电路的频率特性。4.2晶体管的高频小信号模型和高频参数晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型晶体管的高频小信号模型Ib.rbbrb

8、ebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb图图4.2.1 晶体管的高频小信号混合晶体管的高频小信号混合模型模型 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术124.1.2晶体管的高频参数晶体管的高频参数一、共射电流放大系数一、共射电流放大系数(j f )及其上限频率及其上限频率fbebmecbc)j (IUgIIf 短路短路、 Ib.ecbbb reb rb eb Ceb Uebm UgcI图图 4.2.2 的分析的分析 eb0m rg ebebebbebebbebj1)j1/( CrrICrIU ffCrfj1j1j1)j (00ebeb0 20)(1 ff )j ()j (f

9、f 的上限频率）的上限频率）)j (21ebebfCrf )j ( f ffarctan )j ( f 二、二、 特征频率特征频率fT1)(12T ffoebeT21 Crffo 20)(1)j ( fff ffTf010| (jf)|0.7070三、共基电流放大系数三、共基电流放大系数(jf )及及f ffjfff 1)j (1)j ()j (000001,)1( ff fff T4.3 晶体管放大电路的频率响应晶体管放大电路的频率响应RsC1RB2RB1REC3C2RCRLUo.Us.UCC图图4.3.1 (a)共射放大器电路共射放大器电路4.3.1共射放大电路的频率响应共射放大电路的频率

10、响应1.高频小信号等效电路及其简化模型高频小信号等效电路及其简化模型一、共射放大电路的高频响应一、共射放大电路的高频响应(b)等效电路等效电路(设设RB1/RB2rbe )rbebrbbRsUsrceRCRLUobeRLCbcCbecUbegm图图4.3.1 共射放大器及其高频小信号等效电路共射放大器及其高频小信号等效电路I1I2rbbRsUsrbeCbeCMbCM RLUobeUbegmc)j)(1(1)j)(1(1)j)(j1cbcbebocboebeb1ebM CACUUCUUUIUCu I1LmeboRgUUAu )1()1(LmcbcbMRgCACCu 密勒等效电容密勒等效电容图图4

11、.3.2(a)密勒等效后的单向化等效电路密勒等效后的单向化等效电路 rbbRsUs.rbeCbeCMbCM RLUo.beUbegm.c图图4.3.2(a)密勒等效后的单向化等效电路密勒等效后的单向化等效电路)j)(11(1)j)(1(1)j)(j1cbcboebcbeboo2oM CACUUCUUUIUCu LmeboRgUUAu cbcbM)1( CCAACuuI2图图4.3.2(b)进一步的简化等效电路进一步的简化等效电路 UbegmRLUoUsRsCiUbecbLmebMebi)1( CRgCCCC sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU)(bbSebs rRrR2.高频增

12、益表达式及上限频率高频增益表达式及上限频率HIsisbesebLmsosj1j11)()j ( uuACRrRrRgUUAisHH12CRf 为输入回路时常数倒数为输入回路时常数倒数.中频区源增益）中频区源增益）(besebLmIsrRrRgAu |Aus(jf)|0.707|AuIs|AuIs|fffHfH0-180 -225-270( j )f|Aus(jf)|fffH0-180-225-2700.01fH0.1fH10fH402020 dB/10倍频程倍频程(a)(b)(c)(d)(fH)45图图4.3.3共射放大电路的高频响应共射放大电路的高频响应 (a)幅频特性；幅频特性；(b)相频

13、特性；相频特性； (c)幅频特性幅频特性近似近似波特图；波特图； (d)相频特性相频特性近似近似波特图波特图 线性刻度线性刻度对数刻度对数刻度对数刻度对数刻度( j )f二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应 (a)Us.RsC1RBRECEC2RCRLUCCUo.(a)电路电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路 1.共射放大器的低频等效电路共射放大器的低频等效电路Us.RsC1rbbRCbRECEC2RLUo.(b)berbe.Ubegm低频等效电路低频等效电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路RsC1

14、rbbRCbCE/(1)C2RLUo.(c)Us.(1)REUbegm.rbe简化低频等效电路简化低频等效电路图图4.3.4 共射放大电路及其低频等效电路共射放大电路及其低频等效电路E1E1)1(CCCCC sbesebebj1UCrRrU CebmosRUgU 2. C1、E对低频特性的影响对低频特性的影响osUsUsR 1Cbb reb r)1/(E Cebm UgCR sos)j (UUAu sososoUUUU L1besebCmbesbesebCmsosj11)(j111 rRrRgCrRrRrRgUU引入的下限角频率）引入的下限角频率）、E1besL1()(1CCCrR 为输入回路

15、时常数倒数为输入回路时常数倒数. 3. C2对低频响应的影响对低频响应的影响C2RCRL gmRCUbe.Uo.图图4.3.6 C2对低频响应影响的等效电路对低频响应影响的等效电路osU2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU L2LCLj11)( RRR(C2引入的下限角频率引入的下限角频率) )(1LC2L2RRC 为输出回路时常数倒数为输出回路时常数倒数.2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU )j1)(j1()j (L2L1Iss uuAA总低频增益：总低频增益： L1besebCmos11jrRrRgUUs sos

16、ososos)j (UUUUUUAu L2LCLosoj11)( RRRUUbesebLmIsrRrRgAu (中频源增益中频源增益) 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术3190 135 dB/lg20suAff 180 0L1 . 0fLfL10 fIslg20uA225 270 H1 . 0fHfH10 f图图4.3.7共射放大电路完整的频率响应波特图共射放大电路完整的频率响应波特图 思考题思考题1.线性失真与非线性失真有何差异？线性失真与非线性失真有何差异？2.晶体管的频率参数晶体管的频率参数f、fT、f的含义如何的含义如何？三者？三者的关系如何？的关系如何？3.共射放大电

17、路在高频区和低频区放大倍数下降共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降的原因是什么？的原因是什么？作作 业业4.14.34.44.6 图528共射放大器电路 图528共射放大器电路的幅频特性 元、器件输入示意图元、器件输入示意图Multisim 中的中的“分析方法分析方法”2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术38MP3MP3播放器的音频频率范围为播放器的音频频率范围为20Hz-20kHz20Hz-20kHz。FMFM广播的音频频率范围为广播的音频频率范围为200Hz-15kHz200Hz-15kHz。AMAM广播的音频频率范围为广播的音频频率范围为200Hz-4.5kHz200Hz

18、-4.5kHz。常见音频系统（设备）的通频带常见音频系统（设备）的通频带 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术39音阶音阶CDEFGAB简谱符号简谱符号1234567频率（频率（Hz）261293330349392440494频率频率( (对数对数) )48.349.350.350.851.852.853.8音阶的划分是在频率的对数坐标音阶的划分是在频率的对数坐标(20log)(20log)上取等分而得上取等分而得 2022年5月2日星期一模拟电子技术模拟电子技术40使用分贝做单位使用分贝做单位的的主要主要优点优点 (1)(1)数值变小，读写方便。数值变小，读写方便。 一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出，一共要放大一共要放大2 2万倍左右。万倍左右。 (2)(2)运算方便。运算方便。 若某功放前级是若某功放前级是100100倍倍(20dB)(20dB)，后级是，后级是2020倍倍(13dB)(13dB)，那么总功率放大倍数是那么总功率放大倍数是10010020=200020=2000倍，总增益为倍，总增益为20dB20dB13dB=33dB13dB=