第五章 放大电路频率响应

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5.1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5.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型童童诗诗白白第第三三版版第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.1频率响应概述频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性研究放大电路频率响应的必要性当输入信号的频率过高或过低，电路的放大倍数会减小，当输入信号的频率过高或过低，电路的放大倍数会减小，并且产生相移，放大倍数成为信号频率的函数，这种关系并且产

2、生相移，放大倍数成为信号频率的函数，这种关系称为称为频率响应或频率特性。频率响应或频率特性。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应产生频率响应的原因？产生频率响应的原因？小小信号等效模型只适用于低频信号的分析。信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并分析单级和多级放大电本章将引入高频等效模型，并分析单级和多级放大电路的频率响应，阐明放大电路的上限频率、下限频率路的频率响应，阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法。和通频带的求解方法。第五章放大电路的频率响应

3、第五章放大电路的频率响应一、一、 高通电路高通电路+_+_CRiUOU图图 5.1.1（a) RC 高通电路高通电路RCCRRUUAu j111j1iO 令：令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：)(arctan90Lff相角：5.1.2频率响应的基本概念频率响应的基本概念fL称为下限截止频率称为下限截止频率第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应频率响应曲线频率响应曲线2LL1ffffAu)(arctan90Lff相角：2LL1ffffAu返回返回RCf 21L 时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 时时，当当 Lff Luff

4、A/1uA21uA)(arctan90Lff2LL1ffffAu模：第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应二、二、 RC 低通电路低通电路图图 5.1.2RC 低通电路图低通电路图+_+_CRiUOURCCRCAu j11j1j1 令令 ：RCf 2121HH 则：则：HHj11j11ffAu 2H11 ffAu Harctanff fH称为上限截止频率称为上限截止频率第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应频率响应曲线频率响应曲线返回返回RCf 21H 时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 时时，当当 Hff ffAV/H2)/(11HVffA 1 VA21 VAHarc

5、tanff第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.1.3 波特图波特图uAlg20第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应Av0.010.10.7071210100Av的对数-40-20-30362040表表31 Av与其对数的对应关系与其对数的对应关系2第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应高通电路高通电路幅频幅频返回返回2L)(11ffAV 21lg20lg20lg20 LLVffffA时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 时时，当当 Lff )/lg(20lg20HffAVdB 0lg20VA称称0分贝水平线

6、分贝水平线称斜率为称斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线dB 32lg20lg20VA第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应高通电路高通电路相频相频返回返回时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 时时，当当 Lff 0 45 90 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 )arctg(-90Lff第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应高通电路高通电路总结总结第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 时时，当当 Hff )/lg(20lg20HffAV dB 01lg20l

7、g20 VA称称0分贝水平线分贝水平线称斜率为称斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线2)/(11HVffA 2)/(1lg20lg20HVffA -3dB2lg20lg20VA低通电路低通电路幅频幅频第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应低通电路低通电路相频相频时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 时时，当当 Hff 0 45 90 时时，当当 100.1 HHfff 十十倍倍频频程程的的直直线线斜斜率率为为/45 )arctg(Lff 第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应时时，当当 Hff 最大误差最大误差 -3dBH f也称 为转折频率，低通电路低通电

8、路总结总结当频率较低时，当频率较低时，AV 1，输出与，输出与输入电压之间的相位差输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高，。随着频率的提高， AV 下降，相位差增大，且输出电压是滞下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后后于输入电压的，最大滞后90o。在此频率。在此频率响应中，上限截止频率响应中，上限截止频率fH是一个重要的频率是一个重要的频率点。点。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应小结小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数常数，即决定了，即决定了fL和和fH。（2）当信号频率等于）当信号频率等于fL或或f

9、H放大电路的增益下降放大电路的增益下降3dB，且产生，且产生+450或或-450相移。相移。（3 3）近似分析中，可以用折线化的近似波特图）近似分析中，可以用折线化的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。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型 高频信号作用下，晶体管的结电容的影响高频信号作用下，晶体管的结电容的影响必须考虑。必须考虑。物物理理模模型型 re - 发射结电阻发射结电阻 rbc -集电结电阻集电结电阻 Cbc-集电结电容集电结电容集电区、集电区、发射区和发射区和 基基区的体电阻，区的体电阻，是假想的基区内

10、是假想的基区内的一个点。的一个点。 Cbe -发射结电容发射结电容5.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路（模型）等效电路（模型）第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.2.1 晶体管的混合晶体管的混合等效电路等效电路混合混合型高频小信号模型是型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建通过三极管的物理模型而建立的。立的。gm 跨导跨导 这一模型中用这一模型中用 代替代替 ，这是因，这是因为为本身就与频率有关，而本身就与频率有关，而gm与频率无关。与频率无关。eb.mVg0bI 一、完整的混合一、完整的混合模型模型第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应二、简化的二、简化

11、的混合混合 模模型型通常情况下，通常情况下，rce远大于远大于c-e间所接的负载间所接的负载电阻，而电阻，而rb/c也远大于也远大于C的容抗，因而可的容抗，因而可认为认为rce和和rb/c开路。开路。( (b) )混合混合 模模型型ebU图5.2.2 混合混合 模模型的型的简化简化 (a)简化的简化的混合混合 模模型型第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应C跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将常将C等效在输入回路和输出回路，称为等效在输入回路和输出回路，称为单向化单向化。单向单向化靠等效变换实现。化靠等效变换实现。图5.

12、2.2简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (b)单向化后的混合单向化后的混合 模模型型图5.2.2简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (C) 忽略忽略C的混合的混合 模模型型因为因为C ，且一般情况下。，且一般情况下。 的容抗远大于集电的容抗远大于集电极总负载电阻极总负载电阻R， 中的电流可忽略不计，得简化模型中的电流可忽略不计，得简化模型图（图（C）。）。Cu/Cu/Cu/第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应密勒定理：密勒定理：用两个电容来等效用两个电容来等效 C 。分别接在。分别接在 b 、e 和和 c、e 两端。两端。其中：其中：电容值分别为电容值分别为：等效电容的求

13、法等效电容的求法CKKCCKC 1;)1(CK1CC）（图5.2.2简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (b)单向化后的混合单向化后的混合 模模型型图5.2.2简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (C) 忽略忽略C的混合的混合 模模型型ebceUUK第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应三、三、混合混合 模模型的主要参数型的主要参数将混合将混合 模模型和简化的型和简化的h h参数等效模型相比较，参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。它们的电阻参数完全相同。EQbbbeebbb26)1 (Irrrr EQbbbeeb26)1 (IrrrbebbmebmIrIgUg 26E

14、QebmIrgC可从手册中查得可从手册中查得Cobob ， Cobob与与C近似相等。近似相等。C数据可从手册中给定的特征频率数据可从手册中给定的特征频率fT T和放大电路和放大电路 的的Q点求解。点求解。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应晶体管电流放大倍数的频率相应 当频率升高时由于极间电容的存在，电流放大倍数是频当频率升高时由于极间电容的存在，电流放大倍数是频率的函数率的函数1) 1(0CrjCjrUUgIIIebebebebmcbcCCCCrfeb21ffj10第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.2.2 三极管的频率参数三极管的频率参数 在低频时，在低频时，

15、是一个常数；当频率升高时，是一个常数；当频率升高时， 将会下降，并满足下式：将会下降，并满足下式： ffj 10低频时的共射电低频时的共射电流放大系数流放大系数三极管三极管 值下降值下降 时的频率时的频率021 )arctg( ff 20)(1 ff 分别用模和相表示：分别用模和相表示：取对数：取对数：201lg20lg20lg20 ff画出波特图如下画出波特图如下第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应 做出做出的幅频特性和相频特性曲线。的幅频特性和相频特性曲线。 三极管三极管的幅频特性和相频特性曲线的幅频特性和相频特性曲线当当=1时对应时对应的频率称为的频率称为特特征频率征频率 f

16、T，且有且有fT0 f 当当20lg下降下降3dB时时,频率频率 f 称为称为共发射极接共发射极接法的法的截止频率。截止频率。 0.707倍倍第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应1.共射截止频率共射截止频率 f 值下降到值下降到 0.707 0 ( (即即 ) )时的频率。时的频率。 021 当当 f = f 时，时，00707. 021 )dB(3lg202lg20lg20lg2000 值下降到中值下降到中频时的频时的 70% 左右。或对数幅频特左右。或对数幅频特性下降了性下降了 3 dB。 几个频率的分析几个频率的分析第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应2.特征频率

17、特征频率 f T 值降为值降为 1 时的时的频率。频率。 1 f fT 时，时，三极管失去放大作用；三极管失去放大作用； f fT 时，由式时，由式；112T0 ff得：得： ff0T 第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应3.共基截止频率共基截止频率 f 值下降为低频值下降为低频 0 时时 的的 0.707 时的频率。时的频率。 ffj10 第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应 f 与与 f 、 fT 之间关系：之间关系：因为因为， 1 ffj10 可得可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比较较，可可知知与与 ffj10 ff)1(10000第五章

18、放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应说明：说明： ff)1(10000 ，因因为为：所以：所以：1. f 比比 f 高很多，等于高很多，等于 f 的的 (1 + 0) 倍；倍；2. f fT Rs，Rb rbe；(1 + gmRc)Cb c Cb eCRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故cbbbs)(21 CrR第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应cbbbsHsm)(21 CrRfAu说明：说明：HsmfAu 式不很严格，但从中可以看出一个大式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，概的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和和 Cb c

19、 的值即被的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用电路，首要的问题是选用 rbb 和和 Cb c 均小的高频三极管。均小的高频三极管。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：多级

20、放大电路的电压放大倍数：unuuuAAAA 21对数幅频特性为：对数幅频特性为： nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有电路中有多个低通电路多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有含有多个高通电路多个高通电路。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应多级放大电路的总相位移为：多级放大电路的总相位移为： nkkn121 两级放大电路的波

21、特图两级放大电路的波特图图图 5.5.1fHfL幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 级级二二 级级 20dB/十倍频十倍频 40dB/十倍频十倍频第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应图图 5.5.1相频特性相频特性 270 360fL1fH1fO 540 180 450 90一一 级级二二 级级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。通频带为窄。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算多级放大电路的上限频率和

22、下限频率的估算2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1 . 1nffff 在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据即：即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级

23、的上限频率。为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。第五章放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应例例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求特性如图所示。求下限频率、下限频率、上限频率和电压放大倍数。上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，）高频段只有一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。解：（解：（1）低频段只有一个）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的只有一个电容，故电路的下限频率为的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=10