第11讲多级放大电路

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二节第二节 放大电路的频率响应放大电路的频率响应一、基本概念一、基本概念 uuAA( (一一) )频率响应（频率特性）频率响应（频率特性） 放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应)( fAu)( f放大电路的幅频特性放大电路的幅频特性放大电路的相频特性放大电路的相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学图图3-9 3-9 共射电路的频率响应共射电路的频率响应(a)(a)共射基本放大电路；共射基本放大电路； (b)(b)幅频特性；幅频特性； (c)(c)相频特性相频特性 模拟电子技术模拟

2、电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 ( (二二) )中频段、低频段和高频段中频段、低频段和高频段 当全面分析频率响应时，常分为三个频段进行：当全面分析频率响应时，常分为三个频段进行：中频段中频段、低频段低频段与与高频段高频段。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、中频段、中频段-在通频带以内的频率范围在通频带以内的频率范围 各种容抗忽略不计；各种容抗忽略不计； uu为常数，与频率无关为常数，与频率无关A Au uM M ； 无其他附加相移，无其他附加相移， CECE放大器为反相放大器，放大器为反相放大器， = 180 = 180。 LHfff通频带通频带 模拟电子技术

3、模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学耦合耦合、旁路电容旁路电容的容抗不可忽略，的容抗不可忽略，损耗一部分信号损耗一部分信号, ,使放大倍数使放大倍数uu下降，下降，Lff2 2、低频段、低频段- - 的频率范围的频率范围下限截止频率下限截止频率相移相移超前超前 ，最大超前，最大超前9090。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 晶体管的晶体管的极间电容极间电容、接线电容接线电容使信使信号旁路掉一部分；号旁路掉一部分；晶体管的晶体管的 值值也随频率升高而减小，也随频率升高而减小，均使电压放大倍均使电压放大倍uu数下降，数下降，相移相移滞后滞后 ，最大滞后，最大滞后 9090

4、。Hff3 3、高频段、高频段- 的频率范围的频率范围上限截止频率上限截止频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学( (三三) )下限频率下限频率f fL L、上限频率、上限频率f fH H及通频带及通频带f fbwbw 定义：定义：当放大倍数下降到中频段的当放大倍数下降到中频段的 （0.707）时所对应的低频频率和高频频率分别为下限频率时所对应的低频频率和高频频率分别为下限频率fL 和上限频率和上限频率fH21f fL L和和f fH H这两个频率点也叫半功率频率点。这两个频率点也叫半功率频率点。通频带通频带fbw：上限频率上限频率f fH H和下限频率和下限频率f fL

5、L 之间的频率范围。之间的频率范围。通频带的宽度表征放通频带的宽度表征放大电路对不同频率输大电路对不同频率输入信号的响应能力，入信号的响应能力，是放大电路的重要技是放大电路的重要技术指标之一。术指标之一。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学( (四四) )增益带宽积增益带宽积定义：定义：放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即 增益带宽积增益带宽积= =usMbWAf 可见，欲使增益带宽积大，必须选用可见，欲使增益带宽积大，必须选用 及及 小的高频管。小的高频管。当管子选定后，增益带宽积大体上就一定了。因此，若把放当管子选定

6、后，增益带宽积大体上就一定了。因此，若把放大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍数，即增益带大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍数，即增益带宽积为一个常数。宽积为一个常数。12 ()usMbWSbbAfRrCCbbr常量常量由理论分析推导知由理论分析推导知 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、单级共射放大电路的频响分析二、单级共射放大电路的频响分析1.1.共射电路全频段频率响应共射电路全频段频率响应分三个频段分析：分三个频段分析：中频段中频段低频段低频段高频段高频段 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学混合混合 参数等效电路参数等效电路 模拟电子技术模

7、拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(1)中频段中频段视作短路视作短路视作视作开路开路12,eC C C,CCLmisiusMRpgrRrA在中频段放大倍数与频率无关，是实常数。在中频段放大倍数与频率无关，是实常数。180其中其中CLLEQebmbeebRRRmvIrgrrp/;26; 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)低频段低频段起作用，起作用，视作开路视作开路1ouSMuSLLsUAAfUjf112 ()LSifRr CuSM2|A|1()uSLLAff0180arctanLff 其中其中 起主要作用起主要作用幅频特性幅频特性相频特性相频特性12,eC C C,C

8、C1C下限频率下限频率在低频段在低频段 的容抗使放大倍数的幅的容抗使放大倍数的幅值下降，且相位超前。值下降，且相位超前。12,eC C C低频段频响：低频段频响： 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学下限频率的求法：下限频率的求法：12,eC C C1C1C在低频段在低频段 起作用，起作用， 起主要作用，因此用起主要作用，因此用 来计算来计算 Lf11)(2121CrRCRfiSL等效上限频率取最大的一个上限频率取最大的一个 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(3)高频段高频段视作短路视作短路12,eC C C,CC起作用，起作用，起主要作用起主要作用0180

9、arctanHff 幅频特性幅频特性相频特性相频特性CHuSMuSHffjAA112)(11HuSMuSHffAA在高频段在高频段 的容的容抗使放大倍数的幅值下抗使放大倍数的幅值下降，且相位滞后。降，且相位滞后。,CC高频段频响高频段频响 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学上限频率的求法：上限频率的求法：在高频段在高频段 起作用，起作用， 起主要作用，因此用起主要作用，因此用 来计算来计算 HfCRfH等效21,CCCebbbbSrrRRR/)/(等效C下限频率取最小的一个下限频率取最小的一个 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(4)全频段频响全频段频响(1

10、)(1)uSMusLHAAffjjff 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、波特图（、波特图（BodeBode）的一般画法）的一般画法定义定义：采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线称为波：采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线称为波特图特图。(1) (1) 幅频特性：幅频特性：(2) (2) 相频特性：相频特性：横轴：取对数刻度横轴：取对数刻度lgflgf纵轴：纵轴：20lg|u| 20lg|u| 单位单位:dB:dB纵轴：纵轴：（线性）（线性） 单位单位: :度度横轴：横轴：取对数刻度取对数刻度lgflgf采用对数坐标系采用对数坐标系 模拟电子技术模拟电子技术哈

11、尔滨工程大学哈尔滨工程大学3 3、幅频特性波特图（低频段）、幅频特性波特图（低频段）220lg 1 ()020lg20lgLLLffffff220lg 1 ()0Lff斜率为斜率为+20dB/十倍频程十倍频程 折线近似带来的误差不超过折线近似带来的误差不超过3dB,3dB,发生在发生在 f fL L处。处。dB32lg20注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差时，Lff 时，Lff 2)(1lg20lg20lg20ffAALuSMuSL 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、相频特性波特图（低频段）、相频特性波特图（低频段）这种折线的近似误差为这种折线的近似误差为 发生

12、在发生在 和和 处。处。斜率为斜率为-45-450 0/ /十倍频程十倍频程 0180arctanLff 135,45ffarctgffLL时，o5.71180, 0ffarctgffLL时，0.1Lf10Lflg f90,90ffarctgffLL时， 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 折线近似带来的误差不超过折线近似带来的误差不超过3dB,3dB,发生在发生在 f fH H处。处。高频段幅频波特图高频段幅频波特图2)(1lg20lg20lg20HuSMuSHffAA时，Hff 时，Hff 0)(1lg202HffHHfffflg2

13、0)(1lg202 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学0H180arctanff 270,90HHffarctgff时，225,45HHffarctgff时，斜率为斜率为-45-45/ /十倍频程十倍频程这种折线的近似误差为这种折线的近似误差为 发生在发生在 和和 处。处。o5.71H0.1fH10f高频段相频波特图高频段相频波特图180,0HHffarctgff时， 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学波特图的一般画法波特图的一般画法 (a)(a)幅频特性；幅频特性； (b)(b)相频特性相频特性 注意：注意：1 1、图上的、图上的“ss”ss”符号符号为任

14、意延长符号；为任意延长符号；2 2、图上的、图上的0dB0dB只代表纵只代表纵坐标的坐标原点，不代坐标的坐标原点，不代表横坐标的坐标原点表横坐标的坐标原点。 全频段波特图全频段波特图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、一般画法：、一般画法：三、波特图画法总结：三、波特图画法总结：先求中频电压放大倍数先求中频电压放大倍数AuSM 和f fH H 、f fL L幅频特性：幅频特性：从从f fH H向右作一条斜率为向右作一条斜率为20dB/20dB/十倍频程的斜直线十倍频程的斜直线从从f fL L向左作一条斜率为向左作一条斜率为20dB/20dB/十倍频程的斜直线十倍频程的

15、斜直线在在f fL L与与f fH H之间作一条之间作一条L LA A=20lg|A=20lg|Au uSMSM| |的水平线的水平线三折线三折线幅频特性幅频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学0.1f0.1fL L至至10f10fL L 及及0.1f0.1fH H至至10f10fH H之间，作两条斜率为之间，作两条斜率为 4545/ /十倍频程的直线十倍频程的直线相频特性相频特性：10f10fL L和和0.1f0.1fH H之间作一条之间作一条=180180的水平直线的水平直线0.1f0.1fL L向左作一条向左作一条= 90= 90的水平直线的水平直线10f10fH

16、H向右作一条向右作一条= 270= 270的水平直线的水平直线五折线五折线相频特性相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 归一化画法归一化画法波特图的归一化画法波特图的归一化画法波特图的一般画法波特图的一般画法1(1)(1)uSLuSMHAffAjff 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 波特图归一化画法总结波特图归一化画法总结图图3-14 3-14 波特图的归一化画法波特图的归一化画法(a)(a)幅频特性；幅频特性；(b)(b)相频特性相频特性电压放大倍数表达式采用归一电压放大倍数表达式采用归一化方法表示，即求下面的比值化方法表示

17、，即求下面的比值 所不同的是在第一步只需计算所不同的是在第一步只需计算f fL L及及f fH H两个要素就行了，无需两个要素就行了，无需计算中频电压放大倍数计算中频电压放大倍数A AuSMuSM。中频段的幅频特性就是一条与中频段的幅频特性就是一条与横坐标横坐标(0dB)(0dB)相重合的水平线。相重合的水平线。1(1)(1)uSLuSMHAffAjff注意原点的值注意原点的值 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 归一化画法归一化画法图图3-14 3-14 波特图的归一化画法波特图的归一化画法(a)(a)幅频特性；幅频特性；(b)(b)相频特性相频特性在相频特性中，

18、纵坐标必须在相频特性中，纵坐标必须用附加相移用附加相移表示。所谓表示。所谓附加相移就是指除晶体管反附加相移就是指除晶体管反相相(180(180) )作用以外的相移。作用以外的相移。 注意原点的值注意原点的值ffarctgLHffarctg 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、多级放大电路的频率特性四、多级放大电路的频率特性( (一一) )多级放大电路的幅频特性与相频特性多级放大电路的幅频特性与相频特性如前所述，多级放大电路总的电压放大倍数为各单级放大倍如前所述，多级放大电路总的电压放大倍数为各单级放大倍数的乘积，即数的乘积，即 n=0,1,2n=0,1,2将上式取绝对值后再

19、取对数，就可得到多级放大电路的对数将上式取绝对值后再取对数，就可得到多级放大电路的对数幅频特性。幅频特性。 多级放大电路的总相移为多级放大电路的总相移为1nk1AnuuucunkAAAA1220lg20lg20lg20lg20lg|ukuuuunAAAAA121nnkk 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 以上表达式中的以上表达式中的 和和 分别为第分别为第k k级放大电路级放大电路的放大倍数和相移。的放大倍数和相移。 多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和，多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和，而相移也是等于各级相移之和。而相移也是等于各级相移之和。 根据叠加原理

20、，只要把各级特性曲线在同一横坐标根据叠加原理，只要把各级特性曲线在同一横坐标上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特性与相频特性。性与相频特性。ukAk 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学两级放大电路幅频特性与相频特性的合成两级放大电路幅频特性与相频特性的合成(a)(a)幅频特性；幅频特性； (b)(b)相频特性相频特性把具有同样参数的两级把具有同样参数的两级放大器串接起来，只要放大器串接起来，只要把每级曲线的每一点的把每级曲线的每一点的纵坐标增加一倍，就得纵坐标增加一倍，就得到总的幅频特性和相频到总的幅频特性和相频特性曲线

21、。特性曲线。从曲线上可以看到，原从曲线上可以看到，原来对应每级下限来对应每级下限3dB3dB的的频率频率f fL L和和f fH H，现在比中，现在比中频段要下降频段要下降6dB6dB。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各级上限频率之间的关系，由下面近似公式确定级上限频率之间的关系，由下面近似公式确定 其中，其中，1.11.1为修正系数。一般级数越多，误差越小。为修正系数。一般级数越多，误差越小。( (二二) )多级放大电路的上限频率和下限频率多级放大电路的上限频率和下限频率 1.1.上限

22、频率上限频率f fH H2.2.下限频率下限频率f fL L计算多级放大电路的下限频率的近似公式为计算多级放大电路的下限频率的近似公式为其中，其中，1.11.1也是修正系数。也是修正系数。 2221211111.1HHHHnffff222121.1LLLLnffff 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学多级放大电路的频率响应：分析举例多级放大电路的频率响应：分析举例 一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。互影响）的幅频特性均如图所示。6dB3dBfLfH0.643fH1121lg40lg20lg20lg20

23、uuuuAAAAfL fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学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. 2. 耦合方式耦合方式? ?3. 3. 在在 f f 10104 4Hz Hz 时，增益下降多少？附加相移时，增益下降多少？附加相移？4. 4. 在在 f f 10105 5Hz Hz 时，附加相移时，附加相移？5. 5. 画出相频特性曲线；画出相频特性曲线；6. f6. fH H？?uA 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

24、问特性如图所示，讨论下列问题：题： 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第三节：放大电路的线性与非线性失真问题第三节：放大电路的线性与非线性失真问题 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 由于放大电路中存在电抗元件由于放大电路中存在电抗元件( (电容、电感等），电容、电感等），所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号的波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真。的波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真。1.1.线性失

25、真基本概念线性失真基本概念丰富频率成分的信号丰富频率成分的信号电路中有电抗元件电路中有电抗元件输出畸变输出畸变线性失真线性失真 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例例 RCRC电路如图所示，当输入信号为周期为电路如图所示，当输入信号为周期为1ms1ms的方波的方波时，画出输出电压波形。时，画出输出电压波形。F1 . 01k 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学12sin 3sin 5( )(sin)235ttuttI 对输入信号做傅里对输入信号做傅里叶分解，可见输入信叶分解，可见输入信号中包含丰富的频率号中包含丰富的频率成分。成分。 由于电容由于电容C C对

26、于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出波形产生了失真。波形产生了失真。 由于由于RCRC电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号的各个频率分量分别作用于的各个频率分量分别作用于RCRC电路，最后在输出端求和。电路，最后在输出端求和。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n幅度失真：幅度失真：( (与振幅频率特性有关与振幅频率特性有关) ) 放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大小不同，使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关小不同，使输出信号各个频率分量的

27、振幅相对比例关系发生了变化，从而导致输出波形失真。系发生了变化，从而导致输出波形失真。2.2. 线性失真的分类线性失真的分类例例 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号谐波振幅比为输入信号谐波振幅比为10:6:210:6:2输出信号谐波振幅比为输出信号谐波振幅比为10:3:0.510:3:0.5因此出现失真。因此出现失真。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而造成的放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而造成的输出波形失真。输出波形失真。相位失真：相位失真：( (与相位频率特性有关与相位频率特性有关) ) 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学|()|uAKj3.3. 不失真传输的条件不失真传输的条件即即从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关，从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关，（1 1）不产生幅度失真的条件）不产生幅度失真的条件 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学t d从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同即即滞后时间滞