第5章放大电路的频率响应

1、多媒体教学课件多媒体教学课件模拟电子技术模拟电子技术Fundamentals of Analog Electronics 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础单级放大电路如图：在输入信号的中频段C1、C2、C足够大且对交流短路，试求：（1）该放大电路的IBQ，ICQ，VCEQ的表达式；（2）画出该放大电路的交流小信号等效电路，并推导出AV、RI、RO的的表达式；（3）该电路为何能稳定工作点？若要提高电压增益，可采取哪些措施？ 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.1 频率响应概述5.2 晶体管

2、的高频等效模型5.3 场效应管的高频等效模型 5.4 单管放大电路的频率响应 5.5 多级放大电路的频率响应 本章内容本章内容 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.1 频率响应概述频率响应概述一一. 研究的问题：研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放大电路对信号频率的适应程度，即信号频率对放放 大倍数的影响。大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、三极管极由于放大电路中耦合电容、旁路电容、三极管极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的

3、适用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，应满足信号频率的范围要范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。求。 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础二、基本概念二、基本概念f2w RC1RCRC1RUUAujjjio1. 高通电路高通电路 信号频率越高，输出电压越接近输入电压。信号频率越高，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I. 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 高通电路：频率响应高通电路：频率响应RCRCUUAuj1jiofL低频段放大倍数表达式的特点

4、？下限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？下限截止频率的特征？LLLj1jffffARC21fu，则令)arctan(90)(1L2LLffffffAuffL时放大时放大倍数约为倍数约为1 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 低通电路低通电路 信号频率越低，输出电压越接近输入电压。信号频率越低，输出电压越接近输入电压。RCRCCUUAuj11j1j1io 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 低通电路：频率响应低通电路：频率响应HHj1121ffARCfu，则令fHRCUUAuj

5、11io)arctan()(11H2HffffAu高频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？高频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时放大时放大倍数约为倍数约为1 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础三、波特图三、波特图 为了在同一坐标系中表示比较宽的变化范围，在画频率特性曲线时采用对数坐为了在同一坐标系中表示比较宽的变化范围，在画频率特性曲线时采用对

6、数坐标，称为波特图。标，称为波特图。 (a) 高通电路波特图高通电路波特图 (b) 低通电路波特图低通电路波特图 lg f 波特图由对数幅频特性和波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度们的横轴采用对数刻度 。uA 幅频特性的纵轴采用幅频特性的纵轴采用20lg 表示，单位是分贝（表示，单位是分贝（dB）；）；相频特性的纵轴用相频特性的纵轴用 表示。表示。 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础几个结论几个结论LLj1jffff 电路低频段的放大倍数需乘因子电路低频段的放大倍数需乘因子 当当 f

7、=fL时放大倍数幅值约降到时放大倍数幅值约降到0.707倍倍，输出相角相对于，输出相角相对于输入相角输入相角超前超前45； 当当 f=fH时放大倍数幅值也约降到时放大倍数幅值也约降到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。 截止频率决定于电容所在回路的时间常数截止频率决定于电容所在回路的时间常数-3dB21L(H)f电路高频段的放大倍数需乘因子电路高频段的放大倍数需乘因子Hj11ff 频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型

8、 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容等的容抗在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff放大电路的频率参数放大电路的频率参数 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电

9、子技术基础一、晶体管的混合一、晶体管的混合模型模型 参数量纲各不相同参数量纲各不相同结构：结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻：基区体电阻rbe：发射结电阻：发射结电阻C：发射结电容：发射结电容re：发射区体电阻：发射区体电阻rbc：集电结电阻：集电结电阻C：集电结电容：集电结电容rc：集电区体电阻：集电区体电阻因多子浓因多子浓度高而阻度高而阻值小值小因面积大因面积大而阻值小而阻值小 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础混合混合模型模型：形状像形状像 gm为跨导，它不随信号频率为跨导，它不随信号频

10、率的变化而变。的变化而变。因在放大区因在放大区iC几乎仅几乎仅决定于决定于iB而阻值大而阻值大因在放大区承受反因在放大区承受反向电压而阻值大向电压而阻值大 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础混合混合模型：忽略大电阻的分流模型：忽略大电阻的分流 C连接了输入回路连接了输入回路和输出回路，引入了和输出回路，引入了反馈，信号传递有两反馈，信号传递有两个方向，使电路的分个方向，使电路的分析复杂化。析复杂化。通常情况下rbc,远大于容抗rce 电阻远大于负载电阻。 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础混

11、合混合模型的单向化（模型的单向化（即即使信号单向传递）使信号单向传递）Lmebceeb)1 (RgUUkXUkXUUIebceCCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效变换后电流不变等效变换后电流不变 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCCr可从手册查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIgUgI LRCC的容抗远大于模型中的参数？不考虑P. 227 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟

12、电子技术基础模拟电子技术基础二、电流放大倍数的频率响应二、电流放大倍数的频率响应CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因为)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg为什么短路？为什么短路？p. 228 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲线ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，时，；时，；，时，；时，fffffffffo 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础电流放大倍

13、数的波特图电流放大倍数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系， lg20 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg2020dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法ffffff1200tg )(1j1 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础三、晶体管的频率参数三、晶体管的频率参数 1 0TTffff 时的频率为使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射截共射截止频率止频率共基截共基截

14、止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 放大倍数的频率响应表达式；放大倍数的频率响应表达式； 截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法；手册手册查得查得 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.3 场效应管的高频等效电路场效应管的高频等效电路可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。可与晶体管高频等效电流类比，简化、单向化变换。很大，可忽略其电流很大，可忽略其电流单向化变换单向化变换极间电容极间电容CgsCgdCds数值数值/pF1

15、101100.11dgLmgsgs)1 (CRgCC忽略忽略d-s间等效电容间等效电容 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础一、单管共射放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 短路。短路。C5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应C的容抗大的容抗大C的容抗小的容抗小 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频

16、率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础1. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数eboiebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu带负载时：带负载时：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空载时：空载时：中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。C 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 低频电压放大倍数低频电压放大倍数:定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，时，当超前90UU0U0fUUooooooo )(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CR

17、LsURs)arctan(90)(1L2LLffffffAu低频段：考虑低频段：考虑C， 开路。开路。C空载放大倍数 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 低频电压放大倍数：定量分析低频电压放大倍数：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgrrRRRAuC)RR(21f)ff1AAuuLcLLsmsl (jC所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURsRCRCU

18、UAuj1jio等效 p. 232 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 低频电压放大倍数：低频段频率响应分析低频电压放大倍数：低频段频率响应分析)arctan90(-180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuu-135 dB3lg20 slL，下降时，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu时，。，时，90 0 0suAfsmslLlg20lg20 uuAAff时，CRRfffAAuu)(21 )(j1LcLLsmsl 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子

19、技术基础3. 高频电压放大倍数：定性分析高频电压放大倍数：定性分析。滞后，时，当，滞后)90(0 ssUUUfUUCCC)(sbbbebbeebisiiebsissRRrrRrrRRRUUUUUU，Au.Uo.RLsURbe)arctan()(11H2HffffAu高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 短路。短路。C戴维南p.234 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础)(sbbbebRRrrR3. 高频电压放大倍数：定量分析高频电压放大倍数：定量分析 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)

20、( j1 j1 LmbeebisiCosCsssoshRgCRCrrRRRUUUUUUUUAu 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础3. 高频电压放大倍数：高频段频率响应分析高频电压放大倍数：高频段频率响应分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下降时，uAffH2Hmsharctan-180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大时，dB20lg20 10 shHuAfff。，时，-270 0 shuAf；时，smshHlg20lg20 uuAAf

21、f 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础4. 电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAffffffAUUAuuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：)(21 )(j1LcLLsmslRRfffAAuuPpt 11 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础二、增益带宽积二、增益带宽积fbw fH fL fH )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCCHmbwm fAfAuu增益带宽积mLmHLmu

22、ARgfCRg)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。定性分析定性分析smuA 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础带宽增益积：定量分析带宽增益积：定量分析 )( 21sbbbebHCRRrrfLm)1 (CRgCC)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu若若rbeRb、 Rs fL1， fH fH1，频带变窄！，频带变窄！5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应21uuAAfL= fL1 第第5

23、 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 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 第第5 5章

24、章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础讨论一：问题讨论一：问题 1. 信号频率为信号频率为0时电压放大时电压放大倍数的表达式？倍数的表达式？ 2. 若所有的电容容量都相同，若所有的电容容量都相同，则下限频率等于多少？则下限频率等于多少？ 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础讨论一：时间常数分析讨论一：时间常数分析所确定的截止频率。、分别考虑e21CCCC1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbebC2、Ce短路，短路， 开路，求

25、出开路，求出CC1、Ce短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、C2短路，短路， 开路，求出开路，求出CC1、 C2、 Ce短路，求出短路，求出 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础讨论一：电压放大倍数分析讨论一：电压放大倍数分析1beb2b1s1)(CrRRR2Lc2)(CRR eb2b1sbeee)1(CRRRrRCC)RRRr(rb2b1sbbeb)j(1)j(1)j(1)j(1jHL3L2L1L3L2L133mffffffffffffAAuu)2(1)2(1)2(1)2(1HeL32L21L1Cffff很小！很小！ 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 模拟电子技术基础模拟电子技术基础讨论二讨论二1. 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. 在在 f 104Hz 时，增益下降多少？附加相移时，增益下降多少？附加相移？4. 在在 f 105Hz 时，附加相移时，附加相移？5. 画出相频特性曲线；画出相频特性曲线；6. fH？?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，讨论下列问特性如图所示，