模拟电子线路课件：第5章 放大电路的频率特性

1、第五章 放大电路的频率特性返回目录 频率特性是放大电路的一项重要特性，它是用来衡量一个放大电路对不同输入信号频率的适应程度。 例如：一个音频放大器（收音机）的频率范围若小于人耳的频率响应（15kHZ)，则该放大器是不合格的。若放大器的频率范围远大于15kHZ，则放大器中的噪声会被放大，使音质变差。 而有时又需要放大频率范围大于几MHZ,甚至几十MHZ的宽频带放大电路（如视频信号放大器）5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法5.2 单级放大电路的频率响应5.3 多级放大电路的频率相应返回5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法1 频率响应和通频带2 幅度失真 和相位失真3 波特图返回放大电路频

2、率特性就是指电压放大倍数与频率的关系，即：幅频特性是描绘放大倍数的幅度随频率变化而变化的规律。即 相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即幅频特性相频特性由于电压放大倍数是矢量，故包含两个内容：电压放大倍数的模与频率的关系，称为幅频特性;电压放大倍数的相位与频率的关系，称为相频特性1 频率响应和通频带通频带BW=fH-fL下限频率上限频率阻容耦合放大电路的幅频特性曲线返回放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。(动画5-1)2 幅度失真和相位失真幅度失真因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失

3、真，称为幅度频率失真，简称幅频失真或幅度失真。相位失真幅频失真和相频失真都是线性失真。1.放大电路中存在电抗性元件，例如 耦合电容、旁路电容、分布电容、 变压器、分布电感等 2.三极管的()是频率的函数。 在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。 产生频率失真的原因是:返回3 波特图波特图是频率特性的一种画法，在电子技术领域输入信号频率的变化范围很大，为了把大范围的频率在一张图上表示出来，H.W.Bode提出用对数坐标系，作图时采用折线的近似画法来画频率特性图，这种频率特性图称为波特图幅频特性横坐标采用对数刻度，故每十倍频率在坐标轴上的长度是相等的，称十倍频程

4、纵坐标用对数刻度，单位为分贝（dB）相频特性横坐标采用对数刻度纵坐标仍用原来的值度（。）例1：RC低通电路 RC低通电路如图其电压放大倍数(传递函数)为波特图画法举例 幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标, fH称为上限截止频率。当ffH时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。在f=fH 处的误差最大，有3dB。 当 时，相频特性将滞后45，并具有 -45/dec的斜率。在0.1 和10 处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7。这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。由表达式画出幅频和相频的波特图注意2 相频特性

5、为三段折线组成： f 10fH时，相频特性为-90的一条水平线； 0.1fH f 10fH时,相频特性为斜率-45/十倍频的斜线；lgflgf1 低通电路幅频特性为两条折线： f fH时，为斜率为-20dB /十倍频的一条斜线；低通电路波特图的画法低通电路的放大倍数的表达式例2：高通电路 其电压放大倍数 为：式中 RC高通电路如图下限截止频率、模和相角分别为 由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。返回注意2 相频特性为三段折线组成： f 10fL时，相频特性为的0一条水平线；0.1fH f 10fH时,相频特性为斜率-45/十倍频的斜线；1幅频特性为两条折线： f fL时，为0dB的一条水

6、平线；高通电路波特图的画法高通电路的放大倍数的表达式5.2 单级放大电路的频率响应1 三极管混合型高频小信号等效电路2 单级共射放大电路的频率响应返回1 三极管混合型高频小信号等效电路（1）物理模型（2）电流放大系数的频响（3）用 代替（4）单向化返回 混合型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的，三极管的物理结构如图rbe- re归算到基极回路的电阻 -发射结电容，也用C这一符号-集电结电阻 -集电结电容，也用C这一符号（1）物理模型 - 发射结电阻 re rbb -基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。返回（2） 电流放大系数的频响 从物理概念可以解释随着频率的增高,将下降。因为

7、等效电路 是指在UCE一定的条件下,在等效电路中可将CE间交流短路，于是可作出等效电路。由此可求出共射接法交流短路电流放大系数。可由下式推出0 =gmrbe为低频时的返回根据这一物理模型可以画出混合型高频小信号模型，如图所示。高频混合型小信号模型电路 这一模型中用 gm ube代替 ib0 ，这是因为本身与频率有关，而gm= 0/rbe ， gm是与频率无关的0和rbe的比，因此gm与频率无关。（3）用 代替若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm称为跨导，还可写成返回在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下

8、Cbc 。可以将Cbc等效为输入侧和输出侧两个电容，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。（4）单向化输入侧由上图，有由下图，有由（1）式=（2）式，得由于C C, C的容抗远大于rce,可忽略C输出侧由上图，有由下图，有由（1）式=（2）式，得若忽略C的容抗，返回三极管简化混合型等效模型a 中频段中频段时，耦合电容和旁路电容可视为短路，杂散电容和结电容可看成开路，微变等效电路中无电容，为2 单级共射放大电路的频率响应中频段的频率特性为b 低频段低频段时，耦合电容和旁路电容不可视为短路，杂散电容和结电容仍可看成开路，微变等效电路中无电容，为低频段的频率特性为c 高频段高频段，耦合电容和旁

9、路电容可视为短路，杂散电容和结电容不可看成开路 高频段的频率特性为4 完整的表达式和波特图返回5.3 多级放大电路的频率相应对于多级放大电路其幅频特性为相频特性为画多级放大电路的波特图，只要将各单级放大电路的幅频特性波特图相叠加，相频特性波特图相叠加即可对于多级放大电路的上限频率和下限频率上限频率近似公式下限频率近似公式另外，当某级的上限频率比其他各级小的多时（一般在5倍以上），总的上限频率近似等于该级的上限频率。当某级的下限频率比其他各级达的多时（一般在5倍以上），总的下限频率近似等于该级的下限频率。例：已知单级共发射极放大电路的幅频特性如图所示，（1）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频率

10、和上限频率。（2）画出相频特性波特图解：（1）从图中可读出 放大电路的中频电压放大倍数为下限频率为上限频率（2）画相频特性波特图2 画低频段波特图，：当频率小于0.1fL时，波特图为=-180 +90= -90的水平线，图中的AB段。频率在0.1fL到10fL时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。3 画高频段波特图，：当频率大于10 fH时，波特图为=-180 - 90 =-270 的水平线，图中的AB段。频率在0.1fH到10fH时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。1 在中频区，由于单级共射放大电路的倒相作用，所以中频段放大倍数的相位为-180，首先画出中频段的相频特性：从10fL到0

11、.1 fH，= -180 ，图中的BC段。例：在两级放大电路中，已知第一级的中频电压放大倍数Au1= -100、下限频率fL1=10Hz，上限频率fH1=20kHz；第二级的中频电压放大倍数 Au2= -10 、下限频率fL2=100Hz，上限频率fH2=150kHz；（1）求放大电路的总的中频电压放大倍数。（2）写出电压放大倍数表达式。（3）画出幅频特性、相频特性波特图。解（1）放大电路的总的中频电压放大倍数为：（2）放大电路的电压放大倍数表达式为：根据表达式（2）画出幅频特性画出单级的幅频特性，再叠加先画出单级的相频特性，再叠加画出相频特性几点结论：1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；2