第五章放大电路的频率响应实用课件

第五章

放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型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5.3场效应管的高频等效模型5.6集成运放的频率响应和频率补偿童诗白第三版第五章放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体1童诗白第三版本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合π模型等效电路图、频率响应的表达式及波特图绘制。1、晶体管、场效应管的混合π模型。本章教学时数：6学时

童诗白第三版本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合π模型等2童诗白第三版本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何制定一个RC网络的频率响应？如何画出频率响应曲线？2.晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗？为什么？3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何确定放大电路的通频带？4.如果放大电路的频率响应，应该怎么办？5.对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？6.为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？童诗白第三版本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何制35.1频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。小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，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。5.1频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性4一、

高通电路+_+_CR图5.1.1（a)RC高通电路令：5.1.2频率响应的基本概念fL称为下限截止频率一、高通电路+_+_CR图5.1.1（a)RC高通5则有：放大电路的对数频率特性称为波特图。则有：放大电路的对数频率特性称为波特图。6对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅频特性当f≥

fL(高频)，当f<fL(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处20dB/十倍频对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅7对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º0f误差在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º-4581、晶体管、场效应管的混合π模型。考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：4单管放大电路的频率响应1场效应管的高频等效模型（a)(a)晶体管的结构示意图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含有多个高通电路。(d)Ce所在回路的等效电路设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大2简化混合模型的简化单向化靠等效变换实现。fH称为上限截止频率单管共射放大电路的频率响应在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：当f<fL(低频)，假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。1晶体管的混合模型的对数幅频特性和相频特性二、RC低通电路的波特图图5.1.2RC低通电路图+_+_CR令：则：fH称为上限截止频率1、晶体管、场效应管的混合π模型。二、RC低通电路的波特9图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.110小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，即决定了fL和fH。（2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增益下降3dB，且产生+450或-450相移。（3）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。小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，115.2.1晶体管的混合模

型一、完整的混合

模型图5.2.1晶体管结构示意图及混合模型5.2晶体管的高频等效模型(a)晶体管的结构示意图(b)混合模型5.2.1晶体管的混合模型一、完整的混合模型图12二、简化的混合

模型通常情况下，rce远大于c--e间所接的负载电阻，而rb/c也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和rb/c开路。(b)混合模型图5.2.2

混合

模型的简化(a)简化的混合

模型二、简化的混合模型通常情况下，rce远大于c--e间所13Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将Cμ等效在输入回路和输出回路，称为单向化。单向化靠等效变换实现。图5.2.2简化混合

模型的简化(b)单向化后的混合模型图5.2.2简化混合

模型的简化(C)忽略C／／μ的混合模型因为Cπ＞＞，且一般情况下。的容抗远大于集电极总负载电阻R／Ｌ，中的电流可忽略不计，得简化模型图（C）。Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将Cμ14密勒定理：用两个电容来等效Cμ。分别接在b、e和c、e两端。其中：电容值分别为：等效电容的求法图5.2.2简化混合

模型的简化(b)单向化后的混合模型图5.2.2简化混合

模型的简化(C)忽略C／／μ的混合模型密勒定理：用两个电容来等效Cμ。分别接在b、e和15由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。低频段：f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；1晶体管结构示意图及混合模型2简化混合模型的简化3(b)低通电路的波特图即：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。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rbb和Cbc均小的高频三极管。β的对数幅频特性与对数相频特性7070(即)时的频率。（3）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。1研究放大电路频率响应的必要性频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改变集成运放的频率响应，使f=fO时，20lg︱A0d︱<0dB；1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。用两个电容来等效Cμ。由三段直线构成幅频特性。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。（3）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。在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：考虑结电容对高频特性的影响2集成运放的频率补偿三、混合

模型的主要参数将混合

模型和简化的h参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。Cμ可从手册中查得Cob

，Cob与Cμ近似相等。Cπ数据可从手册中给定的特征频率fT和放大电路的Q点求解。由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路165.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应

当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，而是频率的函数。

电流放大系数的定义：从混合π等效模型可以看出，管子工作在高频段时，若基极注入的交流电流Ib的幅值不变，则随着信号频率的升高，b/-e间的电压Ub/e的幅值将减小，相移将增大；从而使IC的幅值随Ub/e线性下降，并产生与Ub/e相同的相移。5.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应当信号频率17求共射接法交流短路电流放大系数ββ的对数幅频特性与对数相频特性求共射接法交流短路电流放大系数ββ的对数幅频特性与对数相频特18对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f-45º-90º对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0191.共射截止频率f值下降到0.7070

(即)时的频率。当f=f

时，值下降到中频时的70%左右。或对数幅频特性下降了3dB。几个频率的分析1.共射截止频率f值下202.特征频率fT值降为1时的频率。f>fT时，，三极管失去放大作用；

f

=

fT时，由式得：2.特征频率fT值降为1213.共基截止频率f

值下降为低频0时

的0.707时的频率。3.共基截止频率f值下降为低频0时的0.7022

f

与f

、

fT

之间关系：因为可得f与f、fT之间关系：因为可得23说明：所以：1.f比f高很多，等于f的(1+0)倍；2.f

<fT<

f

3.低频小功率管f

值约为几十至几百千赫，高频小功率管的

fT约为几十至几百兆赫。说明：所以：1.f比f高很多，等于f的245.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下图5.3.1场效应管的高频等效模型（a)一般情况下

rgs和

rds比外接电阻大得多，可认为是开路

Cgd可进行等效变化，使电路单向化5.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，25

Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容为由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多，故分析频率特性时可忽略的影响。图5.3.1场效应管的高频等效模型(b)简化模型Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容265.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+图5.4.1单管共射放大电路

中频段：各种电抗影响忽略，Au与f无关；低频段：隔直电容压降增大，Au降低。与电路中电阻构成RC高通电路；高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au

降低。而且，构成RC低通电路。5.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频27一、中频电压放大倍数耦合电容

可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。1.中频段等效电路图5.4.2中频段等效电路由图可得

bce

+Rb~+++RcRs一、中频电压放大倍数耦合电容可认为交流短路；极间电容可视为28用戴维南定理简化图5.*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）集成运放AOd很大，等效电容或很大；低频段最大附加相移为+90度g-s之间的等效电容为高频段最大附加相移为-90度为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率，放大电路可采用直接耦合方式，使得fL＝0单向化靠等效变换实现。在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。与电路中电阻构成RC高通电路；问题：fH的提高与Ausm的增大是相互矛盾。考虑C2对低频特性的影响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rbb和Cbc均小的高频三极管。考虑结电容对高频特性的影响求共射接法交流短路电流放大系数β3放大电路频率响应的改善和增益带宽积的对数幅频特性和相频特性3滞后补偿前后集成运放的幅频特性当f≥fL(高频)，1单管共射放大电路的频率响应3场效应管的高频等效模型2.中频电压放大倍数已知，则

结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h参数等效电路的分析结果一致。用戴维南定理简化图5.2.中频电压放大倍数已知29二、低频电压放大倍数考虑隔直电容的作用，其等效电路：图5.4.3低频等效电路C1与输入电阻构成一个RC高通电路式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC1(动画avi\5-2.avi)二、低频电压放大倍数考虑隔直电容的作用，其等效电路：图5.30输出电压低频电压放大倍数

bce

+Rb~+++RcRsC1输出电压低频电压放大倍数bce+Rb~+++Rc31低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则对数幅频特性对数相频特性因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为+90度低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则对数幅频特性对数32三、高频电压放大倍数考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图5.4.4高频等效电路

bce

+Rb~+++RcRs(动画avi\5-3.avi)三、高频电压放大倍数考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图33图5.4.4高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。用戴维南定理简化图5.4.4(b)图5.4.4高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数34—C

与R

构成RC低通电路。

ce

+~++Rc

—C与R构成RC低通电路。ce+~+35高频时间常数：上限(-3dB)频率为：的对数幅频特性和相频特性高频段最大附加相移为-90度高频时间常数：上限(-3dB)频率为：的对数幅频特性和相频36四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL和fH；2.由三段直线构成幅频特性。中频段：对数幅值=20lg低频段：

f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算37图5.4.5幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO图5.4.5幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB385.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为5.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源391多级放大电路频率特性的定性分析(1+gmRc)Cbc>>Cbe集成运放AOd很大，等效电容或很大；求共射接法交流短路电流放大系数β本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。考虑结电容对高频特性的影响最大误差为3dB，发生在f=fL处(b)C1所在回路的等效电路则折合到输入端的等效电容C/是C的∣Auk∣倍，考虑Ce对低频特性的影响7070(即)时的频率。(动画avi\5-3.(b)单向化后的混合模型1研究放大电路频率响应的必要性Cμ可从手册中查得Cob，Cob与Cμ近似相等。当f<fL(低频)，（3）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。考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：电压放大倍数1多级放大电路频率特性的定性分析在高频段，C短路，考虑405.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率，放大电路可采用直接耦合方式，使得fL

＝02.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率fH。问题：fH的提高与Ausm的增大是相互矛盾。5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善413.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb//rbe假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；(1+gmRc)Cbc>>Cbe3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb42说明：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，rbb和Cbc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电路，首要的问题是选用rbb

和Cbc

均小的高频三极管。*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）说明：式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋43复习：1.晶体管、场效应管的混合

模型2.单管共射放大电路的频率响应表达式：波特图的绘制：三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性复习：1.晶体管、场效应管的混合模型2.单管共射放大电445.5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的电压放大倍数：对数幅频特性为：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多个低通电路。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含有多个高通电路。5.5多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特45多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图图5.5.1fHfL幅频特性fOfL1fH16dB3dB3dBfBW1fBW2一级二级-20dB/十倍频-40dB/十倍频多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图图5.5.146图5.5.1相频特性-270º-360ºfL1fH1fO-540º-180º-450º-90º一级二级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。图5.5.1相频特性-270º-360ºfL1fH1fO475.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算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即：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。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算在实际48例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。解：（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。fH≈0.52fH1=(0.52×2×105)Hz=106KHz（3）电压放大倍数例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特49例5.5.2分别求出如图所示Q点稳定电路中C1C2和Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui

图2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路b解：交流等效电路图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路例5.5.2分别求出如图所示Q点稳定电路中C1C2和Ce501.考虑C1对低频特性的影响(b)C1所在回路的等效电路2.考虑C2对低频特性的影响(c)C2所在回路的等效电路1.考虑C1对低频特性的影响(b)C1所在回路的等效电路2513.考虑Ce对低频特性的影响(d)Ce所在回路的等效电路4.考虑结电容对高频特性的影响(e)结电容所在回路的等效电路比较C1、C2、Ce所在回路的时间常数τ1、τ2、τe,当取C1＝C2＝Ce时，τe将远小于τ1,τ2，即fLe远大于fL1和fL2因此，fLe就约为电路的下限频率。3.考虑Ce对低频特性的影响(d)Ce所在回路的等效电路4525.6集成运放的频率响应和频率补偿5.6.1集成运放的频率响应集成运放有很好的低频特性（fL＝0）：集成运放直接耦合放大电路集成运放高频特性较差：集成运放AOd很大，等效电容或很大；集成运放内部需接补偿电容。末加频率补偿集成运放的频率响应图5.6.1末加频率补偿5.6集成运放的频率响应和频率补偿5.6.1集成运放的频53fC－单位增益带宽fO－附加相移为±

1800对应的频率集成运放常引入负反馈，容易产生自激振荡。自激振荡产生的条件存在fO，且fO＜fC如何消除自激振荡？图5.6.1末加频率补偿的集成运放的频率响应fC－单位增益带宽fO－附加相移为±1800集成运放常545.6.2集成运放的频率补偿频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改变集成运放的频率响应，使f=fO时，20lg︱A0d︱<0dB；或者说当f=fC时，附加相移φ>-1800，从而破坏产生自激振荡的条件，使电路稳定。稳定裕度幅值裕度相位裕度fCfO一般要求Gm≤-10dB,φm≥4505.6.2集成运放的频率补偿频率补偿：在集成运放电路中接入55一、滞后补偿在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的频率范围内只存在一个拐点，并按-20dB/十倍频的斜率下降，即相当于一个RC回路的频率响应。其附加相移为-900。1.简单电容补偿将一个电容并接在集成运放时间常数最大的那一级电路中，使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降低，以至增益隋频率始终按-20dB/十倍频的斜率下降，直至0dB。一、滞后补偿在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的56设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大图5.6.3滞后补偿前后集成运放的幅频特性图5.6.4简单电容补偿加C之前加C之后设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大图57将电容C跨接在某级放大电路的输入端和输出端，则折合到输入端的等效电容C/是C的∣Auk∣倍，（∣Auk∣该级放大电路的电压放大倍数）

2.密勒效应补偿图5.6.5密勒效应补偿

滞后补偿的缺点：降低了上限频率二、超前补偿（略）将电容C跨接在某级放大电路的输入端和输出端，2.密勒效应补偿58第五章

放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型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5.3场效应管的高频等效模型5.6集成运放的频率响应和频率补偿童诗白第三版第五章放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体59童诗白第三版本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合π模型等效电路图、频率响应的表达式及波特图绘制。1、晶体管、场效应管的混合π模型。本章教学时数：6学时

童诗白第三版本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合π模型等60童诗白第三版本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何制定一个RC网络的频率响应？如何画出频率响应曲线？2.晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗？为什么？3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何确定放大电路的通频带？4.如果放大电路的频率响应，应该怎么办？5.对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？6.为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？童诗白第三版本章讨论的问题：1.为什么要讨论频率响应？如何制615.1频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。小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，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。5.1频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性62一、

高通电路+_+_CR图5.1.1（a)RC高通电路令：5.1.2频率响应的基本概念fL称为下限截止频率一、高通电路+_+_CR图5.1.1（a)RC高通63则有：放大电路的对数频率特性称为波特图。则有：放大电路的对数频率特性称为波特图。64对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅频特性当f≥

fL(高频)，当f<fL(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处20dB/十倍频对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅65对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º0f误差在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º-45661、晶体管、场效应管的混合π模型。考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：4单管放大电路的频率响应1场效应管的高频等效模型（a)(a)晶体管的结构示意图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含有多个高通电路。(d)Ce所在回路的等效电路设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大2简化混合模型的简化单向化靠等效变换实现。fH称为上限截止频率单管共射放大电路的频率响应在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：当f<fL(低频)，假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。1晶体管的混合模型的对数幅频特性和相频特性二、RC低通电路的波特图图5.1.2RC低通电路图+_+_CR令：则：fH称为上限截止频率1、晶体管、场效应管的混合π模型。二、RC低通电路的波特67图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.168小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，即决定了fL和fH。（2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增益下降3dB，且产生+450或-450相移。（3）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。小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，695.2.1晶体管的混合模

型一、完整的混合

模型图5.2.1晶体管结构示意图及混合模型5.2晶体管的高频等效模型(a)晶体管的结构示意图(b)混合模型5.2.1晶体管的混合模型一、完整的混合模型图70二、简化的混合

模型通常情况下，rce远大于c--e间所接的负载电阻，而rb/c也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和rb/c开路。(b)混合模型图5.2.2

混合

模型的简化(a)简化的混合

模型二、简化的混合模型通常情况下，rce远大于c--e间所71Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将Cμ等效在输入回路和输出回路，称为单向化。单向化靠等效变换实现。图5.2.2简化混合

模型的简化(b)单向化后的混合模型图5.2.2简化混合

模型的简化(C)忽略C／／μ的混合模型因为Cπ＞＞，且一般情况下。的容抗远大于集电极总负载电阻R／Ｌ，中的电流可忽略不计，得简化模型图（C）。Cμ跨接在输入与输出回路之间，电路分析变得相当复杂。常将Cμ72密勒定理：用两个电容来等效Cμ。分别接在b、e和c、e两端。其中：电容值分别为：等效电容的求法图5.2.2简化混合

模型的简化(b)单向化后的混合模型图5.2.2简化混合

模型的简化(C)忽略C／／μ的混合模型密勒定理：用两个电容来等效Cμ。分别接在b、e和73由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。低频段：f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；1晶体管结构示意图及混合模型2简化混合模型的简化3(b)低通电路的波特图即：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。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rbb和Cbc均小的高频三极管。β的对数幅频特性与对数相频特性7070(即)时的频率。（3）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。1研究放大电路频率响应的必要性频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改变集成运放的频率响应，使f=fO时，20lg︱A0d︱<0dB；1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。用两个电容来等效Cμ。由三段直线构成幅频特性。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。（3）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。在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：考虑结电容对高频特性的影响2集成运放的频率补偿三、混合

模型的主要参数将混合

模型和简化的h参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。Cμ可从手册中查得Cob

，Cob与Cμ近似相等。Cπ数据可从手册中给定的特征频率fT和放大电路的Q点求解。由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路745.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应

当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，而是频率的函数。

电流放大系数的定义：从混合π等效模型可以看出，管子工作在高频段时，若基极注入的交流电流Ib的幅值不变，则随着信号频率的升高，b/-e间的电压Ub/e的幅值将减小，相移将增大；从而使IC的幅值随Ub/e线性下降，并产生与Ub/e相同的相移。5.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应当信号频率75求共射接法交流短路电流放大系数ββ的对数幅频特性与对数相频特性求共射接法交流短路电流放大系数ββ的对数幅频特性与对数相频特76对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f-45º-90º对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0771.共射截止频率f值下降到0.7070

(即)时的频率。当f=f

时，值下降到中频时的70%左右。或对数幅频特性下降了3dB。几个频率的分析1.共射截止频率f值下782.特征频率fT值降为1时的频率。f>fT时，，三极管失去放大作用；

f

=

fT时，由式得：2.特征频率fT值降为1793.共基截止频率f

值下降为低频0时

的0.707时的频率。3.共基截止频率f值下降为低频0时的0.7080

f

与f

、

fT

之间关系：因为可得f与f、fT之间关系：因为可得81说明：所以：1.f比f高很多，等于f的(1+0)倍；2.f

<fT<

f

3.低频小功率管f

值约为几十至几百千赫，高频小功率管的

fT约为几十至几百兆赫。说明：所以：1.f比f高很多，等于f的825.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下图5.3.1场效应管的高频等效模型（a)一般情况下

rgs和

rds比外接电阻大得多，可认为是开路

Cgd可进行等效变化，使电路单向化5.3场效应管的高频等效模型场效应管各极之间存在极间电容，83

Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容为由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多，故分析频率特性时可忽略的影响。图5.3.1场效应管的高频等效模型(b)简化模型Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容845.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+图5.4.1单管共射放大电路

中频段：各种电抗影响忽略，Au与f无关；低频段：隔直电容压降增大，Au降低。与电路中电阻构成RC高通电路；高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au

降低。而且，构成RC低通电路。5.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频85一、中频电压放大倍数耦合电容

可认为交流短路；极间电容可视为交流断路。1.中频段等效电路图5.4.2中频段等效电路由图可得

bce

+Rb~+++RcRs一、中频电压放大倍数耦合电容可认为交流短路；极间电容可视为86用戴维南定理简化图5.*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）集成运放AOd很大，等效电容或很大；低频段最大附加相移为+90度g-s之间的等效电容为高频段最大附加相移为-90度为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率，放大电路可采用直接耦合方式，使得fL＝0单向化靠等效变换实现。在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。与电路中电阻构成RC高通电路；问题：fH的提高与Ausm的增大是相互矛盾。考虑C2对低频特性的影响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rbb和Cbc均小的高频三极管。考虑结电容对高频特性的影响求共射接法交流短路电流放大系数β3放大电路频率响应的改善和增益带宽积的对数幅频特性和相频特性3滞后补偿前后集成运放的幅频特性当f≥fL(高频)，1单管共射放大电路的频率响应3场效应管的高频等效模型2.中频电压放大倍数已知，则

结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h参数等效电路的分析结果一致。用戴维南定理简化图5.2.中频电压放大倍数已知87二、低频电压放大倍数考虑隔直电容的作用，其等效电路：图5.4.3低频等效电路C1与输入电阻构成一个RC高通电路式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC1(动画avi\5-2.avi)二、低频电压放大倍数考虑隔直电容的作用，其等效电路：图5.88输出电压低频电压放大倍数

bce

+Rb~+++RcRsC1输出电压低频电压放大倍数bce+Rb~+++Rc89低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则对数幅频特性对数相频特性因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为+90度低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则对数幅频特性对数90三、高频电压放大倍数考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图5.4.4高频等效电路

bce

+Rb~+++RcRs(动画avi\5-3.avi)三、高频电压放大倍数考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图91图5.4.4高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。用戴维南定理简化图5.4.4(b)图5.4.4高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数92—C

与R

构成RC低通电路。

ce

+~++Rc

—C与R构成RC低通电路。ce+~+93高频时间常数：上限(-3dB)频率为：的对数幅频特性和相频特性高频段最大附加相移为-90度高频时间常数：上限(-3dB)频率为：的对数幅频特性和相频94四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算、fL和fH；2.由三段直线构成幅频特性。中频段：对数幅值=20lg低频段：

f=fL开始减小，作斜率为20dB/十倍频直线；高频段：f=fH开始增加，作斜率为–20dB/十倍频直线。3.由五段直线构成相频特性。四、波特图绘制波特图步骤：1.根据电路参数计算95图5.4.5幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO图5.4.5幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB965.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为5.4.2单管共源放大电路的频率响应图5.4.7单管共源971多级放大电路频率特性的定性分析(1+gmRc)Cbc>>Cbe集成运放AOd很大，等效电容或很大；求共射接法交流短路电流放大系数β本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。考虑结电容对高频特性的影响最大误差为3dB，发生在f=fL处(b)C1所在回路的等效电路则折合到输入端的等效电容C/是C的∣Auk∣倍，考虑Ce对低频特性的影响7070(即)时的频率。(动画avi\5-3.(b)单向化后的混合模型1研究放大电路频率响应的必要性Cμ可从手册中查得Cob，Cob与Cμ近似相等。当f<fL(低频)，（3）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。考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：在高频段，C短路，考虑的影响，上限频率为：在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：电压放大倍数1多级放大电路频率特性的定性分析在高频段，C短路，考虑985.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率，放大电路可采用直接耦合方式，使得fL

＝02.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率fH。问题：fH的提高与Ausm的增大是相互矛盾。5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积1.为了改善993.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb//rbe假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；(1+gmRc)Cbc>>Cbe3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb100说明：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，rbb和Cbc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电路，首要的问题是选用rbb

和Cbc

均小的高频三极管。*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）说明：式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋101复习：1.晶体管、场效应管的混合

模型2.单管共射放大电路的频率响应表达式：波特图的绘制：三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性复习：1.晶体管、场效应管的混合模型2.单管共射放大电1025.5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的电压放大倍数：对数幅频特性为：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多个低通电路。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含有多个高通电路。5.5多级放大电路的频率响应5.5.1多级放大电路频率特103多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图图5.5.1fHfL幅频特性fOfL1fH16dB3dB3dBfBW1fBW2一级二级-20dB/十倍频-40dB/十倍频多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图图5.5.1104图5.5.1相频特性-