模拟电路 第三章 放大电路的频率响应

第三章

放大电路的频率响应3.1频率响应的一般概念3.2三极管的频率参数3.3单管共射放大电路的频率响应3.4多级放大电路的频率响应3.5频率响应Multisim仿真实例[本章教学内容]：1[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、分析。1、晶体管、场效应管的混合π模型的建立。[本章教学时数]：4学时

2本节讨论的问题：1.什么是频率响应？如何研究RC放大电路的频率响应？2.放大电路频率响应好坏由什么性能指标决定？本节学习方法：1.解析式分析法2.图解分析法－波特图法3.1频率响应的一般概念33.1频率响应的一般概念由于放大电路中存在电抗性元件，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。3.1.1幅频特性和相频特性电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。即4典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性图3.1.1OffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270ºf053.1.2下限频率、上限频率和通频带fLfHBWAum0.707AumOf图3.1.1fL

：下限频率；fH

：上限频率BW：通频带BW=fH

-

fL63.1.3频率失真图3.1.2频率失真(a)幅频失真(b)相频失真73.1.4波特图放大电路的对数频率特性称为波特图。

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.0181.

高通电路+_+_CR图3.1.3

RC

高通电路令：3.1.5高通电路和低通电路9则有：10对数幅频特性：

实际幅频特性曲线：图3.1.4(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

10

fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处20dB/十倍频问题：为什么说该电路是高通电路？11对数相频特性图3.1.4(b)

相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10

fL45º90º0f误差由式可得，在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º122.

低通电路图3.1.5

RC

波特图+_+_CR令：则：13图3.1.6

低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10

fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10

fH-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。问题：为什么说该电路是低通电路？14小结：（2）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。（3）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。（4）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）电路中若考虑电容效应，电压增益的大小和相角会随频率的变化而变化。153.2三极管的频率参数三极管f

：为值下降至时的频率。0：低频共射电流放大系数；16对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f-45º-90º173.2.1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。183.2.2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：193.2.3共基截止频率f

值下降为低频0时

的0.707时的频率。20

f

与f

、

fT

之间关系：因为可得21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。223.3单管共射放大电路的频率响应定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+图3.3.1

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。23问题：晶体管的h参数等效模型在高频下还适应吗？复习：晶体管的h参数等效模型rce3.3.1混合

型等效电路243.3.1混合

型等效电路1.混合

型等效电路的引出图3.3.2混合

型等效电路(a)三极管结构示意图c

be

(b)等效电路

++bce252.混合

参数与h参数的关系低频时，不考虑极间电容作用，混合

等效电路和h参数等效电路相仿，即：图3.3.3混合

参数与h参数之间的关系通过对比可得

bce

bce26则则一般小功率三极管273.单向化的混合

型等效电路：可从器件手册中查到；并且(估算，fT

要从器件手册中查到)注意：将输入回路与输出回路直接联系起来，使解电路的过程变得十分麻烦。——可用密勒定理简化电路！

++bce图

3.3.2(b)等效电路28密勒定理：用两个电容来等效Cbc

。分别接在b、e和c、e两端。其中：电容值分别为：

++bce

bce++293.3.2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应图3.3.6阻容耦合单管共射放大电路C1RcRb+VCCC2RL++++~Rs+将C2

和RL

看成下一级的输入耦合电容和输入电阻。301.中频段C1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3.3.7中频段等效电路由图可得

bce

+Rb~+++RcRs312).

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。32二、低频段考虑隔直电容的作用，其等效电路：图3.3.8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~+++RcRsC133输出电压低频电压放大倍数

bce

+Rb~+++RcRsC134低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则353.高频段考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图3.3.9

高频等效电路

bce

+Rb~+++RcRs36三、高频段考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：图3.3.10

高频等效电路的简化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。并用戴维南定理简化。

ce

+~++Rc37图中——C

与R

构成RC

低通电路。

ce

+~++Rc38高频时间常数：上限(-3dB)频率为：394.完整的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低频区：

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。40图3.3.11幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHfO41例3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。解：交流等效电路Q点稳定电路的交流等效电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui

图阻容耦合的静态工作点稳定电路b421.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433.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。445.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>>Cbe45说明：式很不严格，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。463.3.3直接耦合单管共射放大电路的频率响应图3.3.13fHfO-270º10fH-20dB/十倍频-180º0.1fH-90ºfO无隔直电容，在低频段电压放大倍数不会下降，也不产生附加的相位移。473.4多级放大电路的频率响应3.4.1多级放大电路的幅频特性和相频特性多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：48多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图图3.4.1fHfL幅频特性fOfL1fH16dB3dB3dBBW1BW一级二级49图3.4.1相频特性-270º-360ºfL1fH1fO-540º-180º-450º-90º一