第4章 放大电路的频率响应

第四章

放大电路的频率特性内容提要由于放大电路中存在着电抗器件，使放大电路对不同频率的输入信号的增益量(幅度及时延)可能不同。增益量因工作频率不同而改变的特性称为放大电路的频率响应特性，简称频率特性。研究的问题：放大电路对输入信号频率的适应程度，即输入信号频率对放大倍数的影响。内容提要频率特性的分析方法晶体管参数的频率特性放大电路的频率响应特性本章包括：幅度失真相位失真第一节频率特性概述4.1.1频率特性的基本概念一、幅度失真和相位失真将放大电路作为一个信号的线性传输系统：：输入信号的拉式变换：输出信号的拉式变换：系统传输函数二、幅频特性和相频特性4.1.1

频率特性的基本概念时，系统的正弦稳态频率响应：幅频响应相频响应二、幅频特性和相频特性4.1.1

频率特性的基本概念中频段低频段高频段三、工作频段、截止频率和通频带4.1.1

频率特性的基本概念三、工作频段、截止频率和通频带4.1.1

频率特性的基本概念低频段使放大倍数数值下降的原因：

随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失。高频段使放大倍数数值下降的原因：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，使动态信号损失。主要参数：fL、fH、fbw三、工作频段、截止频率和通频带4.1.1

频率特性的基本概念四、放大电路的理想频率特性放大电路应对输入信号频谱范围内任何频率点的信号分量给予同等量的幅度放大和同等量的时延：放大电路的理想幅频特性是通频带应覆盖输入信号的频谱范围且通频带内的幅度增益保持为一常数。放大电路的理想相频特性是在输入信号的频谱范围内相频特性为线性。4.1.1

频率特性的基本概念线性失真：包括幅度失真和相位失真。与输入信号的频率有关。非线性失真：由放大器的非线性特性而引起。与输入信号的相对幅度有关。四、放大电路的理想频率特性4.1.1

频率特性的基本概念4.1.2频率特性的分析方法一、波特图即对数频率特性，横坐标是频率f，采用对数坐标。对数幅频特性的纵坐标是电压放大倍数幅值的对数 ，单位是分贝(dB)(dB)0.01-400.1-200.707-310326102010040第一节频率特性概述1、一阶RC低通网络频率响应表达式4.1.2

频率特性的分析方法二、几种典型电路的波特图幅频特性：4.1.2

频率特性的分析方法1、一阶RC低通网络二、几种典型电路的波特图ωωH一阶低通的幅频响应4.1.2

频率特性的分析方法1、一阶RC低通网络二、几种典型电路的波特图4.1.2

频率特性的分析方法1、一阶RC低通网络幅频特性4.1.2

频率特性的分析方法1、一阶RC低通网络二、几种典型电路的波特图4.1.2

频率特性的分析方法相频特性：1、一阶RC低通网络从而可以用三条直线构成的折线来近似表示其对数相频特性曲线。二、几种典型电路的波特图高频段产生负90度滞后相移。4.1.2

频率特性的分析方法相频特性：1、一阶RC低通网络－45o/10倍频二、几种典型电路的波特图频率响应表达式4.1.2

频率特性的分析方法2、一阶RC高通网络二、几种典型电路的波特图其模为：高通网络的幅频响应第一节频率特性的分析方法多级2、一阶RC高通网络20dB/10倍频二、几种典型电路的波特图相角为：相频特性第一节：频率特性的分析方法2、一阶RC高通网络二、几种典型电路的波特图4.1.3多级放大电路的频率特性第一节频率特性概述4.1.3

多级放大电路的频率特性一、多级放大电路的幅频和相频特性多级放大电路的通频带窄于每一单级电路的通频带，且级联的级数越多，通频带就越窄。可用解高阶代数方程的方法来严格求解多级放大电路的上、下限截止频率1.1为修正系数，以提高公式的近似精度。二、多级放大电路的通频带和截止频率4.1.3

多级放大电路的频率特性以上两式适用于各单级放大电路的截止频率相差不多时的近似计算。如果某一级的上截止频率fHk远远低于（相差4倍以上）其它各级的上截止频率，则可近似认为fH≈

fHk；同理，如果某一级的下截止频率fLk远远高于（相差4倍以上）其它各级的下截止频率，则可近似认为fL≈

fLk.二、多级放大电路的通频带和截止频率4.1.3

多级放大电路的频率特性（2）电路的下限频率fL≈

Hz，上限频率fH≈

kHz.（3）电路的电压放大倍数的表达式已知某放大电路的波特图如下图所示，（1）电路的中频电压增益=?

60103

1010例1例1例1例2已知某电路的幅频特性如图所示，试问：（1）该电路的耦合方式；（2）当f＝104Hz时，附加相移为多少？当f＝105时，附加相移又约为多少？（3）该电路的上截频约为多少？例2（1）因为下限截止频率为0，所以电路为直接耦合电路；（2）当f＝104Hz时，Δφ＝－135o；当f＝105Hz时，Δφ≈－270o

。（3）fH1=fH2=fH3，第二节晶体管结电容对放大电路高频特性的影响4.2.1双极型晶体管的高频小信号模型一、高频小信号模型即混合π模型图中的输出端短路。共射电流放大系数的定义为：低、中频时可认为电容开路，电流

与频率基本无关。二、晶体管的频率参数4.2.1

双极型管的高频小信号模型4.2.1

双极型管的高频小信号模型低频值低通因子二、晶体管的频率参数而fT>>f,所以

参数fT表征晶体管的高频放大能力。特征频率4.2.1

双极型管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数管子不再有放大能力。参数估算4.2.1

双极型管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数共基截止频率参数4.2.1

双极型管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数在共基极电路中：注意晶体管的混合π模型，其频率适用的范围一般在fT/3以内。以上各频率与工作点有一定关系4.2.1

双极型管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数当20lgβ下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率当β=1时对应的频率称为特征频率fT，且有fT≈β0f4.2.1

双极型管的高频小信号模型二、晶体管的频率参数4.2.2MOS型场效应晶体管的高频参数第二节晶体管结电容对放大电路高频特性的影响+-根据场效应管的结构，在衬底与源极短接的情况下，其模型如下：4.2.2MOS型场效应晶体管的高频参数第二节晶体管结电容对放大电路高频特性的影响高频时，由于电容的存在，栅极电流不再为0。仿照双极型晶体管也可定义特征频率：略去中间过程后：分析可知，沟道长度越短，管子的高频放大能力就会越强。第三节双极型晶体管放大电路的频率特性从该图中可以解出电压传输函数，但是结果非常复杂。4.3.1单管共射放大电路的高频特性高频模型4.3.1

单管共射放大电路的高频特性一、共射放大电路的单向化等效电路网络的一种等效变换关系，可以将跨接在网络输入端与输出端之间的阻抗分别等效为并接到输入端与输出端的阻抗。密勒等效定理4.3.1

单管共射放大电路的高频特性密勒等效定理的变换方法4.3.1

单管共射放大电路的高频特性密勒等效定理一、共射放大电路的单向化等效电路4.3.1

单管共射放大电路的高频特性可用中频增益近似,则一、共射放大电路的单向化等效电路4.3.1

单管共射放大电路的高频特性一、共射放大电路的单向化等效电路4.3.1

单管共射放大电路的高频特性一、共射放大电路的单向化等效电路4.3.1

单管共射放大电路的高频特性特征频率4.3.1

单管共射放大电路的高频特性参数的估算二、单管共射放大电路的高频特性4.3.1

单管共射放大电路的高频特性利用戴维宁定理变换，得下图高频源电压增益为4.3.1

单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性中频源电压增益为4.3.1

单管共射放大电路的高频特性电路的上限截止频率为共射电路的高频放大特性通常主要取决于其输入回路二、单管共射放大电路的高频特性4.3.1

单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性使上截频严重下降为提高上限截止频率，应采取以下措施：2、减小信号源内阻RS，即共射放大电路应尽可能用电压源激励.对数幅频特性和相频特性中频反相4.3.1

单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性高频响应的波特图4.3.1

单管共射放大电路的高频特性二、单管共射放大电路的高频特性在电路参数及晶体管都选定后，基本上是个常数，因而要提高增益，其带宽就要下降.4.3.1

单管共射放大电路的高频特性三、增益带宽积4.3.2共基和共集放大电路的高频特性第三节双极型晶体管放大电路的频率特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性将电流源分别等效到输入、输出回路中。输入回路的电流源可等效为一纯电阻4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性由于输入回路电容较共射电路要小(电容不存在密勒效应），且共基回路的输入电阻也相对较小，故共基电路的输入回路时间常数会远小于共射电路因此共基电路电压增益的上截止频率要高于相同工作条件下的共射电路。4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性忽略后共基放大电路电压增益的上限截止频率主要由输出回路决定。对的影响程度与的大小有关；为了扩展频带，除选用高的管子外，共基极电路宜于恒流激励，而且不宜过大。减小增大，虽可提高，但中频增益将会下降。4.3.2共基和共集放大电路的高频特性一、共基电路的高频特性4.3.2共基和共集放大电路的高频特性二、共集电路的高频特性结电容跨接于输入、输出端之间，故可根据密勒定理来分析其影响。由于共集电路的电压跟随特性，的密勒效应较小，电路的上限截止频率相应会较高，高于相同条件下的共射放大电路。由近似分析可知，用减小信号源内阻，选基区体电阻较小的管子，增大负载电阻的方法可以提高共集电路的源电压增益上限截止频率。4.3.2共基和共集放大电路的高频特性二、共集电路的高频特性当信号源频率较低时，耦合电容、旁路电容的阻抗增加，从而使得增益的模值减小，相移增大。分析可知，欲降低放大电路的下截止频率，应增加耦合电容的容量，增大放大电路的输入电阻和负载电阻。直接耦合电路的下截频为零频。4.3.3放大电路的低频特性第三节双极型晶体管放大电路的频率特性例题一解：C1、C2、Ce影响低频特性，每个电容产生一个高通环节。利用时间常数法，C1、C2、

Ce中考虑一个电容时，可将其余两个短路。C1所在回路的等效电路从C1看进的等效电阻为：C2所在回路的等效电路从C2看进的等效电阻为：Ce所在回路的等效电路从Ce看进的等效电阻为：为改善低频特性，Ce取值要远大于C1、C2

。fHfLefL2fL120--80--60--40--ff-270--0---90---180--fHfLefL2fL190--10fLe0.1fH10fH第四节场效应管共源放大电路的频率特性衬源短路时的MOS管的高频等效模型第四节场效应管共源放大电路的频率特性在的容抗远大于时，可近似认为负载为纯电阻，从而可进行密勒等效。第四节场效应管共源放大电路的频率特性可分别求出输入输出回路的上截频并用下式求解电路的实际上截频。第四节场效应管共源放大电路的频率特性电路如图所示。已知：晶体管的、、Cb'c均相等，所有电容的容量均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流IEQ均相等。定性分析各电路，回答问题。

（1）低频特性最差即下限频率最高的电路是

;（2）低频特性最好即下限频率最低的电路是

;（3）高频特性最差即上限频率最低的电路是

;acc在下图电路