第5章放大器的频率响应

第5章放大器的频率响应授课与课件执笔刘布民2008年9月刘布民一、放大器频率响应的概念及描述

1.掌握产生频率响应的原因；

2.理解放大器频率特性函数，掌握fL、fH、BW的定义；

3.理解幅频特性和相频特性函数；

4.了解频率失真（幅频失真、相频失真）及其与非线性失真的区别；

5.了解对数频率特性曲线波特图的概念。理解放大器的增益函数、零、极点。二、掌握放大器的低、高频截止频率的估算

1.用短路时间常数法估算fL

；

2.用开路时间常数法估算fH。刘布民§5.1频率响应基本概念放大器的频率响应是输出信号（如输出电压）随输入信号变化的响应，这种响应通常指输出信号振幅和它相对于输入信号的相移随输入信号频率的变化。放大器的频率响应实质就是放大器对正弦输入信号的稳态响应，用表示。

刘布民一、产生频率响应的原因

放大电路存在耦合电容、旁路电（大电容）和发射结电容、集电结电容（小电容），容抗与频率有关，故输出电压的大小与频率有关。刘布民二、放大电路的频率响应特性1.放大电路的低频段频率响应在CE电路中耦合电容C1，C2一般取值为几十，频率较高时容抗Xc较小，交流通路可以视为短路。但是当频率较低时Xc对电路的频率响应造成影响。刘布民电路频率较低时，交流通路的耦合电容及旁路电容不能视为短路。输入电压不变时，随着工作频率的降低，会造成输出电压的减少，电路放大倍数减小。刘布民2.放大电路的高频段频率响应由于BJT存在PN结间电容，其容量很小，频率低的时候不起作用。但当频率高时，会造成放大器输入端趋于短路。使放大增益大大降低。刘布民3.放大电路的中频段频率响应放大器工作在中频段，耦合电容和旁路电容（大电容）对交流信号短路，而结间电容（小电容）对交流信号开路。因此在中频段放大器的小信号模型实际是一个阻型网络，因此其增益是与频率无关的常数。刘布民§5.2频率响应指标和频率失真一、中频电压增益

CE电路：刘布民二、放大器频率特性函数的数学描述表示输出信号和输入信号振幅之比，它反映了增益的幅度与频率之间的关系，称为增益的幅频特性。表示输出信号和输入信号相位差，它反映了增益的相位与频率之间的关系，称为增益的相频特性。刘布民三.放大器频率特性函数下限截止频率：上限截止频率：通频带：刘布民工程上规定：当信号频率降低或升高到使得增益下降到中频段增益的倍或0.707倍时所对应的频率，分别称为低端截止频率和高端截止频率。在和之间的频率范围（中频区，增益和频率无关）成为放大器的通频带用表示，即通频带＝－。

在直接耦合放大器中，由于电路没有“大电容”，故其频率特性的低频截止频率＝0，故其通频带＝。刘布民四.放大器的频率失真信号可以分解为许多不同频率的正弦分量，因此，应将放大器的任意输入信号看成时具有一定频带的信号。如果放大器对输入信号不同频率分量的增益不同，输出波形就会畸变，这种输出失真叫幅频失真。如果放大器对输入信号不同频率分量的相移不同，输出波形也就会畸变，这种输出失真叫相频失真。

刘布民幅频失真和相频失真统称为频率失真；频率失真是线性失真。频率失真（线性失真）：幅频失真相频失真刘布民线性失真（频率失真）和非线性失真（削波失真）区别：

1.频率失真是输入信号的频带超过放大器的通频带所产生的失真；非线性失真是输出超过晶体管放大区所产生的失真。

2.频率失真时，输出波形中不会出现输入信号中所没有的新的频率分量；非线性失真时，输入波形中一定出现输入信号中没有的新的频率分量。刘布民§5.3放大器的频率响应一.放大器的增益函数极点零点分子有理多项式的根（i=1~m）使得＝0，因此称为零点。分母有理多项式的根（j=1~n）使得为无穷大，因此称为极点。刘布民二.放大器的增益函数的特点

1.物理可实现放大器增益函数的零点数m必然小于或等于极点数n；

2.放大器是稳定系统，增益函数的所有极点都位于s平面的左半平面；

3.增益函数的极点数目等于电路中独立电抗的数目。刘布民三、放大器频率响应两种分析方法1、增益函数法；2、时间常数法1.低通滤波器（LPF）增益函数法---电路频率响应分析方法（一）刘布民刘布民刘布民刘布民刘布民刘布民刘布民时间常数法----电路频率响应分析方法（二）1、时间常数法目的：完成放大器的低、高截止频率的估算〖1〗用短路时间常数法估算低频截止频率fL【1】增益函数存在主极点的多极点工程修正式:刘布民【2】增益函数不存在主极点的多极点工程修正式

:【3】增益函数单极点计算公式:刘布民〖2〗用开路时间常数法估算高频截止频率

fH【1】

增益函数多极点、单级CE放大器或单级FET的

CS放大器fH

计算式

:【2】增益函数多极点工程修正式

:刘布民【3】增益函数单极点条件下计算公式

:刘布民例2.单级CE放大器如下图所示，试估算出该放大器低频源电压增益的低频截止频率。CE放大器电路图解题方法及其步骤：低频交流通路图（2）绘制低频交流通路图（1）绘制直流通路图[略]刘布民（3）绘制低频微变等效模型图。低频微变等效模型图（4）确定独立电容数目=3。独立电容是：C1、C2、CE（5）用短路法求短路时间常数（6）求下限截止频率fL

。短路法：仅保留一个独立电容，

其它电容被短路。解：（1）绘制直流通路图[略]（2）绘制低频交流通路图[略]刘布民（3）绘制低频微变等效模型图。（4）确定独立电容数目=3。独立电容是：C1、C2、CE（5）求时间常数τjs○求τ1S◎绘制微变等效模型低频微变等效模型图刘布民刘布民○求τ2S刘布民刘布民○求τ3S共基极放大器的频率响应分析1、CB放大器电路结构图2、CB直流通路图刘布民3、求下限截止频率发fL----〖1〗CB低频段交流通路图刘布民刘布民〖2〗判定独立电容数：3个。∴短路时间常数有三个。〖3〗求时间常数τ1s刘布民〖4〗求时间常数τ2s刘布民刘布民〖5〗求时间常数τBs刘布民刘布民〖6〗求下限截止频率fL

4、求上限截止频率发fH〖1〗CB高频段交流通路图刘布民刘布民〖2〗判定独立电容数：2个。∴开路时间常数有2个。刘布民〖3〗求开路时间常数τb’eo刘布民刘布民〖4〗求开路时间常数τb’co刘布民〖5〗求上限截止频率fH

四、放大器三种组态的频率响应特征1、通频带BW的比较：CC>CB>CE2、相频特性比较：刘布民补充习题:请启用CB电路频率响应分析方法写出

CC放大器的fL、fH

的解析式。刘布民五.增益函数的特例---增益和函数中的时间常数

1.电路只含有两个耦合电容和一个旁路电容。表征的响应是高通特性；ωL3

为低端截止频率。刘布民

2.电路只含有两个极间电容表征的