第7章频率响应

7.1

频率响应的基本概念本章重点：讨论电路的频率响应与哪些因素有关，从而得到设计宽频带放大器的一些指导原则。频率响应也称为“频率特性”，是放大器的一个重要指标。它描述的是放大器对于不同频率电信号放大率的均匀度。由于实际的放大器中存在电抗元件（BJT的极间电容、电路的负载电容、分布电容、引线电感等），使得放大器对不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同，由此产生的信号失真称为频率失真。一般地，实际信号（如音频、视频、生物电信号等），都不是单频信号，而是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号，占有一定的频谱。7.1.1

频率失真(a)信号(b)振幅频率失真(c)相位频率失真振幅频率失真（幅频失真）：放大倍数随频率变化而引起的失真相位频率失真（相频失真）：延迟时间随频率变化而引起的失真以上两种失真均由电路中的线性电抗元件（电阻、电容和电感）引起，统称为线性失真。当信号通过放大电路时,其频率成分不变,但各频率分量的振幅及相位会发生变化.2、线性失真与非线性失真线性失真与非线性失真的相同点：输出信号产生畸变。线性失真与非线性失真的不同点：起因和结果均不同。起因不同线性失真：是由电路中的线性电抗元件引起的。非线性失真：是由电路中的非线性元件（BJT或FET的特性曲线的非线性等）引起的。结果不同线性失真：只会使信号中各频率分量的比例关系和时间关系发生变化，不产生输入信号中没有的新的频率分量。非线性失真：会产生输入信号中没有的新的频率分量。7.1.2实际的频率响应及通频带的定义阻容耦合放大器的实际幅频特性集成运放的实际幅频特性耦合电容和旁路电容使低频段放大倍数下降BJT的极间电容和电路的负载电容、分布电容等使高频段放大倍数下降集成运放是高增益的直接耦合放大器，平坦部分可延伸到零。中频区增益AuI与通频带BW是放大器的两个重要指标（彼此矛盾），还可用增益频带积来表征放大器性能通常希望放大器具有尽可能大的增益频带积通频带的选择，要由信号的频谱来决定，对给定的信号，通频带过宽不仅无必要，还会窜入不必要的干扰和噪声。7.2BJT的高频小信号模型与频率参数1.BJT的高频等效电路BJT的高频小信号混合π型等效电路2.BJT的高频参数①共射短路电流放大系数β(jω)及其上限频率fβ由于Cb’e的影响，β将是频率的函数β(jω)的上限频率定义：|β(jω)|下降到1时所对应的频率，即|β(jfT)|=1②特征频率fTCb’c很小，忽略其对基极电流的分流作用7.3

运用快速估算法分析频率响应的预备知识多电容电路中频段等效电路中频增益与频率无关C1：耦合电容，约几十个μF。C2：负载电容，约几~几百pF。高频段等效电路高频时常数上限角频率随着频率的升高，增益|Au(jω)|下降，输出电压|Uo(j

ω)|下降。低频段等效电路下限角频率低频时常数随着频率的下降，增益|Au(jω)|下降，输出电压|Uo(j

ω)|下降。238页图7.3.291页图3.10.1(a)7.4

单级共射放大器的高频响应分析2.

Miller定理和高频等效电路的单向化模型1.

共射放大器的高频小信号等效电路Miller定理给出了网络的一种等效变换关系，它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在输入端与输出端的阻抗。网络N的电压增益Miller等效后的单向化等效电路单向化模型进一步的简化等效电路3.

高频增益表达式与上限频率附加相移幅频特性相频特性（7.4.11）（3.10.25）4.频率特性的波特图近似表示法371页对数坐标系视野开阔。上限频率处，BODE图与实际幅频特性有-3dB的误差。5、负载电容和分布电容对高频响应的影响

由极间电容引入的上限角频率输入回路时常数的倒数由负载电容和分布电容引入的上限角频率输出回路时常数的倒数总的上限角频率6、结果讨论（宽带放大器设计依据）

[例7.4.1]某运算放大器由三级组成，其中相位补偿电容C跨接在第二级的输入和输出端之间，第一级上限频率fH1最低，是主极点，求fH1.7.5共集电路的高频特性一、Cb′c的影响：因CC电路C极直接连接到电源，故Cb′c相当于接在b′和地之间，不存在CE电路中的密勒倍增效应。因Cb′c很小(零点几～几pF)，只要Rs及rbb′较小，Cb′c对高频响应的影响就很小。

二、Cb′e的影响：这是一个跨接在输入端与输出端的电容，利用Miller定理将其等效到输入端。三、CL的影响只要源电阻Rs较小，工作点电流ICQ较大，则Ro可以做到很小，进而时常数RoCL很小，fH2很高。所以，CC电路有很强的承受容性负载的能力。结论：①CC电路的高频响应很好。所以，在多级放大器中，总体高频响应将主要取决于CE电路。

②CC电路的插入，有利于CE电路高频响应的改善，有利于总体fH的提高。7.6

共基电路的高频响应一、Cb′e的影响：若忽略rbb′的影响，则Cb′e直接接于输入端，输入电容Ci=Cb′e

，不存在Miller倍增效应，且与Cb′c无关。所以，CB电路的输入电容比CE电路的小得多。同时，CB电路的输入电阻Ri≈re≈26mV/ICQ，也非常小，因此，CB电路输入回路的时常数很小，fH1很高。

若忽略rbb′的影响，则Cb′c直接接到输出端，也不存在Miller倍增效应。输出端总电容为Cb′c+CL。此时，输出回路时常数为Ro′

(Cb′c+CL)，输出回路决定的fH2为二、C

b′c及CL的影响若Ro′和CL较大，则fH2较低。说明CB与CE一样，承受容性负载的能力较差。三、CE-CB级联放大器的高频响应CB电路的输入阻抗将作为CE电路的集电极负载，由于CB电路输入阻抗Ri2很小，因此，CE电路的Cb′c的Miller倍增电容CM=Cb′c(1+gmRi2)将很小，从而使CE电路的输入电容Ci减小，最终提高CE电路的上限频率。（展宽频带）CE-CB差分宽带集成放大器电路(CA3040)7.7场效应管放大器的高频响应7.8放大器的低频响应阻容耦合共射放大器电路C1对低频响应影响的等效电路C2对低频响应影响的等效电路一、C1对低频特性的影响|Au(jω)|0.707|AuIs||AuIs|＋45°0ωωL＋45°0ωωL＋90°(a)(b)图5–24阻容耦合放大器C1引入的低频响应

二、C2对低频特性的影响略，251页或92页。三、CE对低频特性的影响7.9多级放大器的频率响应第二，总上限频率fH低于任何一级的上限频率；总下限频率fL高于任何一级的下限频率；总放大倍数增大了，总的BW=(fH-fL)减小了。第三，设计多级放大器时，必须保证