第5章 放大电路频率响应

5.1频率响应的基本概念和波特图第5章放大电路的频率响应

5.4多级放大器的频率响应小结5.3放大电路的频率响应5.2高频小信号混合等效电路

5.1.1放大电路频率响应的基本概念一.频率响应Au(f)—幅频特性(f)—相频特性二.三个频段的划分1).中频区(段)特点:Au与f无关

与f无关原因:不考虑电路中电容的影响特点:Au与f有关(f下降Au也下降,与频率有关)原因:由于C1和C2的存在在频率比较低时，耦合电容和旁路电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降，所以Au下降2).低频区(段)3).高频区(段)特点:Au与f有关(f增大Au下降,与f有关)原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起f

L

—下限截止频率f

H

—上限截止频率三.频带宽度(带宽)BWBW=f

H

-

f

L

f

H一、RC低通电路的频率特性1.频率特性的描述RC•••••令1/RC=H则fH=1/2RC

5.1.2

RC低通和高通电路的频率特性•滞后••••fO|Au

|10.707O–45–90

fHf幅频特性相频特性2.频率特性的波特图1.为什么波特图开阔了视野？讨论一102030405060Of10102103104105106f横轴采用对数刻度，幅频特性的纵轴采用20lg|Au|表示，单位是分贝(dB);相频特性的纵轴仍用φ表示。2.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？纵轴采用20lg|Au|表示，使得“×”→“＋”。•

/dB

0

/dB0f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°0f低通电路的波特图0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH二、RC高通电路的频率特性•••令1/RC=L则fL=1/2RC超前RC••波特图f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍频f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°注意结论：(1)画RC电路波特图的关键是求对数频率特性的转折频率，即fL或fH，而它们的大小又取决于电路的时间常数。(2)画复杂电路或系统的波特图，关键在于能画出一些基本因子的波特图，如K，jf/fp，1/(1+jf/fp)，等。例1求已知一阶低通电路的上限截止频率。0.01F1k1k1//1k0.01F戴维宁定理等效时间常数的估算1）单个电容多个电阻2）单个电阻多个电容3）多个电阻多个电容例2画出下列频率响应函数的波特图。5.2晶体管的高频物理模型---混合∏等效电路一.混合∏等效电路的引出由晶体管的结构引出物理模型，形状像Π。NNP基极B集电极C发射结集电结—基区—集电区发射极E—发射区r

bb---基区电阻几欧—几百欧rbe---发射结电阻与工作点Q有关rbc---集电结电阻一般在几兆以上,可以看作无穷大rc和re可以忽略不计Cbc---集电结电容可以用C来表示Cbe---发射结电容可以用C来表示rce---输出电阻一般在几百K欧以上,可以看作∞gmUbe---发射结电压控制集电结电流gm---跨导be连接了输入回路和输出回路阻值大二.混合∏等效电路的单向化根据密勒定理其中，根据密勒定理根据密勒定理其中，一般，所以

一般可忽略密勒定理

设有一个具有n个节点的线性电路，其中节点0为参考点。而节点1和节点2之间有一阻抗Z相接，如图1所示。

图1图2设，则等效电路如图2所示。其中：三.混合参数和H参数的关系＝？四.的频率响应(1)频率响应=0.7070f

—共发射极截止频率fT

—

特征频率=1可求得：ffo0.707o1fTO(2)特征频率fT及其与f、的关系

f

=

fT时，由式将和的表达式代入上式整理即可得到混合∏等效电路及其参数晶体管的频率参数共射截止频率共基截止频率特征频率集电结电容手册查得f比f高很多

5.3放大电路的频率响应一、研究方法分频段研究法1.中频区的频率响应f≤fHf＞fL(1).微变等效电路C1看作短路C∏’看作开路

(2).写出Ausm的表达式二、频率响应(3).写出表达式的模和相位2.低频区的频率响应

f≤fL(1)微变等效电路C∏’看作开路

(2)写AusL的表达式式中Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRsC1输出电压低频电压放大倍数低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则(3)写出表达式的模和相位对数幅频特性对数相频特性中频段20dB/十倍频3.高频区的频率响应f＞fH(1).微变等效电路C1看作短路(2)写出AusH的表达式(3)写出表达式的模和相位的对数幅频特性和相频特性高频段最大附加相移为-90度将中频段、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整的频率特性（波特）图。

共射电路完整波特图可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即4.完整的单管共射电路频率响应5.几点说明(1)按照规律画波特图1)计算Ausm2）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。（2）如果同时考虑耦合电容

和，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个转折频率如果二者之间的比值在4~5倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。否则，应该可以用下节介绍的方法处理。

3）由五段直线构成相频特性。（3）晶体管的射极上接有射极电阻和旁路电容，而且的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，它往往是决定低频响应的主要因素。例3求如图所示电路的上限截止频率、下限截止频率。C2、Ce短路，开路，求出C1、Ce短路，开路，求出C1、C2短路，开路，求出C1、C2、Ce短路，求出因为一般有所以该电路频率响应表达式为（4）共基和共集放大电路的高频响应共基放大电路的上限截止频率很大，适用于高频和宽带放大电路。共集放大电路的上限截止频率也较大，高频响应特性也较好。讨论二直接耦合放大电路的频率响应？例4已知某电路的波特图如下所示，试写出的表达式。

例5某放大电路的频率响应表达式为（1）中频电压放大倍数、上、下限转折频率各为多少?

（2）画出波特图fL=5HzfH=10kHz变换表达式时注意要使变换后的fL<fH解：要按照标准形式变换表达式。三、放大电路频率的改善和增益带宽积1.对放大电路频率响应的要求

只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”频率响应的要求是：放大电路的要低于输入信号中的最低频率分量；要高于输入信号中的最高频率分量。2.对放大电路频率响应的改善（1）减小改善低频响应方法：加大C1、C2和CE

或采用直接耦合（2）增大改善高频响应方法：减小C、C

或采用高频管（3）引入负反馈3.放大电路的增益带宽积定性分析fbw＝fH－fL≈fH矛盾当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果通频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数。为了既要通频带宽又要电压放大倍数高，则应选和都很小的高频管，必要时需采用共基电路。

定量分析:若rbe<<RB，Rs<<RB，，则可以证明说明决定于管子参数约为常量根据5.4

多级放大器的频率响应

如果放大器由多级级联而成，那么，总增益一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。6dB3dBfLfHfL>fL1，fH<fH1，频带变窄！5.4.1多级放大器的上限频率fH

设单级放大器的高频增益表达式为|AuI|=|AuI1||AuI2|…|AuIn|5.4.2

多级放大器的下限频率fL

设单级放大器的低频增益为解得多级放大器的下限角频率近似式为一、小信号频率参数f

/

Hz20lgAud(f)

/dBfHOfT01.开环带宽BWBW=

f

H

5.4.3集成运算放大器高频参数增益带宽积=Aud

fHfH为开环增益下降3dB时的频率通用型集成运放带宽较窄(几赫兹)2.单位增益带宽BWGBWG=

f

T运放闭环工作时，

fT为开环增益下降至0dB(即Aud=1)时的频率增益带宽积=1

f

T=

fT=BWG=Aud

f

HBWG=AudBWBWG=AufBWf如741型运放:Aud

=104，BW=7Hz，Auf

=10，则BWf=7kHz。二、大信号频率参数1.转换速率SR输入输出A741为0.5V/s高速型SR>10V/s否则将引起输出波形失真例如：则：须使：SR>2fUom2.全功率带宽BWP输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率A741Uom=10V最高不失真频率为8kHz。例6某电路的各级均为共发射极放大电路，其对数幅频特性如图，试确定其放大倍数，高频转折频率、低频转折频率，写出的表达式，并求下限、上限截止频率。解得fH=105kHz。解：例7

已知两级共射放大电路的电压放大倍数求：（1）