第6章放大电路的频率响应

第六章放大电路的频率响应6.1放大电路频率响应概述6.3晶体管和场效应管的高频等效模型6.4单管放大电路的频率响应作业：习题6-16.2RC电路的频率响应6.1频率响应概述6.1.1频率响应产生的原因

由于晶体管各极之间均存在极间电容，在晶体管放大电路中还存在耦合电容、旁路电容和分布电容等电抗元件。它们的容抗均随着信号频率的变化而变化，使放大电路对不同频率信号的放大效果不完全相同。

放大电路的电压放大倍数（增益）是频率的函数，这种函数关系叫做“频率响应”或者“频率特性”。中频段：耦合电容、旁路电容的容抗很小，可以认为短路。同时，晶体管结电容的容抗又很大，可以看作开路。因此可以不考虑放大电路的频率特性。低频段：虽然晶体管结电容的容抗比中频时还大，可以认为是开路。但是，耦合电容和旁路电容的容抗增大，对信号传输的作用不可忽略。会使增益的幅值减小，同时产生附加相位移。6.1.1频率响应产生的原因高频段：

耦合电容和旁路电容的容抗很小，可以看作短路，但晶体管结电容和电路分布电容的容抗很小，对电流的并联分流作用不可忽略。同样会使增益的幅值减小，同时产生附加相位移。

6.1.1频率响应产生的原因6.1.2频率响应的表示方法

电路的频率特性包括：幅频特性

相频特性

幅频特性：指电压增益的幅值和频率的关系。相频特性：指输出电压与输入电压之间的相位差和频率的关系。

通常把中频段的电压增益用表示。当电压增益在高频段和低频段下降到0.707时所对应的两个频率点叫做放大电路的“截止频率”。下限截止频率上限截止频率放大电路的幅频特性和相频特性1.低通电路及频率响应6.2RC电路的频率响应6.2.1RC低通电路的频率响应RC低通电路的波特图图6－3RC低通电路的波特图－3分贝0.707－5.71°6.2.1RC低通电路的频率响应RC低通电路的波特图

根据幅频特性，当，；当时，。可知，是低通电路的“上限截止频率”，电路的“通频带”为从0到的频率范围，即。当。

6.2RC电路的频率响应2.高通电路及频率响应RC高通电路的波特图图6－5RC高通电路的波特图－3分贝0.707－5.71°3.RC高通电路的波特图

根据幅频特性，当，；当时，。可知，是低通电路的“下限截止频率”，电路的“通频带”为从。当，。共射放大电路晶体管混合参数型等效电路6.3晶体管和场效应管的高频等效模型6.3.1晶体管的高频等效模型单向化后的晶体管共射混合参数型等效电路6.3.1晶体管的高频等效模型通常的值很小，可以忽略。把输入端并联电容合并，令晶体管共射混合参数型等效电路的简化图：6.3晶体管和场效应管的高频等效模型6.3.1晶体管的高频等效模型6.3.2场效应管的高频等效模型

共源接法场效应管的混合参数形等效电路如图。(rgs、rds大开路）场效应管等效电路中的输入电容较大，它的高频特性要比双极型晶体管差些。

6.3单管共射放大电路的频率响应

在中频段，极间电容因为容抗大而视为开路，耦合电容和旁路电容因为容抗小而视为短路；

在低频段，主要考虑耦合和旁路电容的影响，将极间电容视为开路；

在高频段，主要考虑极间电容的影响，而耦合和旁路电容可以视为短路。6.3单管共射放大电路的频率响应中频等效电路中频段电压增益：幅频特性和相频特性Ausm和均为实数，其波特图的中频段都是一条水平线。6.3单管共射放大电路的频率响应低频等效电路6.3单管共射放大电路的频率响应2.基本放大电路的低频响应低频段电压增益为：基本放大电路在低频段是一个RC高通特性。

其中低频段波特图6.3单管共射放大电路的频率响应高频等效电路高频段电压增益为：基本放大电路在高频段是一个RC低通特性。

其中6.3单管共射放大电路的频率响应高频段波特图4.完整的单管共射放大电路的频率响应完整的电压增益表达式：完整波特图

低频段Au下降且产生相移,主要受耦合电容、旁路电容的影响。高频段Au下降且产生相移,主要受晶体管极间电容、电路中寄生电容的影响。6.4.2共基接法晶体管的高频小信号模型

根据图晶体管高频小信号模型，可以得到共基接法晶体管的混合参数形等效电路，而图b）则为共基电路的示意图。6.4.2共基接法晶体管的高频小信号模型

可以看出，在共基接法时，由于电路的输入端和输出端之间没有元件，所以不存在等效电路单向化和的等效变换。所以共基电路上限截止频率高，适用于高频和宽频带放大电路。6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

1．对放大电路频率响应的要求在放大电路的通频带内，对于不同频率的信号，放大电路电压增益的幅值和相位不会发生变化。在通频带外，对于不同频率的信号，放大电路的放大效果是不同的。输出信号可能产生失真，这种失真叫做“频率失真”。频率失真包括“幅值失真”和“相位失真”。6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

为了减小频率失真，放大电路的通频带应该覆盖整个输入信号的频率范围。但是，放大电路的通频带也不能太宽，放大电路通频带越宽，受干扰和噪声的影响也越大。而且对于某些电子电路，要求放大电路应具备选频特性。所以在放大电路通频带的选择上不是越宽越好，应符合实际使用要求。6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

为了减小频率失真，可以采取相应的手段扩大放大电路的通频带。通常采用的方法有：（1）减小，改善低频响应。一方面使有关电容(耦合电容和旁路电容）的电容量增大，一方面使相应回路的电阻增大。当然，最好的办法是去掉耦合电容而采取直接耦合的方式。

6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

（2）增大，改善高频响应。有其中：所以应减小电阻和电容，选择特征频率高，小的高频管，还要减小。但是，减小会时放大电路电压增益下降。可见扩展频带和提高电压增益是有矛盾的。6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

（3）引入负反馈。在电路中引入负反馈，可以扩大放大电路的通频带。6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

扩展放大电路的通频带和提高电压增益之间存在矛盾。为了综合考虑这两方面的性能，引入一个新的综合指标“增益带宽积”GBP，它是中频电压放大倍数和通频带的乘积。

由于6.4.4放大电路频率响应的改善和增益带宽积

所以：增益带宽积为：可以看出，在一般情况下，当晶体管和信号源选定后，增益带宽积也就大体确定。如果要使放大电路的通频带宽，同时又要使它的电压增益高，则应选用和都很小的高频管。6.5多级放大电路的频率响应6.5.1多级放大电路的频率响应表达式和波特图

多级放大电路电压增益的波特图的表达式为：

设多级放大电路每一级的电压增益分别为，，…，，则总的电压增益为：6.5多级放大电路的频率响应6.5.1多级放大电路的频率响应表达式和波特图

因此，只要把各级电压增益的波特图进行叠加，就可以得到多级放大电路总电压增益波特图。6.5.2多级放大电路的下限截止频率的估算

令总的中频电压增益，则多级放大电路在低频段的为：usLA6.5.2多级放大电路的下限截止频率的估算

如果忽略高次项，有：如果需要更加精确一些

当各级的相差不大时，可用上式估算多级放大电路的。如果其中某一级的比其余各级大（4～5）倍以上，则可认为总的。6.5.3多级放大电路的上限截止频率的估算多级放大电路在低频段的为：有

当各级的相差不大时，可用上式估算多级放大电路的。如果其中某一级的比其余各级大（1/4~1/5）倍以上，则可认为总的。6.5