《模拟电子技术》放大电路的频率响应-课件

6.1放大电路的频率性第六章放大电路的频率响应

6.2多级放大器的频率响应小结6.1频率响应概述6.1.1研究放大电路频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。一、RC

低通电路的频率响应图5.1.2

RC

低通电路图+_+_CR令：则：fH

称为上限截止频率图5.1.3(b)低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。二、

高通电路+_+_CR图5.1.1（a)

RC

高通电路令：fL

称为下限截止频率则有：放大电路的对数频率特性称为波特图。对数幅频特性：

实际幅频特性曲线：图5.1.3(a)幅频特性当f≥

fL(高频)，当f<fL

(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处20dB/十倍频对数相频特性图5.1.3(a)相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º0f误差

在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º小结（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ，即决定了fL和fH。（2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增益下降3dB，且产生+450或-450相移。（3）近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。6.3晶体管和场效应管的高频等效模型RsUs+-Uo+-fOAum1.频率响应Au(f)—幅频响应(f)—相频响应0.707AumfOAuf

L

—下限截止频率

f

H

—上限截止频率

2.频带宽度(带宽)BW(BandWidth)BW=f

H

-

f

L

f

HfLfH3.研究频率响应的方法(1).三个频段的划分1).中频区(段)特点:Aus与f无关

与f无关原因:不考虑电路中电容的影响2).低频区(段)特点:Aus与f有关(f下降Aus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电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降.所以Aus下降3).高频区(段)特点:Aus与f有关(f增大Aus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(2).研究方法

分频区用等效电路法分析计算1).中频区前边已经讲过用H参数微变等效电路分析计算2).低频区用中频区的等效电路并把C1和C2的影响考虑进去,画出等效电路,进行分析计算3).高频区晶体管的H参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以首先介绍晶体管的高频小信号模型.6.3.2晶体管的高频物理模型

---混合∏等效电路1.混合∏等效电路的引出用晶体管物理模型引出NNP基极B集电极C发射结集电结—基区—集电区base发射极EBEBCrbbrberbcCbcCberbb---基区电阻几欧—几百欧rbe---发射极电阻与工作点Q有关rbc---集电极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Cbc---发射结电容可以用C来表示rce---输出电阻一般在几百K以上,可以看作∞gmUbe---发射结电压控制集电结电流gm---跨导cbe2.混合参数和H参数的关系3.混合∏等效电路的简化4.与频率f的关系=0.7070f

—共发射极截止频率fT

—

特征频率=1可求得：同样可求得：可见：ffo0.707o1fTO6.3.3晶体管基本放大电路的频率响应1.画出全频段的微变等效电路C12.中频区的频率响应f≤fH

f＞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(3).写出表达式的模和相位3.低频区的频率响应f≤fL(1).微变等效电路C∏’看作开路

(2).写出Ausm的表达式(3).写出表达式的模和相位(2).写出Ausm的表达式4.高频区的频率响应f＞fH(1).微变等效电路C1看作短路(3).写出表达式的模和相位5.波特图的画法(1).坐标轴的选择1).幅频响应纵轴用分贝横轴用对数表示的频率2).相频响应纵轴用度横轴用对数表示的频率(2).中频区的画法设:

(3).高频区的画法(4).低频区的画法将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、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实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即(5).完整的单管共射电路频率响应，由上图可看出，画单管共射

放大电路的频率特性时，关键在于算出下限和上限截止频率和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间常数，由图可知：，其中，而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的时间常数；由图可知：

，其中因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等效电路，算出输入回路的时间常数和，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。对数幅频特性：在到之间，是一条水平直线；在时，是一条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路的通频带。相频特性：在时，；在时，；

在时，；而在f从到以及从到的范围内，相频特性都是斜率为十倍频程的直线。前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大误差为3dB，相频特性的最大误差为，都出现在线段转折处。

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下限截止频率这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折频率。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，应该可以用其他方法处理。此时，波特图的画法要复杂一些。

如果放大电路中，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，由于在射极电路里，射极电流是基极电流

的倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此往往是决定低频响应的主要因素。6.4.4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

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。如果同频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数为了即使同频带宽又要要求电压放大倍数高，则应选和都很小的高频管

结论三极管三种接法中，共基的最高，高频特性最好，共集次之，共射最差。原因自己分析。例6.5.2分别求出如图所示Q点稳定电路中C1C2和Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui

图2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路b解：交流等效电路图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路1.考虑C1对低频特性的影响(b)C1所在回路的等效电路2.考虑C2对低频特性的影响(c)C2所在回路的等效电路3.考虑Ce对低频特性的影响(d)Ce所在回路的等效电路4.考虑结电容对高频特性的影响(e)结电容所在回路的等效电路比较C1、C2、Ce所在回路的时间常数τ1、τ2、τe,当取C1＝C2＝Ce时，τe将远小于τ1,τ2，即fLe远大于fL1和fL2因此，fLe就约为电路的下限频率。一、小信号频率参数f

/

Hz20lgAud(f)

/dBfHOfT01.开环带宽BWBW=

f

H6.1.5集成运算放大器高频参数及其响2.单位增益带宽BWGBWG=

f

T运放闭环工作时，

带宽增益积=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)fT为开环增益下降至0dB(即Aud

=1)时的频率带宽增益积=1

f

T=

fT=BWG=Aud

f

HBWG=AudBWf=0，使Auf=1，当Auf

降为0.707时，此时的频率即为fT。BWG=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>2fUomA741，Uom=10V最高不失真频率为8kHz2.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三、高速宽带集成运放当

BWG>2MHz，BWP>20kHz，SR>6V/s选高速宽带运放4.2

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4.2.1多级放大器的下限频率fL

设单级放大器的低频增益为(5–69)(5–70)(5–71)(5–72)

解得多级放大器的下限角频率近似式为若各级下限角频率相等，即ωL1=ωL2=…=ωLn,则4.2.2多级放大器的上限频率fH

设单级放大器的增益表达式为

式中，|AuI|=|AuI1||AuI2|…|AuIn|为多级放大器中频增益。令一、简单RC

电路的频率特性RC

低通