第5章模拟电路课件-002

第5章放大电路的频率响应重点：1.频率响应的基本概念、波特图。2.晶体管（场效应管）的高频等效模型

（混合模型）。3.单管放大电路的频率响应。4.多级放大电路的频率响应。5.15.1.1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。频率响应概述一、

高通电路+_+_CR

RC

高通电路令：5.1.2频率响应的基本概念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：

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。f最大误差为3dB，发生在f=fL处。0.1

fLfL

10

fL0-20-403dB20dB/十倍频对数相频特性

相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10

fL45º90º0

f误差

在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º二、RC低通电路的波特图

RC低通电路图+_+_CR令：则：fH称为上限截止频率

低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10

fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10

fH-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。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。5.2.1晶体管的混合模

型一、完整的混合模型5.2(b)混合模型(a)晶体管的结构示意图晶体管的高频等效模型单向化视为∞二、简化的混合π模型三、混合模型的主要参数将混合

模型和简化的h参数等效模型相比较，它们的电阻参数完全相同。Cμ可从手册中查得Cob，Cob与Cμ近似相等。Cπ数据可从手册中给定的特征频率fT和放大电路的Q点求解。5.2.2晶体管电流放大倍数β的频率响应

当信号频率发生变化时，电流放大系数β不是常量，而是频率的函数。

电流放大系数的定义：

从混合π等效模型可以看出，管子工作在高频段时，若基极注入的交流电流Ib的幅值不变，则随着信号频率的升高，b'-e间的电压Ub'e的幅值将减小，相移将增大；从而使IC的幅值随Ub'e线性下降，并产生与Ub'e相同的相移。求共射接法交流短路电流放大系数ββ的对数幅频特性与对数相频特性对数幅频特性fTfOf20lg0-20dB/十倍频f0对数相频特性10f0.1f-45º-90º

1.共射截止频率f值下降到0.7070(即

)时的频率。当

f=f

时，值下降到中频时的70%左右。或对数幅频特性下降了3dB。几个频率的分析2.特征频率fT

值降为1时的频率。f>fT

时，，三极管失去放大作用；

f=fT

时，由式得：3.共基截止频率f

值下降为低频0时

的0.707时的频率。

f与f、

fT

之间关系：因为可得可见，fα>>fβ,因此共基极放大电路可作为宽带放大电路。

Cgd5.3

场效应管各极之间存在极间电容，其高频等效模型如下。一般情况下

rgs和

rds比外接电阻大得多，可认为是开路。

Cgd可进行等效变化，使电路单向化。场效应管的高频等效模型

Cgd等效变化g-s之间的等效电容为d-s之间的等效电容为由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多，故分析频率特性时可忽略的影响。场效应管的高频等效模型(b)简化模型5.4

5.4.1单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+单管共射放大电路

中频段：各种电抗影响忽略，Au

与f

无关；低频段：隔直电容压降增大，Au降低。与电路中电阻构成RC高通电路；高频段：三极管极间电容并联在电路中，Au

降低。而且，构成RC低通电路。单管放大电路的频率响应一、中频电压放大倍数耦合电容

可认为交流短路，极间电容可视为交流断路。1.中频段等效电路中频段等效电路由图可得

bce

+Rb~+++RcRs－2.中频电压放大倍数已知，则

结论：中频电压放大倍数的表达式，与利用简化h

参数等效电路的分析结果一致。二、低频电压放大倍数考虑隔直电容的作用，其等效电路：

C1

与输入电阻构成一个RC高通电路式中

Ri=Rb//rbe

bce

+Rb~+++RcRs－C1输出电压低频电压放大倍数

bce

+Rb~+++RcRs－C1低频时间常数为：下限(-3dB)频率为：则对数幅频特性对数相频特性因电抗元件引起的相移为附加相移。低频段最大附加相移为+90度三、高频电压放大倍数考虑并联在极间电容的影响，其等效电路：高频等效电路

bce

+Rb~+++RcRs高频等效电路的简化(a)由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数，故可忽略输出回路的结电容。用戴维南定理将上图简化。

ce

+~++Rc—C'

与R

构成RC

低通电路。高频时间常数：上限(-3dB)频率为：四、波特图对频率从0到∞的电压放大倍数表达式为的对数幅频特性和相频特性高频段最大附加相移为-90度1.根据电路参数计算、fL

和fH；2.由三段直线构成幅频特性。中频段：对数幅值低频段：

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。3.由五段直线构成相频特性。绘制波特图步骤：

幅频特性fOfL-20dB/十倍频fH20dB/十倍频-270º-225º-135º-180º相频特性-90º10fL0.1fL0.1fH10fHf5.4.2单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路及其等效电路在中频段开路，C短路，中频电压放大倍数为在高频段，C

短路，考虑的影响，上限频率为：在低频段，开路，考虑C的影响，下限频率为：电压放大倍数5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积为了改善放大电路频率响应，应降低下限频率,放大电路可采用直接耦合方式，使得fL

=0。2.为了改善单管放大电路的高频特性，应增大上限频率fH。(场效应管为Cgs)3.增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积。Ri=Rb//rbe假设Rb>>Rs，Rb>>rbe；(1+gmRc)Cμ

>>C为了综合考的性能引入“增益带宽积”的参数。说明：

晶体管选定后，和

就随之确定，增益带宽积也就确定，增益增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。

若要改善电路的高频特性，展宽通频带，首先应选用

都小的高频管，且减小

所在的回路的总等效电阻。或采用共基极电路。4.场效应管共源放大电路的增益带宽积

可见，场效应管选定后，增益带宽积近似常数。改善高频特性的根本是选择Cds小的管子并减小Rg的阻值。5.55.5.1

多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。多级放大电路的频率响应多级放大电路的总相位移为：对数幅频特性为：两级放大电路具有相同频率特性的波特图。fHfL幅频特性fOfH16dB3dB3dBfBW1fBW2一级二级-20dB/十倍频-40dB/十倍频相频特性-270º-360ºf-540º-180º-450º-90º一级二级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带窄。-135º-225ºfL15.5.2

截止频率的估算1.下限频率多级放大电路低频段的电压放大倍数：根据定义，当时，两边取平方，得展开得忽略高次项，得修正得2.上限频率多级放大电路高频段的电压放大倍数：根据定义，当时，两边取平方，得展开得忽略高次项，得修正得若放大电路是由两级频率特性相同的电路组成，则若放大电路是由三级频率特性相同的电路组成，则注：(1)

在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据，即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。(2)有多个耦合电容和旁路电容的单管放大电路中，在分析下限频率时，应先求出每个电容所确定的截止频率，然后代入

中，求出电路的下限频率。

已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。fH≈0.52fH1=(0.52×2×105)Hz=104kHz（3）电压放大倍数例1解：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交流等效电路例2解：1.考虑C1对低频特性的影响C1所在回路的等效电路2.考虑C2对低频特性的影响

C2所在回路的等效电路3.考虑Ce对低频特性的影响4.考虑结电容对高频特性的影响比较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