第五章放大电路频率响应

第五章放大电路的频率响应

§5.1频率响应概述一、研究放大电路频率响应的必要性放大器的放大倍数Au是信号频率f的函数称为频率响应。幅频特性：输入信号幅度固定，输出信号幅度随频率变化的规律。相频特性：描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化的规律。频率响应（频率特性）产生频率响应的原因：1、放大电路中存在电抗性元件。如：耦合电容、旁路电容、极间电容等。2、三极管的

是频率的函数

（）。在中频范围，

恒定。在宽的频率范围，

是变化的。二、频率响应的基本概念1、低通电路——幅频特性——相频特性当f=fH时，，fH为上限频率。2、高通电路（fL为下限频率）3、波特图在画频率特性曲线时采用对数坐标，称为波特图。波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度lgf，幅频特性纵轴采用表示，单位是分贝（dB）；相频特性纵轴仍用表示。高通电路的对数幅频特性为：当f>>fL时，当f=fL时，当f<<fL时，，表明f每下降10倍，增益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（20dB/十倍频）的直线。★高通电路的波特图在电路近似分析时，常将波特图的曲线折线化，称为近似的波特图。在对数幅频特性中，以截止频率fL为拐点，由两段直线近似曲线；在相频特性中，用三段直线近似曲线，以10fL和0.1fL为两个拐点。当f>>fL时，当f=fL时，当f<<fL时，，表明f每下降10倍，增益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（20dB/十倍频）的直线。当f<<fH时，当f=fH时，当f>>fH时，，表明f每上升10倍，增益下降20dB，即对数幅频特性在此区间可等效成斜率为（

20dB/十倍频）的直线。★低通电路的波特图★结论（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数τ；（2）当信号频率等于下限频率fL或上限频率fH时，放大电路的增益下降3dB，且产生+45°或-45°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。低通高通电路图

电压放大倍数幅频特性（波特图）截止频率备注：一个电容，产生一个拐点，20dB/十倍频的斜率。一、晶体管的混合π模型

1、完整的混合π模型rc和re分别是集电区和发射区的体电阻，数值比较小，常忽略不计。Cμ为集电结电容，Cπ为发射结电容。为集电结电阻，为基区体电阻，为发射结电阻，根据半导体物理的分析，与成线性关系，与频率无关。gm为跨导，是一个常数，表明对的控制关系，§5.2晶体管的高频等效模型π模型晶体管结构示意图π模型2、简化的混合π模型

通常情况下，rce远大于c-e间接的负载电阻，也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和开路。密勒定理：12N12NZZ

Z

(a)原电路(b)等效变换后的电路2、简化的混合π模型

将Cμ单向化：

的容抗远大于集电极的总负载电阻，的电流可忽略不计。简化的混合π模型：

3、混合π模型的主要参数二、晶体管电流放大倍数的频率响应f在高频时，若幅值保持不变f的幅值下降，相移增大的幅值下降，相移增大高频时，频率变化时与的关系是频率的函数也随着变化，电流放大系数不是常量，是频率的函数。1、电流放大系数的幅频特性和相频特性电流放大系数的定义：在c-e间无动态电压，即c-e间短路。的频率响应与低通电路相似，fβ为的截止频率，称为共射截止频率。2、的波特图fT---特征频率(P35)计算放大电路的静态电流，3、共基截止频率fα可以根据前面推导的公式（5.2.1）（5.2.2）来求Cπ的值。§5.3场效应管的高频等效模型rgs和rds阻值很大，可认为开路。§5.4单管放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应信号传输途径：在高频段：C可以忽略，在低频段：可以忽略，在中频段：，两个电容都可以忽略。耦合电容，大极间电容，小5.4.1单管共射放大电路的频率响应1、中频电压放大倍数2、低频电压放大倍数03、高频电压放大倍数4、完整的频率响应（单管共射）上限截止频率和下限截止频率均可以表示为，τ分别是极间电容和耦合电容C所在回路的时间常数，其值为从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。二、单管共源放大电路的频率响应（自学）三、放大电路频率响应的改善和增益带宽积改善放大电路的低频特性，就需降低下限截止频率，一般在信号频率很低的使用场合，考虑采用直接耦合，使fL=0；改善放大电路的高频特性，就需提高上限截止频率。fH的提高与的增大是相互矛盾的，综合考虑两个指标，引入：增益带宽积：当管子选定后，和就确定下来，增益带宽积也确定下来。增益带宽电路图

电压放大倍数幅频特性（波特图）截止频率§5.5多级放大电路的频率响应一、多级放大电路频率特性的定性分析n级放大电路的放大倍数：对数幅频特性和相频特性表达式为：例两级放大电路：单级的幅频特性为：设两级放大电路的两个单级具有相同的频率特性，两级的幅频特性为：说明增益下降了6dB。同样，当f=fH1时，增益下降了6dB。二、截止频率的估算

1、下限截止频率两级放大电路的通频带比组成它的单级放大电路要窄。对于一个n级放大电路：当f=fL时，由于fLk/fL小于1，可将高次项忽略：加上修正系数：2、上限截止频率当f=fH时，加上修正系数：在多级放大电路中，若某级的下限频率远高于其他各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率；若某级的上限频率远低于其他各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。各级截止频率差不多时用上面推导的公式求整个电路的截止频率。由于fH/fHk小于1，可将高次项忽略：例题1：求出图示电路中C1C2Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率的表达式。解：在考虑某一电容对频率响应的影响时，应将其他电容作理想化处理。1、C1对低频特性的影响2、C2对低频特性的影响3、Ce对低频特性的影响4、对高频特性的影响例题2：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。试求解下限、上限频率fL和fH，以及电压放大倍数。解：（1）频率特性曲线的低频段只有一个拐点，且低频段的曲线斜率为20dB/十倍频，说明影响低频特性的只有一个电容，电路的下限频率为10Hz（2）频率特性曲线的高频段只有一个拐点，说明电路每一级的上限频率为2×105Hz，且高频段曲线斜率为-60dB/十倍频，说明影响高频特性的有三个电容，即电路为三级电路。（3）电压放大倍数