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第三章 放大電路的頻率響應(yīng),3.1 頻率響應(yīng)的一般概念,3.2 三極管的頻率參數(shù),3.3 單管共射放大電路的頻率響應(yīng),3.4 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng),3.1 頻率響應(yīng)的一般概念,由于放大電路中存在電抗性元件，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。,3.1.1 幅頻特性和相頻特性,電壓放大倍數(shù)的幅值和相角都是頻率的函數(shù)。,即,典型的單管共射放大電路的幅頻特性和相頻特性,圖 3.1.1,3.1.2 下限頻率、上限頻率和通頻帶,fL ：下限頻率；,fH ：上限頻率,BW ：通頻帶,BW = fH - fL,3.1.3 頻率失真,圖 3.1.2 頻率失真,(a)幅頻失真,(b)相頻失真,3.1.4 波特圖,放大電路的對(duì)數(shù)頻率特性稱為波特圖。,一、RC 高通電路的波特圖,令：,則有：,對(duì)數(shù)幅頻特性：,實(shí)際幅頻特性曲線：,圖 3.1.4(a) 幅頻特性,當(dāng) f fL(高頻)， 當(dāng) f fL (低頻)，,高通特性：,且頻率愈低， 的值愈小，低頻信號(hào)不能通過(guò)。,最大誤差為 3 dB，發(fā)生在 f = fL處,對(duì)數(shù)相頻特性,圖 3.1.4(b) 相頻特性,誤差,在低頻段，高通電路產(chǎn)生 0 90 的超前相移。,二、 RC 低通電路的波特圖,圖 3.1.5 RC 波特圖,令 ：,則：,圖 3.1.6 低通電路的波特圖,對(duì)數(shù)幅頻特性：,對(duì)數(shù)相頻特性：,在高頻段，低通電路產(chǎn)生0 90的滯后相移。,3.2 三極管的頻率參數(shù),三極管 ,f ：為 值下降至 時(shí)的頻率。,0 ：低頻共射電流放大系數(shù)；,對(duì)數(shù)幅頻特性,fT,20lg 0,對(duì)數(shù)相頻特性,0.1f,3.2.1 共射截止頻率 f ,值下降到 0.707 0 (即 )時(shí)的頻率。,當(dāng) f = f 時(shí)，,值下降到中頻時(shí)的 70% 左右?；?qū)?shù)幅頻特性下降了 3 dB。,3.2.2 特征頻率 f T,值降為 1 時(shí)的頻率。,f fT 時(shí)， ，三極管失去放大作用；,f = fT 時(shí)，由式,得：,3.2.3 共基截止頻率 f,值下降為低頻 0 時(shí) 的 0.707 時(shí)的頻率。,f 與 f 、 fT 之間關(guān)系：,因?yàn)?可得,說(shuō)明：,所以：,1. f 比 f 高很多，等于 f 的 (1 + 0) 倍；,2. f fT f,3. 低頻小功率管 f 值約為幾十至幾百千赫，高頻小功率管的 fT 約為幾十至幾百兆赫。,3.3 單管共射放大電路的頻率響應(yīng),定性分析：,中頻段：各種電抗影響忽略，Au 與 f 無(wú)關(guān)；,低頻段： 隔直電容壓降增大， Au 降低。與電路中電阻構(gòu)成 RC 高通電路；,高頻段：三極管極間電容并聯(lián)在電路中， Au 降低。而且，構(gòu)成 RC 低通電路。,3.3.1 混合 型等效電路,一、混合 型等效電路,圖 3.3.1 混合 型等效電路,(a)三極管結(jié)構(gòu)示意圖,(b)等效電路,二、混合 參數(shù)與 h 參數(shù)的關(guān)系,低頻時(shí)，不考慮極間電容作用，混合 等效電路和 h 參數(shù)等效電路相仿，即：,圖 3.3.1 混合 參數(shù)與 h 參數(shù)之間的關(guān)系,通過(guò)對(duì)比可得,則,則,一般小功率三極管,三、混合 型等效電路中電容,：可從器件手冊(cè)中查到；并且,(估算，fT 要從器件手冊(cè)中查到),注意：,將輸入回路與輸出,回路直接聯(lián)系起來(lái)，使解電路的過(guò)程變得十分麻煩。, 可用密勒定理簡(jiǎn)化電路！,密勒定理：,用兩個(gè)電容來(lái)等效 Cbc 。分別接在 b、e 和 c、e 兩端。,圖 3.3.4 單向化的混合 型等效電路,其中：,電容值分別為：,3.3.2 阻容耦合單管共射放大電路 的頻率響應(yīng),圖 3.3.5 阻容耦合單管共射放大電路,將 C2 和 RL 看成下一級(jí)的輸入耦合電容和輸入電阻。,一、中頻段,C1 可認(rèn)為交流短路；極間電容可視為交流斷路。,1. 中頻段等效電路,圖 3.3.6 中頻段等效電路,由圖可得,2. 中頻電壓放大倍數(shù),已知 ，則,結(jié)論：中頻電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式，與利用簡(jiǎn)化 h 參數(shù)等效電路的分析結(jié)果一致。,二、低頻段,考慮隔直電容的作用，其等效電路：,圖 3.3.7 低頻等效電路,C1 與輸入電阻構(gòu)成一個(gè) RC 高通電路,式中 Ri = Rb / rbe,輸出電壓,低頻電壓放大倍數(shù),低頻時(shí)間常數(shù)為：,下限(-3 dB)頻率為：,則,三、高頻段,考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：,圖 3.3.8 高頻等效電路,三、高頻段,考慮并聯(lián)在極間電容的影響，其等效電路：,圖 3.3.9 高頻等效電路的簡(jiǎn)化,由于輸出回路時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于輸入回路時(shí)間常數(shù)，故可忽略輸出回路的結(jié)電容。并用戴維南定理簡(jiǎn)化。,圖中, C 與 R 構(gòu)成 RC 低通電路。,高頻時(shí)間常數(shù)：,上限(-3 dB)頻率為：,四、完整的波特圖,繪制波特圖步驟：,1. 根據(jù)電路參數(shù)計(jì)算 、fL 和 fH ；,2. 由三段直線構(gòu)成幅頻特性。,中頻段：對(duì)數(shù)幅值 = 20lg,低頻區(qū)： f = fL開(kāi)始減小，作斜率為 20 dB/十倍頻直線；,高頻段：f = fH 開(kāi)始增加，作斜率為 20 dB/十倍頻直線。,3. 由五段直線構(gòu)成相頻特性。,圖 3.3.10,幅頻特性,相頻特性,五、增益帶寬積,中頻電壓放大倍數(shù)與通頻帶的乘積。,Ri = Rb / rbe,假設(shè) Rb Rs，Rb rbe； (1 + gmRc)Cbc Cbe,說(shuō)明：,式很不嚴(yán)格，但從中可以看出一個(gè)大概的趨勢(shì)，即選定放大三極管后，rbb 和 Cbc 的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時(shí)，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。,如愈得到一個(gè)通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問(wèn)題是選用 rbb 和 Cbc 均小的高頻三極管。,3.3.3 直接耦合單管共射放大電路 的頻率響應(yīng),圖 3.3.13,3.4 多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng),3.4.1 多級(jí)放大電路的幅頻特性 和相頻特性,多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)：,對(duì)數(shù)幅頻特性為：,多級(jí)放大電路的總相位移為：,兩級(jí)放大電路的波特圖,圖 3.4.1,幅頻特性,一