模擬電子技術(shù)課程(第三章)

1、 第三章 放大電路頻率特性模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)第三章 放大電路的頻率特性 3.1 頻率特性的一般概念 3.2 三極管的頻率參數(shù)（不做要求）（不做要求） 3.3 共射極放大電路的頻率特性（不做要求）（不做要求） 3.4 多級(jí)放大電路的頻率特性 放大電路的頻率特性是指放大電路對(duì)不同頻率輸放大電路的頻率特性是指放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)特性，是放大器的一個(gè)重要性能指標(biāo)入信號(hào)的響應(yīng)特性，是放大器的一個(gè)重要性能指標(biāo)第三章 放大電路的頻率特性 基本概念 分析計(jì)算方面 頻率特性（幅頻和相頻特性）的意義頻率特性（幅頻和相頻特性）的意義三極管的頻率參數(shù)（上、下限截止頻率和通頻帶）三極管的頻率參數(shù)（上、

2、下限截止頻率和通頻帶）三極管頻率特性（波特圖）的繪制三極管頻率特性（波特圖）的繪制多級(jí)放大電路頻率參數(shù)（放大倍數(shù)、截止頻率）的估算多級(jí)放大電路頻率參數(shù)（放大倍數(shù)、截止頻率）的估算3.1.1 頻率特性的概念3.1 頻率特性的一般概念 由于三極管本身具有電容效應(yīng)，在放大電路中由于三極管本身具有電容效應(yīng)，在放大電路中也存在耦合電容、旁路電容等電抗元件。這使得也存在耦合電容、旁路電容等電抗元件。這使得放大電路對(duì)于不同頻率的輸入信號(hào)，其放大倍數(shù)放大電路對(duì)于不同頻率的輸入信號(hào)，其放大倍數(shù)和相位移均不同。其中，和相位移均不同。其中，放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性，相位與頻率的關(guān)系稱為相

3、頻特性，稱為幅頻特性，相位與頻率的關(guān)系稱為相頻特性，總體稱之為放大電路的頻率特性（或頻率響應(yīng)）。總體稱之為放大電路的頻率特性（或頻率響應(yīng)）。頻率特性產(chǎn)生的物理原因耦合電容耦合電容 C1 C2 ： 影響放大器的低頻特性影響放大器的低頻特性Rb+UCCRcC1C2T三極管結(jié)電容三極管結(jié)電容 C C ： 影響放大器的高頻特性影響放大器的高頻特性集電結(jié)集電結(jié)電容電容發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)電容電容3.1.2 線性失真3.1 頻率特性的一般概念 當(dāng)輸入信號(hào)含有多種頻率成分時(shí)，由于放大電當(dāng)輸入信號(hào)含有多種頻率成分時(shí)，由于放大電路的頻率響應(yīng)特性，對(duì)不同的頻率成分，其放大路的頻率響應(yīng)特性，對(duì)不同的頻率成分，其放大倍數(shù)和相

4、位移均不同，從而導(dǎo)致輸出波形失真，倍數(shù)和相位移均不同，從而導(dǎo)致輸出波形失真，我們稱之為我們稱之為線性失真線性失真。)(VA0nnnnnotSinu)(V0nnnitSinu輸入信號(hào)：輸入信號(hào)：輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：相頻失真相頻失真：對(duì)不同頻率：對(duì)不同頻率信號(hào)相位移信號(hào)相位移( (延遲時(shí)間延遲時(shí)間) )的不同所產(chǎn)生的失真的不同所產(chǎn)生的失真相頻失真輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)例：例：假定輸入信號(hào)由基波和假定輸入信號(hào)由基波和二次諧波組成，放大電路對(duì)二次諧波組成，放大電路對(duì)基波不產(chǎn)生相位移，對(duì)二次基波不產(chǎn)生相位移，對(duì)二次諧波產(chǎn)生的相位移為諧波產(chǎn)生的相位移為90度，度，則產(chǎn)生的失真波形如圖所示則產(chǎn)生的

5、失真波形如圖所示幅頻失真幅頻失真：對(duì)不同頻率：對(duì)不同頻率信號(hào)放大倍數(shù)的不同所信號(hào)放大倍數(shù)的不同所產(chǎn)生的失真產(chǎn)生的失真幅頻失真輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)例：例：假定輸入信號(hào)由基波和假定輸入信號(hào)由基波和二次諧波組成，放大電路對(duì)二次諧波組成，放大電路對(duì)基波的放大倍數(shù)為基波的放大倍數(shù)為 1 ，對(duì)二，對(duì)二次諧波的放大倍數(shù)為次諧波的放大倍數(shù)為0 . 5 ，則產(chǎn)生的失真波形如圖所示則產(chǎn)生的失真波形如圖所示線性失真線性失真由電容效應(yīng)引起，在輸入為多頻率成分時(shí)產(chǎn)生。由電容效應(yīng)引起，在輸入為多頻率成分時(shí)產(chǎn)生。對(duì)單一頻率成分不產(chǎn)生失真對(duì)單一頻率成分不產(chǎn)生失真，也不產(chǎn)生新的頻也不產(chǎn)生新的頻率成分率成分非線性失真

6、非線性失真 由三級(jí)管的非線性特性引起，對(duì)所有頻率成分由三級(jí)管的非線性特性引起，對(duì)所有頻率成分產(chǎn)生失真產(chǎn)生失真，會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分線性失真與非線性失真3.1.3 頻率響應(yīng)的描述方法（波特圖）3.1 頻率特性的一般概念 在分析頻率響應(yīng)時(shí)，通常要繪制頻率特性曲線在分析頻率響應(yīng)時(shí)，通常要繪制頻率特性曲線圖，我們稱之為波特圖。圖，我們稱之為波特圖。 由幅頻關(guān)系圖和相頻關(guān)系圖組成由幅頻關(guān)系圖和相頻關(guān)系圖組成 橫坐標(biāo)即頻率軸的坐標(biāo)采用橫坐標(biāo)即頻率軸的坐標(biāo)采用lg f 在幅頻特性中，縱坐標(biāo)即放大倍數(shù)軸采在幅頻特性中，縱坐標(biāo)即放大倍數(shù)軸采 用用Gu=20lg|Aus|表示，單位為分貝（表示，單

7、位為分貝（dB)；)(V0nnnitSinu頻率響應(yīng)頻率響應(yīng))()(uuAA幅頻響應(yīng))(i)(o)(jUjUuA相頻響應(yīng))(i)(o)(描述對(duì)象描述對(duì)象描述方法描述方法020lg|AV|/dB2204060202 1022 1032 104lgf/Hz0o )(/度度220o40o60o202 1022 1032 104lgf/Hz波特圖波特圖研究意義研究意義幅度失真幅度失真相位失真相位失真)(VA0nnnnnotSinuRC電路的電壓增益函數(shù)：CRjCjRRUUA/111/1io則令令CRf21L)/(111iouffjUUAL電壓增益的幅值2)/(11ffAALuu（幅頻特性）電壓增益的相

8、角)/(arctgLffL（相頻特性）RC電路的高通特性u(píng)iRCuoRC高通電路的幅頻特性2)/(11ffALu1)/(112ffALudB 01lg20lg20uA時(shí)，當(dāng) Lff 0分貝水平線分貝水平線LLffffA/)/(112u)/lg(20lg20uLffA 斜率為斜率為 20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線時(shí)，當(dāng) Lff RC高通電路的相頻特性io表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差其中uuAUUAio所以所以時(shí)，當(dāng) Lff 0L時(shí)，當(dāng) Lff 90H時(shí)，當(dāng) Lff 45H時(shí)，當(dāng) 100.1 LLfff斜率為斜率為 45/ 十倍頻十倍頻 的直線的直線)/(arctgLff

9、L高通電路下限頻率的確定 在分析高頻響應(yīng)時(shí)，我們將放大倍數(shù)下降到中在分析高頻響應(yīng)時(shí)，我們將放大倍數(shù)下降到中頻放大倍數(shù)的頻放大倍數(shù)的0.707倍倍（或下降或下降3dB）時(shí)，所對(duì)應(yīng)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率稱為下限頻率。的頻率稱為下限頻率。 下限頻率下限頻率 fl當(dāng)當(dāng)f = fL=1/ 2 RC時(shí)時(shí)對(duì)于RC回路來說：2)/(11ffALuCRuiuoRC電路的低通特性RC電路的電壓增益函數(shù)：CRjCjRCjUUAou11/1/1i則令令CRf21H)/j(11HioffUUAu電壓增益的幅值2H)/(11ffAAuu（幅頻特性）電壓增益的相角)/(arctgHHff（相頻特性）RC低通電路的幅頻特性時(shí)，當(dāng)

10、Hff ffffA/)/(11H2Hu)/lg(20lg20HuffA 斜率為斜率為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線1)/(112HuffAdB 01lg20lg20uA0分貝水平線分貝水平線時(shí)，當(dāng) Hff 2H)/(11ffAAuuRC低通電路的相頻特性)/(arctgHHffio表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差其中其中uuAUUAio所以時(shí)，當(dāng) Hff 0H時(shí)，當(dāng) Hff 90H時(shí)，當(dāng) Hff 45H時(shí)，當(dāng) 100.1 HHfff斜率為斜率為 45/ 十倍頻十倍頻 的直線的直線低通電路上限頻率的確定 在分析高頻響應(yīng)時(shí)，我們將放大倍數(shù)下降到中在分析高頻響應(yīng)時(shí)，我們將放

11、大倍數(shù)下降到中頻放大倍數(shù)的頻放大倍數(shù)的0.707倍（或下降倍（或下降3dB）時(shí)，所對(duì)應(yīng)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率稱為下限頻率的頻率稱為下限頻率 上限頻率上限頻率fhfh = fH =1/ 2 RC對(duì)于RC回路來說：綜上所述，可歸納：綜上所述，可歸納：（1）放大器的頻率響應(yīng)特征可用）放大器的頻率響應(yīng)特征可用RC 低通和高通低通和高通 電路來模擬電路來模擬（2）上限和下限頻率）上限和下限頻率fh 和和fl 是頻率響應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)是頻率響應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn) fh 和和fl 是幅頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)；是幅頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)； 0.1 fh 和和10 fh 、 0.1 fl 和和10 fl 是相頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是相頻響應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（3）f

12、h 和和fl 都由對(duì)應(yīng)的回路時(shí)間常數(shù)都由對(duì)應(yīng)的回路時(shí)間常數(shù) RC確定確定3.1.4 三極管的頻率響應(yīng)參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 共射極電流放大系數(shù)的截止頻率共射極電流放大系數(shù)的截止頻率ffj10)(21CCrfeb我們將我們將f 定義為共基極電流定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率放大系數(shù)的截止頻率其中：其中：3.1.4 三極管的頻率響應(yīng)參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 特征頻率特征頻率 fT使使下降到下降到1即即0dB時(shí)時(shí)01lg20lg20lg2020ffTffffTT201fffT0的頻率定義為特征頻率的頻率定義為特征頻率3.1.4 三極管的頻率響應(yīng)參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 共基極

13、電流放大系數(shù)的截止頻率共基極電流放大系數(shù)的截止頻率ffjffj1)1 (1110000ff)1 (0我們將我們將f 定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率其中：其中：3.1.4 三極管的頻率響應(yīng)參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 增益帶寬積增益帶寬積CrRfAbbshusm)(21 當(dāng)三極管制成后，其放大倍數(shù)與帶寬的乘積基當(dāng)三極管制成后，其放大倍數(shù)與帶寬的乘積基本保持不變，在手冊(cè)中用增益帶寬積本保持不變，在手冊(cè)中用增益帶寬積GBW表示：表示： 對(duì)于三極管而言，放大倍數(shù)與帶寬是相互矛盾對(duì)于三極管而言，放大倍數(shù)與帶寬是相互矛盾的，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)要綜合考慮。的，因此在設(shè)計(jì)

14、電路時(shí)要綜合考慮。3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路及其混合共射極放大電路及其混合 型等效電路型等效電路3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 放大電路頻率響應(yīng)分析思路放大電路頻率響應(yīng)分析思路低頻段低頻段：只考慮耦合電容影只考慮耦合電容影 響，其他電容開路。響，其他電容開路。中頻段中頻段：所有電容均不考慮，：所有電容均不考慮， 與微變電路等效與微變電路等效高頻段高頻段：只考慮結(jié)電容影響，：只考慮結(jié)電容影響， 其他電容短路其他電容短路等效于低等效于低通電路通電路等效于高等效于高通電路通電路3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.

15、1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性共射極放大電路的完整頻率特性)1)(1 (hlusmusffjffjAA其中，fh為上限頻率， fl 為下限頻率，我們定義上下限頻率之間的差值為放大電路的帶寬我們定義上下限頻率之間的差值為放大電路的帶寬（或通頻帶）（或通頻帶）fbwfbw = fh - fl3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性曲線共射極放大電路的完整頻率特性曲線幅頻特性圖幅頻特性圖3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性曲線共射極放大電路的完整頻率特性曲線相頻特性圖相頻

16、特性圖中頻時(shí)產(chǎn)生的中頻時(shí)產(chǎn)生的相位移為相位移為-180-180，即反相即反相3.4.1 多級(jí)放大電路的通頻帶3.4 多級(jí)放大電路的頻率特性 假定一多級(jí)放大器由兩級(jí)放大器組成，其頻率特假定一多級(jí)放大器由兩級(jí)放大器組成，其頻率特性相同：性相同：Ausm1=Ausm2fl1=fl2fh1=fh2Ausm=Ausm1 Ausm2=A2usm120lgAusm=20lgA2usm1 =40lgAusm13.4.1 多級(jí)放大電路的通頻帶3.4 多級(jí)放大電路的頻率特性 當(dāng)當(dāng)fl=fl1時(shí)，其對(duì)應(yīng)的放時(shí)，其對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)為：大倍數(shù)為：Ausl1= 0.707Ausm1 0.707Ausm2 = 0.5A2usm1 當(dāng)當(dāng)f=fh1時(shí)，其對(duì)應(yīng)的放時(shí)，其對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)為：大倍數(shù)為：Aush1 = 0.707Ausm1 0.707Ausm2 = 0.5A2usm13.4.1 多級(jí)放大電路的通頻帶3.4 多級(jí)放大電路的頻率特性 根據(jù)上下限頻率的定義，根據(jù)上下限頻率的定義，應(yīng)取應(yīng)取0.707A2usm1處所對(duì)應(yīng)的處所對(duì)應(yīng)的頻率為該多級(jí)放大電路的上頻率為該多級(jí)放大電路的上下限頻率。下限頻率。fl fl1 fh fh1 fbw =fl - fh fbw1= fh1 - fl1 多級(jí)放大電路的通頻帶窄于多級(jí)