模擬電子技術(shù)：第11講 多級(jí)放大電路

1、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)一、基本概念一、基本概念 ( (一一) )頻率響應(yīng)（頻率特性）頻率響應(yīng)（頻率特性） 放大電路對(duì)不同頻率正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)放大電路對(duì)不同頻率正弦信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng) AuAu（復(fù)數(shù)）（復(fù)數(shù)）= |= |Au|Au| |Au| |Au|（f f）：）： 放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性 （f f）：）： 放大電路的相頻特性放大電路的相頻特性 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)圖圖3-9 3-9 共射電路的頻率響應(yīng)共射電路的頻率響應(yīng)(a)(a)共射基本放大電路；共射基本放大電路；

2、(b)(b)幅頻特性；幅頻特性； (c)(c)相頻特性相頻特性 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) ( (二二) )中頻段、低頻段和高頻段中頻段、低頻段和高頻段 當(dāng)全面分析頻率響應(yīng)時(shí)，常分為三個(gè)頻段進(jìn)行：當(dāng)全面分析頻率響應(yīng)時(shí)，常分為三個(gè)頻段進(jìn)行：中頻段中頻段、低頻段低頻段與與高頻段高頻段。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1 1、中頻段、中頻段-在通頻帶以內(nèi)的頻率范圍在通頻帶以內(nèi)的頻率范圍 各種容抗忽略不計(jì)；各種容抗忽略不計(jì)； u u為常數(shù)，與頻率無關(guān)為常數(shù)，與頻率無關(guān)AuAuM M ； 無其他附加相移，無其他附加相移， 晶體管反相，晶體管反相，= = 1

3、80180。 LHfff通頻帶通頻帶 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)耦合耦合、旁路電容旁路電容的容抗不可忽略，損耗一部分信號(hào)的容抗不可忽略，損耗一部分信號(hào), ,使放大倍數(shù)使放大倍數(shù)u u下降，相移下降，相移超前。超前。Lff2 2、低頻段、低頻段- - 的頻率范圍的頻率范圍下限截止頻率下限截止頻率 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 晶體管的晶體管的極間電容極間電容、接線電容接線電容使信號(hào)旁路掉一部分；使信號(hào)旁路掉一部分；晶體管的晶體管的值值也隨頻率升高而減小，也隨頻率升高而減小，均使電壓放大倍均使電壓放大倍u u數(shù)下降，數(shù)下降，相移相移滯后。滯后。3

4、3、高頻段、高頻段- 的頻率范圍的頻率范圍Hff上限截止頻率上限截止頻率 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)( (三三) )下限頻率下限頻率fLfL、上限頻率、上限頻率fHfH及通頻帶及通頻帶fbwfbw 通頻帶通頻帶 2OOLUPR22(2)2OOOLLLUUPPRRLfHfbWHLHffff通頻帶的寬度表征放大電路對(duì)不通頻帶的寬度表征放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)能力，是同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)能力，是放大電路的重要技術(shù)指標(biāo)之一。放大電路的重要技術(shù)指標(biāo)之一。半功率頻率半功率頻率 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)( (四四) )增益帶寬積增益帶寬積定義為放

5、大電路的中頻增益幅值和通頻帶乘積的絕對(duì)值，即定義為放大電路的中頻增益幅值和通頻帶乘積的絕對(duì)值，即 增益帶寬積增益帶寬積= =usMbWAf 可見，欲使增益帶寬積大，必須選用可見，欲使增益帶寬積大，必須選用 及及 小的小的高頻管。當(dāng)管子選定后，增益帶寬積大體上就一定了。因高頻管。當(dāng)管子選定后，增益帶寬積大體上就一定了。因此，若把放大倍數(shù)提高幾倍，通頻帶也幾乎變窄同樣的倍此，若把放大倍數(shù)提高幾倍，通頻帶也幾乎變窄同樣的倍數(shù)，即增益帶寬積為一個(gè)常數(shù)。數(shù)，即增益帶寬積為一個(gè)常數(shù)。12 ()usMbWSbbAfRrCCbbr常量常量由理論分析推導(dǎo)知由理論分析推導(dǎo)知 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)

6、哈爾濱工程大學(xué)二、頻率特性曲線及其畫法二、頻率特性曲線及其畫法1.1.共射電路全頻段頻率響應(yīng)共射電路全頻段頻率響應(yīng) 分分三三個(gè)頻段進(jìn)行個(gè)頻段進(jìn)行 先畫幅頻特性，順序是中頻段、低頻段和高頻段。先畫幅頻特性，順序是中頻段、低頻段和高頻段。 將三個(gè)頻段的頻率特性將三個(gè)頻段的頻率特性( (或稱頻率響應(yīng)或稱頻率響應(yīng)) )合起來就是全合起來就是全頻段的幅頻特性，頻段的幅頻特性， 再根據(jù)幅頻特性畫出相應(yīng)的相頻特性來。再根據(jù)幅頻特性畫出相應(yīng)的相頻特性來。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(1)中頻段中頻段與頻率無關(guān)的常數(shù)，與頻率無關(guān)的常

7、數(shù)，就是一條水平線。就是一條水平線。 ()iCLusMSiberRRARrr短路短路0180 斷路斷路為什么短路？為什么短路？為什么斷路？為什么斷路？12,eC C C,CC 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(2)低頻段低頻段起作用起作用斷路斷路1ouSMuSLLsUAAfUjf112 ()LSifRr CuSM2|A|1 ()uSLLAff0180arctanLff ibberRr起主要作用起主要作用幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性1C12,eC C C,CC 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(3)高頻段高頻段短路短路12,eC C C,CC起作用起作

8、用起主要作用起主要作用1uSMuSHHAAfjf12 RCHfCuSM2|A|1 ()uSHHAff0180arctanHff ()SbbbbeRRRrr幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(4)全頻段全頻段(1)(1)uSMusLHAAffjjff 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2、波特圖（、波特圖（BodeBode）采用采用折線折線近似的方法畫出的近似的方法畫出的對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)頻率特性曲線頻率特性曲線(1) (1) 幅頻特性：幅頻特性：(2) (2) 相頻特性：相頻特性：橫軸：橫軸：lgflgf 單位單位:H:HZ Z縱

9、軸：縱軸：20lg|20lg|u| u| 單位單位:dB:dB縱軸：縱軸：（線性）（線性） 單位單位: :度度橫軸：橫軸：lgflgf 單位單位:H:HZ Z采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)3 3、幅頻特性波特圖（低頻段）、幅頻特性波特圖（低頻段）220lg 1 ()020lg20lgLLLffffff220lg 1 ()0Lff20lguSLALA20lguSMA220lg 1 ()Lff斜率為斜率為+20dB/十倍頻程十倍頻程 折線近似帶來的誤差不超過折線近似帶來的誤差不超過3dB,3dB,發(fā)生在發(fā)生在 f fL L處。處。dB32lg20

10、注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差ffL時(shí)， ffL時(shí)， ffH時(shí)， f fL1， fH fH1，頻帶變窄！，頻帶變窄！ 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1. . 該放大電路為幾級(jí)放大電路該放大電路為幾級(jí)放大電路? ?2. 2. 耦合方式耦合方式? ?3. 3. 在在 f f 10104 4Hz Hz 時(shí)，增益下降多少？附加相移時(shí)，增益下降多少？附加相移？4. 4. 在在 f f 10105 5Hz Hz 時(shí)，附加相移時(shí)，附加相移？5. 5. 畫出相頻特性曲線；畫出相頻特性曲線；6. 6. f fH H？?uA 已知某放大電路的幅頻已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討

11、論下列問特性如圖所示，討論下列問題：題： 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第三節(jié)：第三節(jié)：放大電路的線性與非線性失真問題放大電路的線性與非線性失真問題 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 由于放大電路中存在電抗元件由于放大電路中存在電抗元件( (電容、電感等），電容、電感等），所以在放大含有豐富頻率成分的信號(hào)（如語音信號(hào)、所以在放大含有豐富頻率成分的信號(hào)（如語音信號(hào)、脈沖信號(hào)等）時(shí)，導(dǎo)致輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)脈沖信號(hào)等）時(shí)，導(dǎo)致輸出信號(hào)不能重現(xiàn)輸入信號(hào)的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。1.1.

12、線性失真基本概念線性失真基本概念豐富頻率成分的信號(hào)豐富頻率成分的信號(hào)電路中有電抗元件電路中有電抗元件輸出畸變輸出畸變線性失真線性失真 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 例例 RCRC電路如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)為周期為電路如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)為周期為1ms1ms的方波的方波時(shí)，畫出輸出電壓波形。時(shí)，畫出輸出電壓波形。F1 . 01k 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)12sin3sin5( )(sin)235ttu ttI 對(duì)輸入信號(hào)做傅里對(duì)輸入信號(hào)做傅里葉分解，可見輸入信葉分解，可見輸入信號(hào)中包含豐富的頻率號(hào)中包含豐富的頻率成分。成分。 由于電容由于電容C

13、C對(duì)于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出對(duì)于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出波形產(chǎn)生了失真。波形產(chǎn)生了失真。 由于由于RCRC電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號(hào)電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號(hào)的各個(gè)頻率分量分別作用于的各個(gè)頻率分量分別作用于RCRC電路，最后在輸出端求和。電路，最后在輸出端求和。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)n頻率失真：頻率失真：( (與幅頻特性有關(guān)與幅頻特性有關(guān)) ) 放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量的放大倍數(shù)大放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量的放大倍數(shù)大小不同，使輸出信號(hào)各個(gè)頻率分量的振幅相對(duì)比例關(guān)小不同，使輸出信號(hào)各個(gè)頻率分量的振幅

14、相對(duì)比例關(guān)系發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致輸出波形失真。系發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致輸出波形失真。2.2. 線性失真的分類線性失真的分類例例 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)輸入信號(hào)由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號(hào)由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號(hào)諧波振幅比為輸入信號(hào)諧波振幅比為10:6:210:6:2輸出信號(hào)諧波振幅比為輸出信號(hào)諧波振幅比為10:3:0.510:3:0.5因此出現(xiàn)失真。因此出現(xiàn)失真。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量滯后時(shí)間不相等而造成的放大器對(duì)輸入信號(hào)的不同頻率分量滯后時(shí)間不相等而造成的輸出波形失真。輸出波形

15、失真。相位失真：相位失真：( (與相位頻率特性有關(guān)與相位頻率特性有關(guān)) ) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)|()|uAKj3.3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件即即從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關(guān)，從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關(guān)，（1 1）不產(chǎn)生頻率失真的條件）不產(chǎn)生頻率失真的條件 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)t d從相頻特性上看放大器對(duì)各頻率分量滯后時(shí)間相同從相頻特性上看放大器對(duì)各頻率分量滯后時(shí)間相同即即滯后時(shí)間滯后時(shí)間（2 2）不產(chǎn)生相位失真的條件）不產(chǎn)生相位失真的條件 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 實(shí)

16、際上要完全滿足這兩個(gè)不失真條件是困難實(shí)際上要完全滿足這兩個(gè)不失真條件是困難的，也是沒有必要的。因?yàn)閷?duì)于要放大的輸入信的，也是沒有必要的。因?yàn)閷?duì)于要放大的輸入信號(hào)，其主要頻率成分總是集中在一定的頻率范圍號(hào)，其主要頻率成分總是集中在一定的頻率范圍內(nèi)，通常稱為信號(hào)帶寬。內(nèi)，通常稱為信號(hào)帶寬。 對(duì)于頻率失真：只要放大器的通頻帶略大于信對(duì)于頻率失真：只要放大器的通頻帶略大于信號(hào)帶寬，就可以忽略幅度失真。號(hào)帶寬，就可以忽略幅度失真。 對(duì)于相位失真：在話音通信中的中的放大器，對(duì)于相位失真：在話音通信中的中的放大器，可以不考慮相位失真，但在圖像通信中的放大器，可以不考慮相位失真，但在圖像通信中的放大器，則必須

17、考慮。則必須考慮。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)4.4. 和非線性失真的區(qū)別和非線性失真的區(qū)別 產(chǎn)生原因不同產(chǎn)生原因不同 線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。非線性失真產(chǎn)生的主要非線性失真產(chǎn)生的主要原因原因來自兩個(gè)方面來自兩個(gè)方面: : 晶體管等特性的非線性晶體管等特性的非線性; ; 靜態(tài)工作等位置設(shè)置的不合適或輸入信號(hào)過大。靜態(tài)工作等位置設(shè)置的不合適或輸入信號(hào)過大。 由于放大器件工作在非線性區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真由于放大器件工作在非線性區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真有有4 4 種種: :飽和失真、截止失真、交越失真和不對(duì)稱失飽和失