第4章放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲

1、第第4章章 放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲 4.1 放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真 4.1.1 放大電路的幅頻特性和幅頻失真放大電路的幅頻特性和幅頻失真 4.1.2 放大電路的相頻特性和相頻失真放大電路的相頻特性和相頻失真4.1.3 波特圖波特圖4.2晶體管的高頻小信號(hào)模型和高頻參數(shù)晶體管的高頻小信號(hào)模型和高頻參數(shù)4.2.1 晶體管的高頻小信號(hào)模型晶體管的高頻小信號(hào)模型二、二、 特征頻率特征頻率fT4.3 晶體管放大電路的頻率響應(yīng)晶體管放大電路的頻率響應(yīng)4.3.1共射放大電路的頻率響應(yīng)共射放大電路的頻率響應(yīng)一、共射放大電路的高頻響應(yīng)一、共射放大電路的

2、高頻響應(yīng)4.1.2晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù)二、共射放大電路的低頻響應(yīng)二、共射放大電路的低頻響應(yīng) 三、共基電流放大系數(shù)三、共基電流放大系數(shù)(jf )及及f一、共射電流放大系數(shù)一、共射電流放大系數(shù)(j f )及其上限頻率及其上限頻率f第第4章章 放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲放大電路的頻率響應(yīng)和噪聲 （1）掌握放大電路頻率響應(yīng)的有關(guān)概念，掌握放大）掌握放大電路頻率響應(yīng)的有關(guān)概念，掌握放大器的低頻、中頻和高頻等效電路器的低頻、中頻和高頻等效電路（2）掌握晶體管頻率參數(shù)、共射電路頻率響應(yīng)特性。）掌握晶體管頻率參數(shù)、共射電路頻率響應(yīng)特性。（3）了解單管放大電路頻率響應(yīng)的分析方法。）了解單管放大電路頻率

3、響應(yīng)的分析方法。（4）了解波特圖的概念及畫法。）了解波特圖的概念及畫法。2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)41.待放大的信號(hào)，具有一定的頻率范圍。待放大的信號(hào)，具有一定的頻率范圍。 2.放大電路的放大性能與頻率有關(guān)。放大電路的放大性能與頻率有關(guān)。 由于電抗元件的存在，使得放大器對(duì)不同頻率信由于電抗元件的存在，使得放大器對(duì)不同頻率信號(hào)分量的放大倍數(shù)和延遲時(shí)間不同，那么放大后號(hào)分量的放大倍數(shù)和延遲時(shí)間不同，那么放大后的信號(hào)各頻率分量的的信號(hào)各頻率分量的大小比例大小比例和和時(shí)間相對(duì)關(guān)系時(shí)間相對(duì)關(guān)系將將不同于輸入信號(hào)。不同于輸入信號(hào)。由此產(chǎn)生的失真稱為由此產(chǎn)生的失真稱為頻率失真頻率失真

4、。4.1 放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真放大電路的頻率響應(yīng)和頻率失真 幅頻失真和相頻失真幅頻失真和相頻失真.avi線性失真線性失真起因起因結(jié)果結(jié)果線性電抗元件線性電抗元件引起引起非線性元件非線性元件引起引起不產(chǎn)生不產(chǎn)生新的頻率分量新的頻率分量產(chǎn)生產(chǎn)生新的頻率分量新的頻率分量非線性失真非線性失真4.1.1 放大電路的幅頻特性和幅頻失真放大電路的幅頻特性和幅頻失真 圖圖 4.1.2 幅頻特性幅頻特性(a)理想幅頻特性理想幅頻特性f0)j ( fAuIuA)j ( fAuf0IuALfHfI707. 0uA(c)阻容耦合放大電路幅頻特性阻容耦合放大電路幅頻特性 中頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)高頻區(qū)3d

5、B-BW上限頻率上限頻率下限頻率下限頻率通頻帶通頻帶HIIfABWABWGuu 增益頻帶積增益頻帶積中頻增益中頻增益 圖圖4.1.3 相頻特性相頻特性dd()2(constant)jfftt f0)j ( f (a)理想相頻特性理想相頻特性f 4.1.2 放大電路的相頻特性和相頻失真放大電路的相頻特性和相頻失真0)j ( f 45 90 45 90 fLfHf(c)阻容耦合放大電路的相頻特性阻容耦合放大電路的相頻特性 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)84.1.3 波特圖波特圖波特圖就是一種采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的頻率特性曲線。波特圖就是一種采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)的頻率特性曲線。 CR+_+_iUo

6、U圖圖 4.1.4 高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖（a）高通電路）高通電路 （b）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng) uAff 9045001707. 0RCRCRCRUUAu 1j11j111j1io ffAuLLj11j11 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)99045dB/lg20uAff 00L1 . 0f3 圖圖 4.1.4 高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖高通電路的頻率響應(yīng)及其波特圖（c）波特圖）波特圖 LfL10 f十倍頻十倍頻dB/20十倍頻十倍頻/54 uAff 9045001707. 0（b）頻率響應(yīng)）頻率響應(yīng) 線性刻度線性刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)

7、數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度2L1lg20lg20 ffAuffLarctan 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)10普遍意義的結(jié)論普遍意義的結(jié)論(1)電路的截止頻率決定于電容所在回路的電路的截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)。(2)當(dāng)當(dāng)f=fL或或fH時(shí)，增益下降時(shí)，增益下降3dB，且產(chǎn)生，且產(chǎn)生+45o或或- 45o相移。相移。(3)近似分析中，可用近似分析中，可用近似波特圖近似波特圖表示放大電路的頻率特性。表示放大電路的頻率特性。4.2晶體管的高頻小信號(hào)模型和高頻參數(shù)晶體管的高頻小信號(hào)模型和高頻參數(shù)4.2.1 晶體管的高頻小信號(hào)模型晶體管的高頻小信號(hào)模型Ib.rbbrb

8、ebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb圖圖4.2.1 晶體管的高頻小信號(hào)混合晶體管的高頻小信號(hào)混合模型模型 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)124.1.2晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù)一、共射電流放大系數(shù)一、共射電流放大系數(shù)(j f )及其上限頻率及其上限頻率fbebmecbc)j (IUgIIf 短路短路、 Ib.ecbbb reb rb eb Ceb Uebm UgcI圖圖 4.2.2 的分析的分析 eb0m rg ebebebbebebbebj1)j1/( CrrICrIU ffCrfj1j1j1)j (00ebeb0 20)(1 ff )j ()j (f

9、f 的上限頻率）的上限頻率）)j (21ebebfCrf )j ( f ffarctan )j ( f 二、二、 特征頻率特征頻率fT1)(12T ffoebeT21 Crffo 20)(1)j ( fff ffTf010| (jf)|0.7070三、共基電流放大系數(shù)三、共基電流放大系數(shù)(jf )及及f ffjfff 1)j (1)j ()j (000001,)1( ff fff T4.3 晶體管放大電路的頻率響應(yīng)晶體管放大電路的頻率響應(yīng)RsC1RB2RB1REC3C2RCRLUo.Us.UCC圖圖4.3.1 (a)共射放大器電路共射放大器電路4.3.1共射放大電路的頻率響應(yīng)共射放大電路的頻率

10、響應(yīng)1.高頻小信號(hào)等效電路及其簡(jiǎn)化模型高頻小信號(hào)等效電路及其簡(jiǎn)化模型一、共射放大電路的高頻響應(yīng)一、共射放大電路的高頻響應(yīng)(b)等效電路等效電路(設(shè)設(shè)RB1/RB2rbe )rbebrbbRsUsrceRCRLUobeRLCbcCbecUbegm圖圖4.3.1 共射放大器及其高頻小信號(hào)等效電路共射放大器及其高頻小信號(hào)等效電路I1I2rbbRsUsrbeCbeCMbCM RLUobeUbegmc)j)(1(1)j)(1(1)j)(j1cbcbebocboebeb1ebM CACUUCUUUIUCu I1LmeboRgUUAu )1()1(LmcbcbMRgCACCu 密勒等效電容密勒等效電容圖圖4

11、.3.2(a)密勒等效后的單向化等效電路密勒等效后的單向化等效電路 rbbRsUs.rbeCbeCMbCM RLUo.beUbegm.c圖圖4.3.2(a)密勒等效后的單向化等效電路密勒等效后的單向化等效電路)j)(11(1)j)(1(1)j)(j1cbcboebcbeboo2oM CACUUCUUUIUCu LmeboRgUUAu cbcbM)1( CCAACuuI2圖圖4.3.2(b)進(jìn)一步的簡(jiǎn)化等效電路進(jìn)一步的簡(jiǎn)化等效電路 UbegmRLUoUsRsCiUbecbLmebMebi)1( CRgCCCC sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU)(bbSebs rRrR2.高頻增

12、益表達(dá)式及上限頻率高頻增益表達(dá)式及上限頻率HIsisbesebLmsosj1j11)()j ( uuACRrRrRgUUAisHH12CRf 為輸入回路時(shí)常數(shù)倒數(shù)為輸入回路時(shí)常數(shù)倒數(shù).中頻區(qū)源增益）中頻區(qū)源增益）(besebLmIsrRrRgAu |Aus(jf)|0.707|AuIs|AuIs|fffHfH0-180 -225-270( j )f|Aus(jf)|fffH0-180-225-2700.01fH0.1fH10fH402020 dB/10倍頻程倍頻程(a)(b)(c)(d)(fH)45圖圖4.3.3共射放大電路的高頻響應(yīng)共射放大電路的高頻響應(yīng) (a)幅頻特性；幅頻特性；(b)相頻

13、特性；相頻特性； (c)幅頻特性幅頻特性近似近似波特圖；波特圖； (d)相頻特性相頻特性近似近似波特圖波特圖 線性刻度線性刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度( j )f二、共射放大電路的低頻響應(yīng)二、共射放大電路的低頻響應(yīng) (a)Us.RsC1RBRECEC2RCRLUCCUo.(a)電路電路圖圖4.3.4 共射放大電路及其低頻等效電路共射放大電路及其低頻等效電路 1.共射放大器的低頻等效電路共射放大器的低頻等效電路Us.RsC1rbbRCbRECEC2RLUo.(b)berbe.Ubegm低頻等效電路低頻等效電路圖圖4.3.4 共射放大電路及其低頻等效電路共射放大電路及其低頻等效電路RsC1

14、rbbRCbCE/(1)C2RLUo.(c)Us.(1)REUbegm.rbe簡(jiǎn)化低頻等效電路簡(jiǎn)化低頻等效電路圖圖4.3.4 共射放大電路及其低頻等效電路共射放大電路及其低頻等效電路E1E1)1(CCCCC sbesebebj1UCrRrU CebmosRUgU 2. C1、E對(duì)低頻特性的影響對(duì)低頻特性的影響osUsUsR 1Cbb reb r)1/(E Cebm UgCR sos)j (UUAu sososoUUUU L1besebCmbesbesebCmsosj11)(j111 rRrRgCrRrRrRgUU引入的下限角頻率）引入的下限角頻率）、E1besL1()(1CCCrR 為輸入回路

15、時(shí)常數(shù)倒數(shù)為輸入回路時(shí)常數(shù)倒數(shù). 3. C2對(duì)低頻響應(yīng)的影響對(duì)低頻響應(yīng)的影響C2RCRL gmRCUbe.Uo.圖圖4.3.6 C2對(duì)低頻響應(yīng)影響的等效電路對(duì)低頻響應(yīng)影響的等效電路osU2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU L2LCLj11)( RRR(C2引入的下限角頻率引入的下限角頻率) )(1LC2L2RRC 為輸出回路時(shí)常數(shù)倒數(shù)為輸出回路時(shí)常數(shù)倒數(shù).2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU )j1)(j1()j (L2L1Iss uuAA總低頻增益：總低頻增益： L1besebCmos11jrRrRgUUs sos

16、ososos)j (UUUUUUAu L2LCLosoj11)( RRRUUbesebLmIsrRrRgAu (中頻源增益中頻源增益) 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)3190 135 dB/lg20suAff 180 0L1 . 0fLfL10 fIslg20uA225 270 H1 . 0fHfH10 f圖圖4.3.7共射放大電路完整的頻率響應(yīng)波特圖共射放大電路完整的頻率響應(yīng)波特圖 思考題思考題1.線性失真與非線性失真有何差異？線性失真與非線性失真有何差異？2.晶體管的頻率參數(shù)晶體管的頻率參數(shù)f、fT、f的含義如何的含義如何？三者？三者的關(guān)系如何？的關(guān)系如何？3.共射放大電

17、路在高頻區(qū)和低頻區(qū)放大倍數(shù)下降共射放大電路在高頻區(qū)和低頻區(qū)放大倍數(shù)下降的原因是什么？的原因是什么？作作 業(yè)業(yè)4.14.34.44.6 圖528共射放大器電路 圖528共射放大器電路的幅頻特性 元、器件輸入示意圖元、器件輸入示意圖Multisim 中的中的“分析方法分析方法”2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)38MP3MP3播放器的音頻頻率范圍為播放器的音頻頻率范圍為20Hz-20kHz20Hz-20kHz。FMFM廣播的音頻頻率范圍為廣播的音頻頻率范圍為200Hz-15kHz200Hz-15kHz。AMAM廣播的音頻頻率范圍為廣播的音頻頻率范圍為200Hz-4.5kHz200Hz

18、-4.5kHz。常見音頻系統(tǒng)（設(shè)備）的通頻帶常見音頻系統(tǒng)（設(shè)備）的通頻帶 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)39音階音階CDEFGAB簡(jiǎn)譜符號(hào)簡(jiǎn)譜符號(hào)1234567頻率（頻率（Hz）261293330349392440494頻率頻率( (對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)) )48.349.350.350.851.852.853.8音階的劃分是在頻率的對(duì)數(shù)坐標(biāo)音階的劃分是在頻率的對(duì)數(shù)坐標(biāo)(20log)(20log)上取等分而得上取等分而得 2022年5月2日星期一模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)40使用分貝做單位使用分貝做單位的的主要主要優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) (1)(1)數(shù)值變小，讀寫方便。數(shù)值變小，讀寫方便。 一架收音機(jī)從天線收到的信號(hào)至送入喇叭放音輸出，一架收音機(jī)從天線收到的信號(hào)至送入喇叭放音輸出，一共要放大一共要放大2 2萬倍左右。萬倍左右。 (2)(2)運(yùn)算方便。運(yùn)算方便。 若某功放前級(jí)是若某功放前級(jí)是100100倍倍(20dB)(20dB)，后級(jí)是，后級(jí)是2020倍倍(13dB)(13dB)，那么總功率放大倍數(shù)是那么總功率放大倍數(shù)是10010020=200020=2000倍，總增益為倍，總增益為20dB20dB13dB=33dB13dB=