第3章電子教案

1、 線性失真及其與非線性失真的區(qū)別線性失真及其與非線性失真的區(qū)別 頻率特性的分析方法頻率特性的分析方法 單級放大器的頻率響應單級放大器的頻率響應 多級放大器的頻率響應多級放大器的頻率響應內(nèi)容提要內(nèi)容提要 仔細研究以下問題仔細研究以下問題1.為什么要研究放大器的頻率特性？2.何為線性失真、非線性失真？兩者的區(qū)別是什么？3.怎樣畫出系統(tǒng)的頻率特性曲線？4.晶體管與場效應管的H參數(shù)等效模型在高頻信號下還適用嗎？為什么？5.如何對放大器進行頻率響應分析？6.哪些因素影響系統(tǒng)的通頻帶？如何確定放大電路的通頻帶？7.如果放大器的頻率響應不滿足要求，應該怎么辦？8.如何對多級放大器進行頻率響應分析？9.晶體管

2、的高頻參數(shù)有哪些，他們的含義分別是什么？ 2993.13.1線性失真及其分析方法線性失真及其分析方法3.1.1 3.1.1 線性失真線性失真3.1.2 3.1.2 分析方法分析方法 300 由于放大電路中存在由于放大電路中存在電抗元件電抗元件( (電容、電感等），電容、電感等），所以在放大含有所以在放大含有豐富頻率成分豐富頻率成分的信號（如語音信號、的信號（如語音信號、脈沖信號等）時，導致輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號脈沖信號等）時，導致輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真線性失真。3.1.1 線性失真線性失真1.1. 基本概念

3、基本概念豐富頻率成分的信號豐富頻率成分的信號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 3011.1. 基本概念基本概念 例例3 31 1：RCRC電路如圖所示，當輸入信號為周電路如圖所示，當輸入信號為周期為期為1ms1ms的方波時，畫出輸出電壓波形。的方波時，畫出輸出電壓波形。F1 .0k1 3021.1. 基本概念基本概念)55sin33sin(sin221)( ttttuI 對輸入信號做傅立對輸入信號做傅立葉分解，可見輸入信葉分解，可見輸入信號中包含豐富的頻率號中包含豐富的頻率成分。成分。 由于電容由于電容C C對于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，對于不同頻率呈現(xiàn)不同容

4、抗，從而，使輸出波形產(chǎn)生了失真。使輸出波形產(chǎn)生了失真。 由于由于RCRC電路是線性電路，可以用疊加原理，將電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號的各個頻率分量分別作用于輸入信號的各個頻率分量分別作用于RCRC電路，最后電路，最后在輸出端求和。在輸出端求和。 303 3.1.1 線性失真線性失真 幅度失真：幅度失真：( (與振幅頻率特性有關與振幅頻率特性有關) ) 放大器對輸入信號的不同頻率分量的放大倍數(shù)大放大器對輸入信號的不同頻率分量的放大倍數(shù)大小不同小不同，使輸出信號各個頻率分量的振幅相對比例關使輸出信號各個頻率分量的振幅相對比例關系發(fā)生了變化，從而導致輸出波形失真。系發(fā)生了變化，從而導

5、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3 32 2： 3042.2. 線性失真的分類線性失真的分類輸入信號由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號諧波振幅比為輸入信號諧波振幅比為10:6:210:6:2輸出信號諧波振幅比為輸出信號諧波振幅比為10:3:0.510:3:0.5因此出現(xiàn)失真。因此出現(xiàn)失真。 3052.2. 線性失真的分類線性失真的分類 放大器對輸入信號的不同頻率分量滯后放大器對輸入信號的不同頻率分量滯后時間不相等而造成的輸出波形失真。時間不相等而造成的輸出波形失真。 相位失真：相位失真：( (與相位頻率特性有關與相位頻率特性有

6、關) ) 306 3.1.1 線性失真線性失真K| )j (A|u 3.3. 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。從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關。（1 1）不產(chǎn)生幅度失真的條件）不產(chǎn)生幅度失真的條件 3073.3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件dt從相頻特性上看放大器對各頻率分量滯后時間相同從相頻特性上看放大器對各頻率分量滯后時間相同即即滯后時間滯后時間（2 2）不產(chǎn)生相位失真的條件）不產(chǎn)生相位失真的條件 3083.3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件 實際上要完全滿足這兩個不失真條件是困難實際上要完全滿足這兩個不失真條件是困難的，也是沒有

7、必要的。因為對于要放大的輸入信的，也是沒有必要的。因為對于要放大的輸入信號，其主要頻率成份總是集中在一定的頻率范圍號，其主要頻率成份總是集中在一定的頻率范圍內(nèi)，通常稱為信號帶寬。內(nèi)，通常稱為信號帶寬。 對于幅度失真：只要放大器的通頻帶略大于信對于幅度失真：只要放大器的通頻帶略大于信號帶寬，就可以忽略幅度失真。號帶寬，就可以忽略幅度失真。 對于相位失真：在話音通信中的中的放大器，對于相位失真：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，則必須考慮。則必須考慮。 3093.1.1 線性失真線性失真4.4. 和非線性失真的區(qū)別和非

8、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)生線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。的失真。 非線性失真是含有非線性失真是含有非線性元件非線性元件（如晶（如晶體管、場效應管等）的非線性電路產(chǎn)生的體管、場效應管等）的非線性電路產(chǎn)生的失真。失真。 3104.4. 和非線性失真的區(qū)別和非線性失真的區(qū)別 線性失真的大小與輸入信號幅度的大線性失真的大小與輸入信號幅度的大小無關，而非線性失真的大小與輸入信號小無關，而非線性失真的大小與輸入信號幅度大小密切相關（對于放大電路還與幅度大小密切相關（對于放大電路還與Q Q點位置有關）。點位置有關）。 產(chǎn)生結果不同：產(chǎn)生結

9、果不同： 線性失真不會產(chǎn)生新的頻率成分線性失真不會產(chǎn)生新的頻率成分; ; 非線性失真產(chǎn)生了輸入信號所沒有的非線性失真產(chǎn)生了輸入信號所沒有的新的頻率成分。新的頻率成分。 311例例3 33 3：某放大器中頻電壓增益：某放大器中頻電壓增益 ，下限頻率，下限頻率 ，上限頻率，上限頻率 ，最大不失真輸出電壓為，最大不失真輸出電壓為10V10V，當輸入，當輸入信號為下列情況時，判斷輸出信號是否失真？如是，為何種信號為下列情況時，判斷輸出信號是否失真？如是，為何種失真？失真？dB20umAHz10 LfKHz100 Hf)().sin(.)sin(.u)().sin(.).sin(.u)()sin(.).

10、sin(u)().sin(.uiiiiVt1051220t3210Vt1051220t1051210Vt1050210t1051210Vt1051210353335 (4)(3)(2)(1)3.1.1 3.1.1 線性失真線性失真 312tui)105 . 12sin(1 . 0)1(5 t )sin(.t ).sin(ui3310502101051210 (2) 該信號包含兩個頻率信號該信號包含兩個頻率信號:1.5KHz:1.5KHz和和50KHz50KHz，均處于中頻，均處于中頻區(qū)，故不會產(chǎn)生線性失真；但區(qū)，故不會產(chǎn)生線性失真；但1.5KHz1.5KHz分量的信號幅度遠大于分量的信號幅度遠

11、大于線性區(qū)允許的輸入電壓幅度最大值，即信號的最大值為線性區(qū)允許的輸入電壓幅度最大值，即信號的最大值為10V10V，故會產(chǎn)生嚴重的非線性失真。故會產(chǎn)生嚴重的非線性失真。解：解： 該信號為單頻信號，雖然該信號該信號為單頻信號，雖然該信號 ，放大倍數(shù)會，放大倍數(shù)會降低，但輸出仍為單頻正弦波，不存在線性失真；線性區(qū)允降低，但輸出仍為單頻正弦波，不存在線性失真；線性區(qū)允許的輸入電壓的最大幅值為許的輸入電壓的最大幅值為10/10=1V,10/10=1V,故不會產(chǎn)生非線性失真。故不會產(chǎn)生非線性失真。Hff 313t ).sin(.t ).sin(.ui5310512201051210 (3)ttui)105

12、 . 12sin(2 . 0)32sin(1 . 0)4(3 該信號的兩個頻率分量：該信號的兩個頻率分量：1.5KHz1.5KHz處于中頻區(qū)處于中頻區(qū), 150KHz, 150KHz處于高頻區(qū)，故會產(chǎn)生線性失真。處于高頻區(qū)，故會產(chǎn)生線性失真。 兩個信號分量的幅度均小于允許的輸入電壓最大值，疊兩個信號分量的幅度均小于允許的輸入電壓最大值，疊加之后的信號在加之后的信號在t t為為 處有最大值處有最大值0.1V0.1V，故不產(chǎn)生非，故不產(chǎn)生非線性失真。線性失真。s41071. 該信號的兩個頻率分量：該信號的兩個頻率分量：3Hz3Hz處于低頻區(qū)，處于低頻區(qū)，1.5KHz1.5KHz處于處于中頻區(qū)，故產(chǎn)

13、生線性失真；中頻區(qū)，故產(chǎn)生線性失真； 疊加后的信號在疊加后的信號在t t為為 s s有最大值為有最大值為0.2V0.2V，故不產(chǎn)生，故不產(chǎn)生非線性失真。非線性失真。41071. 314 3.1.1 線性失真線性失真（1）線性失真的概念（2）分類（3）不失真?zhèn)鬏敆l件（4）和非線性失真的區(qū)別小結小結 3153.1.2 分析方法分析方法)()()()()(2121mmnnpspspsbzszszsasH1.1.基本知識：基本知識：設系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為設系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為011m1mmm01n1nnnbsbsbsbasasasaH(s) 1將上式因式分解為將上式因式分解為式中式中nmnm 3161.基本知

14、識基本知識)()()()()(2121mmnnpspspsbzszszsasHizs 在式在式中中分子等于零的根分子等于零的根零點零點分母等于零的根分母等于零的根jps 極點極點 因此一個線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)完全由零極因此一個線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)完全由零極點和比例因子決定，據(jù)點和比例因子決定，據(jù)此可此可分析線性系統(tǒng)的頻分析線性系統(tǒng)的頻率響應。率響應。 3171.基本知識基本知識 將放大器的增益函數(shù)表示為將放大器的增益函數(shù)表示為)ps ()ps)(ps ()zs ()zs)(zs (k) s (Am21n21 可將上式改成標準形式，即可將上式改成標準形式，即)p()p)(p()z()z)(z(kk)

15、ps(1)ps)(1ps(1)zs(1)zs)(1zs(1kA(s)m21n21m21n21 式中式中mnbak 318對于正弦輸入信號，增益函數(shù)可表示為對于正弦輸入信號，增益函數(shù)可表示為1.基本知識基本知識)pj1()pj1)(pj1()zj1()zj1)(zj1(k)j (Am21n21 由上述的增益函數(shù)表達式可以得到用分貝表示由上述的增益函數(shù)表達式可以得到用分貝表示的增益函數(shù)的幅值與頻率的關系的增益函數(shù)的幅值與頻率的關系( (幅頻特性）幅頻特性）; ;也可也可得到增益函數(shù)的相位和頻率的關系（相頻特性）。得到增益函數(shù)的相位和頻率的關系（相頻特性）。 3191.基本知識基本知識 m1jjn1

16、iipj1lg20zj1lg20klg20)j (A)(dB)(A m1jjjn1iii)pj1Re()pj1Im(arctan)zj1Re()zj1Im(arctan)j (ARe)j (AImarctan)(幅頻特性：用分貝表示模值。幅頻特性：用分貝表示模值。相頻特性：相頻特性： 3201.基本知識基本知識mjjniipjzjkjAA1112012020 lglglg)()(dB)( 幅頻特性波特圖：橫坐標用頻率對數(shù)刻度，幅頻特性波特圖：橫坐標用頻率對數(shù)刻度，縱坐標用縱坐標用dBdB表示，描述幅頻特性曲線。表示，描述幅頻特性曲線。 相頻特性波特圖：橫坐標用頻率對數(shù)刻度，相頻特性波特圖：橫坐

17、標用頻率對數(shù)刻度，縱坐標用度縱坐標用度( (或弧度或弧度) )表示，描述相頻特性曲線。表示，描述相頻特性曲線。擴展頻率擴展頻率范圍的視范圍的視野野 由上式可以看出，在求增益函數(shù)的幅由上式可以看出，在求增益函數(shù)的幅頻和相頻特性時，可以先分別求出單個頻和相頻特性時，可以先分別求出單個零極點的貢獻，最后合成。零極點的貢獻，最后合成。mjjjniiipjpjzjzjjAjA11)1Re()1Im(arctan)1Re()1Im(arctan)(Re)(Imarctan)( 3212.漸近線波特圖法漸近線波特圖法)s1(i , js 令（1 1）一階零點）一階零點設一階零點表達式為：設一階零點表達式為：

18、iij1s1 )(21lg20 i dB0i i lg20i 幅頻特性幅頻特性當當 時，幅頻特性是斜率為時，幅頻特性是斜率為20dB/20dB/十倍頻的斜線。十倍頻的斜線。i 在在 處的模值應為處的模值應為3.01dB3.01dB，因此實際的幅頻特，因此實際的幅頻特性曲線如虛線所示。性曲線如虛線所示。i 當當 時，幅頻特性為時，幅頻特性為0dB0dB；i這樣用兩線段構成的折線就稱為漸近線波特圖，它與實際曲線這樣用兩線段構成的折線就稱為漸近線波特圖，它與實際曲線存在一定的誤差，如存在一定的誤差，如 3222.漸近線波特圖法漸近線波特圖法i arctan 45 90 （1 1）一階零點）一階零點相

19、頻特性為相頻特性為i 1 . 0 當當i 當當i 10 當當 0 時時， 100.1 ii 當當/ /十十倍倍頻頻程程的的直直線線4 45 5 斜斜率率為為 實際上，在實際上，在 處和處和 處的相處的相角分別為角分別為5.75.7和和84.384.3，實際的相頻特性，實際的相頻特性曲線如虛線所示。曲線如虛線所示。i 1 . 0 i 10 3232.漸近線波特圖法漸近線波特圖法js 令11)1 ()1 (jjjs（2 2）一階極點）一階極點設一階極點表達式為：設一階極點表達式為：21lg20 i dB0i i lg20 i 幅頻特性幅頻特性 當當 時，幅頻特性是時，幅頻特性是斜率為斜率為20dB

20、/20dB/十倍頻的斜線。十倍頻的斜線。j 實際上，在實際上，在 處的模值為處的模值為3.01dB3.01dB。j 1)s(1j當當 時，幅頻特性為時，幅頻特性為0dB0dB；i 3242.漸近線波特圖法漸近線波特圖法j arctan 45 90 （2 2）一階極點）一階極點相頻特性為相頻特性為j 1 . 0 當當j 當當j 10 當當 0 時時， 100.1 jj 當當/ /十十倍倍頻頻程程的的直直線線4 45 5 斜斜率率為為 3252.漸近線波特圖法漸近線波特圖法0 iz,js 令令 jlg20S幅頻特性為幅頻特性為相頻特性為相頻特性為（3 3）原點處的零點）原點處的零點表達式為表達式為

21、可以看出，零點可以看出，零點則則 90 dB01 dB2010 dB201 . 0 3262.漸近線波特圖法漸近線波特圖法0 jp,js 令令 jlg20 1 S幅頻特性為幅頻特性為相頻特性為相頻特性為（3 3）原點處的極點）原點處的極點表達式為表達式為可以看出，極點可以看出，極點則則 90 dB01 dB2010 dB201 . 0 3272.漸近線波特圖法漸近線波特圖法)10)(100(10)(58 ssssA01z一個原點處的零點一個原點處的零點sradpj/10211 試畫出其幅頻特性和相頻特性漸近線波特圖。試畫出其幅頻特性和相頻特性漸近線波特圖。例例3 34 4：已知某放大器的增益函

22、數(shù)為：已知某放大器的增益函數(shù)為 解：解：由增益函數(shù)，可以看出由增益函數(shù)，可以看出sradpj/10522 兩個一階極點兩個一階極點 3282.漸近線波特圖法漸近線波特圖法)101)(1001(10)(5ssssA js 令令5101lg201001lg20lg2010lg20)()( jjjjAA （1 1）將增益函數(shù)寫成標準形式）將增益函數(shù)寫成標準形式 幅頻特性為：幅頻特性為：，則，則510arctan100arctan90 相頻特性為：相頻特性為： 3292.漸近線波特圖法漸近線波特圖法z1p1p2（2 2）畫出單個零極點的漸近線幅頻特性波特圖）畫出單個零極點的漸近線幅頻特性波特圖 330

23、2.漸近線波特圖法漸近線波特圖法z1p1p2（2 2）畫出單個零極點的漸近線相頻特性波特圖）畫出單個零極點的漸近線相頻特性波特圖 3343.2 3.2 單級放大器的頻率響應單級放大器的頻率響應3.2.1 3.2.1 雙極晶體管高頻混合雙極晶體管高頻混合型等效電路型等效電路3.2.2 3.2.2 頻率響應分析頻率響應分析3.2.3 3.2.3 晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù)3.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應 346頻率響應分析頻率響應分析定性分析定性分析：ebC、cbC圖示電路為電容耦合共射電路圖示電路為電容耦合共射電路輸入、輸出耦合電容輸入、輸出耦合電容

24、: :旁路電容：旁路電容：三極管極間電容：三極管極間電容： 在分析頻率響應時，采用分頻區(qū)分析法，即劃分成在分析頻率響應時，采用分頻區(qū)分析法，即劃分成低頻、中頻和高頻三個不同的區(qū)域進行分析。低頻、中頻和高頻三個不同的區(qū)域進行分析。21CC 、eC通常，通常，C C1 1、C C2 2和和C Ce e的容量較大的容量較大( (以以F F為單位為單位) )，而，而 的容量較的容量較小小( (以以pFpF為單位為單位) )cbC、ebC 3353.2.1 雙極晶體管高頻混合雙極晶體管高頻混合型等效電路型等效電路1. 1. 混合混合型等效電路型等效電路 考慮到考慮到PNPN結的結的電容效應及晶體三電容效

25、應及晶體三極管的性質，可得極管的性質，可得到晶體三極管的物到晶體三極管的物理模擬電路。理模擬電路。體電阻：體電阻：bbr基區(qū)體電阻基區(qū)體電阻通常為通常為1010100100ercr集電區(qū)體電阻集電區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻一般都小于一般都小于1010 336 1. 1. 混合混合型等效電路型等效電路ebr：折合到基極支路的：折合到基極支路的 發(fā)射結正向電阻發(fā)射結正向電阻cbr: :表示輸出電壓對輸表示輸出電壓對輸 入電壓的反饋作用，入電壓的反饋作用， 約為幾約為幾MMcer: :表示輸出電壓對輸表示輸出電壓對輸 出電流的影響，約出電流的影響，約 為為10-1000k10-1000kcbC

26、: :集電結電容，約為集電結電容，約為 2 210pF10pFebC: :發(fā)射結電容，約為發(fā)射結電容，約為100100500pF500pF 3371. 1. 混合混合型等效電路型等效電路bfeebmIhUgebbfemUIhg對應于對應于H H參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路有：有：ebferhmV26CQI幾十毫西。約為的控制能力,對稱為跨導，反映gmcIebU 338 1. 1. 混合混合型等效電路型等效電路 忽略發(fā)射區(qū)和集電區(qū)體電阻，將三極管接忽略發(fā)射區(qū)和集電區(qū)體電阻，將三極管接成共射接法，可得到晶體管的高頻混成共射接法，可得到晶體管的高頻混等效電等效電路。路。 由等效電路中由等效電路中可看出，

27、輸入和輸可看出，輸入和輸出被出被 連到連到一起，使得分析復一起，使得分析復雜化，因此需要簡雜化，因此需要簡化等效電路?；刃щ娐?。cbC和cbr 由于由于 約為幾約為幾MM，通常滿足通常滿足所以可以將所以可以將 斷開。斷開。cbrcbrebCr 1cb 3392 2密勒定理密勒定理密勒定理是用來對電路進行單向化的。密勒定理是用來對電路進行單向化的。（1 1）原理電路圖）原理電路圖節(jié)點節(jié)點0 0為參考節(jié)點為參考節(jié)點節(jié)點節(jié)點1 1為輸入節(jié)點為輸入節(jié)點節(jié)點節(jié)點2 2為輸出節(jié)點為輸出節(jié)點 Z Z為跨接在輸入和為跨接在輸入和輸出之間的阻抗輸出之間的阻抗目的：將阻抗目的：將阻抗Z Z等效到輸入回路和輸出回

28、路中。等效到輸入回路和輸出回路中。 340 2 2密勒定理密勒定理ZUUI211ZUUU)/1 (12112/UUK)1/(1KZZ（2 2）簡化分析）簡化分析ZKUI)1 (1111ZU 令：令：則：則：即：即：同理同理ZUUI122)/11/(2KZU22ZU)11 (2KZZ 3412 2密勒定理密勒定理)1/(1KZZ)11 (2KZZ（3 3）等效電路）等效電路 根據(jù)上述分析，可以將跨接阻抗等效為一折合根據(jù)上述分析，可以將跨接阻抗等效為一折合到輸入端的并聯(lián)阻抗到輸入端的并聯(lián)阻抗Z Z1 1和輸出端的并聯(lián)阻抗和輸出端的并聯(lián)阻抗Z Z2 2。 342例例3-6 3-6 如圖電路，用密勒定

29、理將圖如圖電路，用密勒定理將圖(a)(a)電路等效為圖電路等效為圖(b)(b)，求圖求圖(b)(b)中的中的C C1 1、C C2 2為何值。為何值。解：解：CjZ1111)1 (11CjKCjKZZpF3033)1001 ()1 (1CKC221)11 (111CjKCjKZZpF03. 33)10011 ()11 (2CKC 343例例3-7 3-7 某放大器的交流通路如圖所示，試用密勒定理將某放大器的交流通路如圖所示，試用密勒定理將R Rf f等效。等效。解：解：等效原理圖如圖等效原理圖如圖(b)(b)所示。這里所示。這里 ，由于是，由于是CCCC電電路，路， 小于小于1 1，但接近于，

30、但接近于1 1。因此。因此 是一個絕對值很大是一個絕對值很大的負電阻，通常滿足的負電阻，通常滿足 與與 的并聯(lián)值的并聯(lián)值近似為近似為 ，即，即 可視為開路?？梢暈殚_路。 umioAUUKumAKRf11LfRKR|11|LRLRKRf11 3443 3簡化混合簡化混合型等效電路型等效電路cbCjZ1KZZ11cbCKj)1 (1KZZ/112cbCKj)/11 (1根據(jù)密勒定理的結論，可得根據(jù)密勒定理的結論，可得其中：其中：ebceUUK 輸入端為輸入端為bebe端，輸出端端，輸出端為為cece端；端； 的容抗即為跨的容抗即為跨接在輸入輸出間的阻抗。接在輸入輸出間的阻抗。cbC 345并且其容

31、抗和并且其容抗和r rcece一般均一般均遠大于交流負載電阻遠大于交流負載電阻 ，因此可忽略不計。因此可忽略不計。LR 3 3簡化混合簡化混合型等效電路型等效電路1K 由于由于將將 等效到輸入和輸出端，得到等效電路如圖所示。等效到輸入和輸出端，得到等效電路如圖所示。cbCcbcbCCK)11 (pF,Ccb只有幾只有幾考慮到考慮到得到簡化混合得到簡化混合型型等效電路如圖等效電路如圖。cbebiCKCC)1 (簡化混合簡化混合型等效電路也稱為單向化模型。型等效電路也稱為單向化模型。 3463.2.2 頻率響應分析頻率響應分析定性分析：定性分析：ebC、cbC圖示電路為電容耦合共射電路圖示電路為電

32、容耦合共射電路輸入、輸出耦合電容輸入、輸出耦合電容: :旁路電容：旁路電容：三極管極間電容：三極管極間電容： 在分析頻率響應時，采用分頻區(qū)分析法，即劃分成在分析頻率響應時，采用分頻區(qū)分析法，即劃分成低頻、中頻和高頻三個不同的區(qū)域進行分析。低頻、中頻和高頻三個不同的區(qū)域進行分析。21CC 、eC通常，通常，C C1 1、C C2 2和和C Ce e的容量較大的容量較大( (以以F F為單位為單位) )，而，而 的容量較的容量較小小( (以以pFpF為單位為單位) )cbC、ebC 3471.1.中頻區(qū)頻率響應分析中頻區(qū)頻率響應分析特點：特點：所有電容的影響均可忽略不計。所有電容的影響均可忽略不計

33、。CjZc/1中頻區(qū)等效電路如下中頻區(qū)等效電路如下: : 在中頻區(qū)，由于在中頻區(qū)，由于 的容量大，即容抗小，的容量大，即容抗小，因此可以視為短路；而極間電容容量小，即容抗大，因此可以視為短路；而極間電容容量小，即容抗大，因此可以視為開路。因此可以視為開路。e2CC 和和、1C 348 1.1.中頻區(qū)頻率響應分析中頻區(qū)頻率響應分析sousmUUAiosiUUUUieLfeiSihRhRRRiebbiebihRRhRR/21LcLRRR/中頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：中頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：下標下標m m表示中表示中頻區(qū)電頻區(qū)電壓放大壓放大倍數(shù)倍數(shù)其中：其中：可見，中頻區(qū)電壓放大倍數(shù)是一個與頻率無關的常數(shù)。

34、可見，中頻區(qū)電壓放大倍數(shù)是一個與頻率無關的常數(shù)。因此，其幅頻特性為一條水平線，幅值因此，其幅頻特性為一條水平線，幅值(dB)(dB)為為對于共射電路，其相頻特性為對于共射電路，其相頻特性為 的一條水平直線。的一條水平直線。usmAlg20 180 3492.2.低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)頻率響應分析特點：考慮特點：考慮C C1 1,C,C2 2,C,Ce e的作用的作用 根據(jù)容抗的計算公式，根據(jù)容抗的計算公式， ，由于頻率，由于頻率降低，降低，極間電容更可被視為開路，而耦合電容和旁路電容的容極間電容更可被視為開路，而耦合電容和旁路電容的容抗增大，不能再視為短路。抗增大，不能再視為短路。CjZc/

35、1低頻區(qū)等效電路如下低頻區(qū)等效電路如下: : 多數(shù)情況下，射極旁多數(shù)情況下，射極旁路電容路電容C Ce e的容量很大，因的容量很大，因此其容抗很小，所以即使在此其容抗很小，所以即使在低頻區(qū)仍將其視為短路。低頻區(qū)仍將其視為短路。 分別位于輸入回路和輸出回路中，由于分別位于輸入回路和輸出回路中，由于輸入回路和輸出回路之間僅有地線連接，按照電路輸入回路和輸出回路之間僅有地線連接，按照電路中的理論，可以將輸入回路和輸出回路分開考慮。中的理論，可以將輸入回路和輸出回路分開考慮。21CC 、 3502.2.低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：低頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：L2LccbfeoR

36、sC1RRRIhU )R(RsC1RRsCIhLc2Lc2bfe )R(RsC1)R(RsCRRRRIhLc2Lc2LcLcbfe LcLR/RR iebih/RR )RR(sC1)RR(sCIRhLc2Lc2bLfe iebb1issbhRRsC1RRUI )RR(sC1)RR(sC)RR(sC11hRhRh)RR(RhUU) s (ALc2Lc2is1iebiesieisLfesousl )s)(s (sA2L1L2usm 351 2.2.低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)頻率響應分析 1iebs1LCh/RR/1 2Lc2LCRR1 )s)(s (sA) s (A2L1L2usmusl 1iebs

37、1C)h/RR( 2Lc2C)RR( CR式中：式中：根據(jù)回路時根據(jù)回路時間間常數(shù)的概念，即常數(shù)的概念，即輸入回路時間常數(shù)輸入回路時間常數(shù)輸出回路時間常數(shù)輸出回路時間常數(shù) 1 可見，只要算出有電容的回路的時間常數(shù)，即可可見，只要算出有電容的回路的時間常數(shù)，即可可計算由該電容所確定的下限角頻率?？捎嬎阌稍撾娙菟_定的下限角頻率。當輸入為正弦信號時：當輸入為正弦信號時：)j1)(j1(A)j (A2L1Lusmusl umsiiusmARRRA 2221LLL放大器總的下限角頻率放大器總的下限角頻率 （見本章第（見本章第3 3節(jié)分析）節(jié)分析） 3522.2.低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)頻率響應分析FC

38、hkRkRkRhRCfecbLies 2,50,2,6,1,12 設例例3 39 9：畫出低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。畫出低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。解：解：rad/s23.269)hRh(RRRAieLfesiiusm 38151)12(5011616./ )h)/RR(h(R/hR/hRieLcfesiebieb dB75.23Alg20(dB)Ausmusm 1iebsLCh/RR/1 63102101/61/1 Hz9 .422fLL )j1(A)j (ALusmusl 根據(jù)原點處零點和一階根據(jù)原點處零點和一階極點的漸近線波特圖畫法，極點的漸近線波特圖畫法，即可得到低頻區(qū)的幅頻特性即可

39、得到低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。和相頻特性。 3532.2.低頻區(qū)頻率響應分析低頻區(qū)頻率響應分析例例3-93-9： 低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。低頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 3543.3.高頻區(qū)頻率響應分析高頻區(qū)頻率響應分析特點：考慮電容特點：考慮電容 的作用。的作用。cbebCC和和 根據(jù)容抗的計算公式，根據(jù)容抗的計算公式， ，由于頻率，由于頻率升高，升高，極間電容的容抗減小，不可被視為開路，而耦合電容和極間電容的容抗減小，不可被視為開路，而耦合電容和旁路電容的容抗減小，更可視為短路。旁路電容的容抗減小，更可視為短路。CjZc/1利用簡化的

40、混利用簡化的混模型畫出的高頻區(qū)等效電路如下模型畫出的高頻區(qū)等效電路如下: : 為了簡化分析，將由為了簡化分析，將由 和信號源構成的電路和信號源構成的電路做戴維南等效。做戴維南等效。sb、RR 355 3.3.高頻區(qū)頻率響應分析高頻區(qū)頻率響應分析ie bbbsusmushCr/)rR(s1A) s (A soushUU) s (A e bose bUUUU bssR/RR LcLR/RR Husmushj1A)j (A ie bbbsHCr/)rR(1 Lme boRgUU sbbsbbie bie bse bRRRRrsC1/rsC1/rUU e bfemrhg ie bbbsieLfeieb

41、siebushCr/rRs11hRhh/RRh/R) s (A / /sbbb eiRrrC高頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：高頻區(qū)源電壓放大倍數(shù)：當輸入為正弦信號時當輸入為正弦信號時式中：式中：輸入回路時間常數(shù)為輸入回路時間常數(shù)為 356 3.3.高頻區(qū)頻率響應分析高頻區(qū)頻率響應分析1k6k2k100pF503pF100sLbcbefebcbbRR,R,R,Ch,C,r例例3 31010：畫出高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。畫出高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性。解：解：)hRh(RRRAieLfesiiusm )h)R/R(h(Rh/Rh/RieLcfesiebieb 38.15)1)1/2(50(11/61/6

42、 dB20lg23 75dBusmusmA()A.iebbbsHCrrR/)(1 cbebiCKCC)1( ebLfeLmrRhRgK MHz611.H 3573.3.高頻區(qū)頻率響應分析高頻區(qū)頻率響應分析例例3-103-10：高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。高頻區(qū)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性 3584.4.完整的幅頻特性和相頻特性曲線完整的幅頻特性和相頻特性曲線LfHfLfHf 將三個區(qū)域的幅頻特性和相頻特性曲線組合在一起，即將三個區(qū)域的幅頻特性和相頻特性曲線組合在一起，即可以得到完整的幅頻特性和相頻特性曲線可以得到完整的幅頻特性和相頻特性曲線. .（

43、1 1）幅頻特性）幅頻特性BWfLHBWfff 稱為下限頻率稱為下限頻率稱為上限頻率稱為上限頻率稱為通頻帶稱為通頻帶 在放大信號時，通常要求通頻帶略大于在放大信號時，通常要求通頻帶略大于信號帶寬，以避免使輸出信號出現(xiàn)幅度失真。信號帶寬，以避免使輸出信號出現(xiàn)幅度失真。 3594.4.完整的幅頻特性和相頻特性曲線完整的幅頻特性和相頻特性曲線（2 2）相頻特性）相頻特性 以中頻區(qū)相移為參考時，低頻區(qū)相位超前中以中頻區(qū)相移為參考時，低頻區(qū)相位超前中頻區(qū)，即附加相移為正，其值為頻區(qū)，即附加相移為正，其值為+90+90；而高頻區(qū)；而高頻區(qū)相位滯后中頻區(qū)，即附加相移為負，其值為相位滯后中頻區(qū)，即附加相移為負

44、，其值為-90-90。 3625.5.電容耦合共集放大電路電容耦合共集放大電路 電容耦合共集放大電路的頻率特性要優(yōu)于共射放大電路，電容耦合共集放大電路的頻率特性要優(yōu)于共射放大電路，表現(xiàn)為其上限頻率高于共射放大電路。表現(xiàn)為其上限頻率高于共射放大電路。電路圖電路圖高頻等效電路高頻等效電路 363 5.5.電容耦合共集放大電路電容耦合共集放大電路電路特點：電路特點：該電路沒有密勒倍增效應；該電路沒有密勒倍增效應； 電路的高頻特性，即上限頻率是由回路的電路的高頻特性，即上限頻率是由回路的時間常數(shù)決定的，時間常數(shù)越小，則上限頻率時間常數(shù)決定的，時間常數(shù)越小，則上限頻率越高。越高。共集放大電路的電壓放大倍

45、共集放大電路的電壓放大倍數(shù)近似為數(shù)近似為1 1。ebC 折合到輸入端的電容折合到輸入端的電容遠小于它本身，即輸入回路遠小于它本身，即輸入回路時常數(shù)很??；時常數(shù)很小；若考慮負載電容若考慮負載電容 的影響的影響（包括輸出電容），則由于（包括輸出電容），則由于共集電路的共集電路的 很小，即輸出很小，即輸出回路時回路時間間常數(shù)小，所以高頻特性好。常數(shù)小，所以高頻特性好。LCoR 3645.5.電容耦合共集放大電路電容耦合共集放大電路電路如下圖所示。設放大器的上限頻率由電路如下圖所示。設放大器的上限頻率由C CL L決定，決定，C Cb b c c 和和C Cb b e e的影響可忽略不計。求開關的影響

46、可忽略不計。求開關S S分別接分別接A A端和端和B B端時的端時的表達式。表達式。例例3-123-12：解解: :LLcLLoHCRRCRRf)/()/(2121LLoHCRRf)/(21efeiebsoRhhRRR/)1 (/21bbbRRR/ 接到接到A A端時，端時，CECE組態(tài)組態(tài)接到接到B B端時，端時，CCCC組態(tài)組態(tài)注意：當注意：當 ， （與（與R Rb b無關）。無關）。0sRefeieoRhhR/1則則 顯然，在考慮負載電容時，顯然，在考慮負載電容時，CCCC組態(tài)的上組態(tài)的上限頻率要高于限頻率要高于CECE組態(tài)。組態(tài)。 3656. 電容耦合共基放大電路電容耦合共基放大電路電

47、路圖電路圖高頻等效電路高頻等效電路 3666. 電容耦合共基放大電路電容耦合共基放大電路電路特點：電路特點：若忽略若忽略 的影響，則的影響，則 不存在密勒倍增效應，不存在密勒倍增效應，其中，其中， 比共射接法比共射接法小得多，且共基輸入電阻小，小得多，且共基輸入電阻小，故輸入回路時間常數(shù)??；故輸入回路時間常數(shù)??；bbrcbCebiCC 若考慮負載電容若考慮負載電容 的影響，則的影響，則由于共基電路和共射電路的輸出由于共基電路和共射電路的輸出電阻相同，所以輸出回路時間常電阻相同，所以輸出回路時間常數(shù)也相同，因此由負載電容所引數(shù)也相同，因此由負載電容所引起的上限頻率相同。起的上限頻率相同。LC 3

48、67 7.7.組合電路組合電路 相對于共射放大電路而言，為了展寬放相對于共射放大電路而言，為了展寬放大器的通頻帶，可以采用組合電路的方式。大器的通頻帶，可以采用組合電路的方式。主要有兩種方式：共射共基電路主要有兩種方式：共射共基電路, ,共射共集電路。共射共集電路。（1 1）CE-CBCE-CB電路電路1.1.共基電路的輸入電阻很小，共基電路的輸入電阻很小，第一級第一級 密勒電容大大減小，密勒電容大大減小，從而使共射電路的上限頻率大從而使共射電路的上限頻率大大提高。大提高。cbC2.2.兩級級聯(lián)后的上限頻率取兩級級聯(lián)后的上限頻率取決于第一級共射電路的上限決于第一級共射電路的上限頻率。頻率。 3

49、68 7.7.組合電路組合電路（2 2）CE-CCCE-CC電路電路適用于容性負載；適用于容性負載；對于容性負載的共對于容性負載的共射放大器的上限頻率很低，射放大器的上限頻率很低，但如果容性負載作為共集但如果容性負載作為共集放大器的負載，則由于其放大器的負載，則由于其輸出電阻很小，輸出電阻很小， 的影響的影響將大大減小；將大大減??；LC兩級級聯(lián)后的上限頻率取決于第一級共射電路兩級級聯(lián)后的上限頻率取決于第一級共射電路( (無無 ）的上限頻率。的上限頻率。LC 3693.2.3 3.2.3 晶體管的高頻參數(shù)晶體管的高頻參數(shù) 低頻時，低頻時，是一個實數(shù)，但隨著頻率的升高，是一個實數(shù)，但隨著頻率的升高

50、，將是將是個復數(shù)，并且個復數(shù)，并且的模值會隨頻率的升高而下降。的模值會隨頻率的升高而下降。定義：定義：當當?shù)哪Ｖ迪陆档降皖l數(shù)值的模值下降到低頻數(shù)值 的的0.7070.707倍時的頻率，倍時的頻率，稱為晶體管共射截止頻率，記為稱為晶體管共射截止頻率，記為 ffehf1.共射截止頻率共射截止頻率 根據(jù)定義，需要求出高頻時根據(jù)定義，需要求出高頻時和頻率之間的關系式。根據(jù)和頻率之間的關系式。根據(jù)的定義（共射短路電流放大系數(shù)），其等效電路如下的定義（共射短路電流放大系數(shù)），其等效電路如下 370 1 1共射截止頻率共射截止頻率 ffjhfe 1bebmIUgiebCrf 21式中式中iebebbebCr

51、jrIU1 iebfeCrjh1 jhfe 12)/(1 ffhfe cbebiCCCCubcCEII 由由的模值可看出：的模值可看出：fehff fehff707. 0 3712 2特征頻率特征頻率時，時，當當1 )(21cbebebCCrf 1 定義：定義：時，時，當當Tff 。下降到下降到 ffhffeT ebmcbebmTCgCCgf2)(2 可近似為可近似為2)(1 ffhfe ff 顯見，特征頻率遠大于共射截止頻率。顯見，特征頻率遠大于共射截止頻率。ffhfe 3723 3共基截止頻率共基截止頻率 1)/1/(1)/1/( fjfhfjfhfefe fjffhjfhhfefefe/

52、1)1/(1)1/(0 為輸入信號的最高頻率式中maxmax3fffT利用利用和和的關系，可以得到的關系，可以得到 f 為了保證實際電路在高頻時仍有較大的電流放大為了保證實際電路在高頻時仍有較大的電流放大系數(shù)，必須選擇晶體管的特征頻率為系數(shù)，必須選擇晶體管的特征頻率為 3733.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應1.1.場效應管的高頻等效電路：場效應管的高頻等效電路： 類似于晶體三極管的高頻等效電路，需要考慮場效應管類似于晶體三極管的高頻等效電路，需要考慮場效應管極間電容的影響。極間電容的影響。（1 1）JFETJFET高頻等效電路高頻等效電路（2 2）MOS

53、FETMOSFET高頻等效電路高頻等效電路（3 3）MOSFETMOSFET高頻等效電路高頻等效電路 ( (襯源短路）襯源短路） 374 例例3-133-13 一一JFETJFET放大器如下圖所示。已知放大器如下圖所示。已知I IDSSDSS=8mA=8mA，U UGS(offGS(off) )=-4V =-4V r rdsds=20k=20k,C,Cgdgd=2.2pF,C=2.2pF,Cdsds=6.3pF=6.3pF，試計算，試計算A Aumum、f fL L以及以及f fH H，并畫出，并畫出漸近線波特圖。漸近線波特圖。 3.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的

54、頻率響應分析：計算中頻電壓放大倍數(shù)需要分析：計算中頻電壓放大倍數(shù)需要求出跨導求出跨導g gm m, ,因此需要做靜態(tài)分析；因此需要做靜態(tài)分析；計算下限頻率需要低頻等效電路，計算下限頻率需要低頻等效電路，并找到有電容的回路，計算該回路并找到有電容的回路，計算該回路的時間常數(shù)；計算上限頻率需要高的時間常數(shù)；計算上限頻率需要高頻等效電路，并找到有電容的回路，頻等效電路，并找到有電容的回路，計算該回路的時間常數(shù)。計算該回路的時間常數(shù)。 3753.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應解解（1 1） 靜態(tài)分析靜態(tài)分析由由JFETJFET的特性和電路圖可得：的特性和電路圖可得

55、： SDQGSQoffGSGSQDSSDQRIUUUII21)()(mA.50 DQIV3 GSQUmS1)1 (2)()( offGSGSQoffGSDSSUuGSDmUUUIdudigGSQGS22255201.)/()/(LddsmumRRrgA（2 2）中頻電壓放大倍數(shù)）中頻電壓放大倍數(shù) 3763.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應Hz.)/()/(9317610101055202121632CRRrfLddsL（3 3）下限頻率）下限頻率低頻等效電路低頻等效電路有電容的回路是輸出回路，計算出該有電容的回路是輸出回路，計算出該回路的時間常數(shù)，下限角頻率

56、就是時回路的時間常數(shù)，下限角頻率就是時間常數(shù)的倒數(shù)。間常數(shù)的倒數(shù)。 在低頻區(qū)，極間電容可看為開路，耦合電容在低頻區(qū)，極間電容可看為開路，耦合電容 不能再視為不能再視為短路，必須予以考慮，但在本題中，短路，必須予以考慮，但在本題中， ，因此只考慮，因此只考慮 。21CC、1C2C 3773.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應gddsoCKCC)11( gdgsiCKCC)1( 其其中中pF49.92.2)22.211(3.6)11(gdumdsCACMHz55. 749. 9)5/5/20(21)/(21oLDdsHCRRrf 在高頻區(qū)等效電路中，在高頻區(qū)等效電

57、路中，C Cgdgd將輸出回路和輸入回路連在一起，將輸出回路和輸入回路連在一起，增加了分析難度，因此要用密勒定理對其進行單向化。增加了分析難度，因此要用密勒定理對其進行單向化。gddsoCKCC)11( （3 3）上限頻率）上限頻率由于輸入為恒壓源，所以輸入回路的由于輸入為恒壓源，所以輸入回路的時間常數(shù)為零，即時間常數(shù)為零，即 對高頻特性沒有影對高頻特性沒有影響，故只考慮輸出回路時間常數(shù)。響，故只考慮輸出回路時間常數(shù)。iC 3783.2.4 3.2.4 場效應管放大器的頻率響應場效應管放大器的頻率響應（4 4）幅頻特性和相頻特性曲線）幅頻特性和相頻特性曲線 3793.3 3.3 多級放大器的頻

58、率響應多級放大器的頻率響應3.3.1 3.3.1 幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性3.3.2 3.3.2 多級放大器的通頻帶多級放大器的通頻帶 3803.3.13.3.1幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 nkukunuuuAAAAA121（1）多級放大器框圖）多級放大器框圖1uA2uAunA1umA2umAumnA11HLff22HLffHnLnffiUoU（2）多級放大器幅頻特性）多級放大器幅頻特性多級放大器的放大倍數(shù)是各級放大倍數(shù)的乘積多級放大器的放大倍數(shù)是各級放大倍數(shù)的乘積unuuuAAAAlglglglg2020202021所以，其幅頻特性為：所以，其幅頻特性為： 3813.3

59、.13.3.1幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性nkkn121 （3）多級放大器相頻特性）多級放大器相頻特性 結論：根據(jù)幅頻特性和相頻特性的表達式，可以看出在繪制結論：根據(jù)幅頻特性和相頻特性的表達式，可以看出在繪制多級放大器的幅頻特性和相頻特性曲線時，只需要將各級的特性多級放大器的幅頻特性和相頻特性曲線時，只需要將各級的特性曲線在同一坐標系下疊加即可。曲線在同一坐標系下疊加即可。（4 4）定性分析）定性分析例例3-143-14：將兩個具有同樣特性的放大電路串連起來，繪制其幅頻特性和相頻特性。：將兩個具有同樣特性的放大電路串連起來，繪制其幅頻特性和相頻特性。 由圖看出，疊加后由圖看出，疊加后兩

60、級放大器的下限頻率兩級放大器的下限頻率f fL L提高了，而上限頻率提高了，而上限頻率f fH H下降了，導致通頻帶下降了，導致通頻帶f fBWBW變變窄了。窄了。 3823.3.2.3.3.2.多級放大器的通頻帶多級放大器的通頻帶 22222222222222121)(mnpLpLpLzLzLzLumulAjA )(.LLf定量分析計算1)()()()()(2121mnpppzzzumussssssAsA 2/1/ )(, umuLAjA 時時當當nmzzzpppL2222222222121 設放大器的低頻電壓增益函數(shù)與中頻電壓放大倍數(shù)之比的表達式為：設放大器的低頻電壓增益函數(shù)與中頻電壓放大