第4章放大電路的頻率響應和噪聲

1、第第4章章 放大電路的頻率響應和噪聲放大電路的頻率響應和噪聲 4.1 放大電路的頻率響應和頻率失真放大電路的頻率響應和頻率失真 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模型和高頻參數(shù)晶體管的高頻小信號模型和高頻參數(shù)4.2.1 晶體管的高頻小信號模型晶體管的高頻小信號模型二、二、 特征頻率特征頻率fT4.3 晶體管放大電路的頻率響應晶體管放大電路的頻率響應4.3.1共射放大電路的頻率響應共射放大電路的頻率響應一、共射放大電路的高頻響應一、共射放大電路的

2、高頻響應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二、共射放大電路的低頻響應 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和噪聲放大電路的頻率響應和噪聲 （1）掌握放大電路頻率響應的有關概念，掌握放大）掌握放大電路頻率響應的有關概念，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)、共射電路頻率響應特性。）掌握晶體管頻率參數(shù)、共射電路頻率響應特性。（3）了解單管放大電路頻率響應的分析方法。）了解單管放大電路頻率

3、響應的分析方法。（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13日星期五模擬電子技術模擬電子技術41.待放大的信號，具有一定的頻率范圍。待放大的信號，具有一定的頻率范圍。 2.放大電路的放大性能與頻率有關。放大電路的放大性能與頻率有關。 由于電抗元件的存在，使得放大器對不同頻率信由于電抗元件的存在，使得放大器對不同頻率信號分量的放大倍數(shù)和延遲時間不同，那么放大后號分量的放大倍數(shù)和延遲時間不同，那么放大后的信號各頻率分量的的信號各頻率分量的大小比例大小比例和和時間相對關系時間相對關系將將不同于輸入信號。不同于輸入信號。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和頻率失真放大電路的頻率響應和頻率失真 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)3

5、dB-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13日星期五模擬電子技術模擬電子技術84.1.3 波特圖波特圖波特圖就是一種采用對數(shù)坐標的頻率特性曲線。波特圖就是一種采用對數(shù)坐標的頻率特性曲線。 CR+_+_i

6、UoU圖圖 4.1.4 高通電路的頻率響應及其波特圖高通電路的頻率響應及其波特圖（a）高通電路）高通電路 （b）頻率響應）頻率響應 uAff 9045001707. 0RCRCRCRUUAu 1j11j111j1io ffAuLLj11j11 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術99045dB/lg20uAff 00L1 . 0f3 圖圖 4.1.4 高通電路的頻率響應及其波特圖高通電路的頻率響應及其波特圖（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）頻率響應 線性刻度線性刻度對數(shù)刻度對數(shù)刻度對數(shù)

7、刻度對數(shù)刻度對數(shù)刻度對數(shù)刻度2L1lg20lg20 ffAuffLarctan 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術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間常數(shù)時間常數(shù)。(2)當當f=fL或或fH時，增益下降時，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模型和高頻參數(shù)晶體管的高頻小信號模型和高頻參數(shù)4.2.1 晶體管的高頻小信號模型晶體管的高頻小信號模型Ib.r

8、bbrbebCbeUbe.CbcUbegmrceIc.ecb圖圖4.2.1 晶體管的高頻小信號混合晶體管的高頻小信號混合模型模型 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術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 (

9、)j (ff 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晶體管放大電路的頻率響應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共射放大

10、電路的頻率響應1.高頻小信號等效電路及其簡化模型高頻小信號等效電路及其簡化模型一、共射放大電路的高頻響應一、共射放大電路的高頻響應(b)等效電路等效電路(設設RB1/RB2rbe )rbebrbbRsUsrceRCRLUobeRLCbcCbecUbegm圖圖4.3.1 共射放大器及其高頻小信號等效電路共射放大器及其高頻小信號等效電路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

11、電容圖圖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 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)進一步的簡化等效電路進一步的簡化等效電路 UbegmRLUoUsRsCiUbecbLmebMebi)1( CRgCCCC sbesebsebbbsebsUrRrUrrRrU)(bbSebs rRrR

12、2.高頻增益表達式及上限頻率高頻增益表達式及上限頻率HIsisbesebLmsosj1j11)()j ( uuACRrRrRgUUAisHH12CRf 為輸入回路時常數(shù)倒數(shù)為輸入回路時常數(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共射放大電路的高頻響應 (a)幅頻特性；幅頻特性；

13、(b)相頻特性；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數(shù)刻度對數(shù)刻度對數(shù)刻度對數(shù)刻度( j )f二、共射放大電路的低頻響應二、共射放大電路的低頻響應 (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

14、路RsC1rbbRCbCE/(1)C2RLUo.(c)Us.(1)REUbegm.rbe簡化低頻等效電路簡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對低頻特性的影響對低頻特性的影響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

15、為輸入回路時常數(shù)倒數(shù)為輸入回路時常數(shù)倒數(shù). 3. C2對低頻響應的影響對低頻響應的影響C2RCRL gmRCUbe.Uo.圖圖4.3.6 C2對低頻響應影響的等效電路對低頻響應影響的等效電路osU2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU L2LCLj11)( RRR(C2引入的下限角頻率引入的下限角頻率) )(1LC2L2RRC 為輸出回路時常數(shù)倒數(shù)為輸出回路時常數(shù)倒數(shù).2LCLCL2LCLoso)(j111)(j1)(CRRRRRCRRRUU )j1)(j1()j (L2L1Iss uuAA總低頻增益：總低頻增益： L1besebCmos11jrRrRgUU

16、s sosososos)j (UUUUUUAu L2LCLosoj11)( RRRUUbesebLmIsrRrRgAu (中頻源增益中頻源增益) 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術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波特圖共射放大電路完整的頻率響應波特圖 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？三者的關系如何？的關系如何？3

17、.共射放大電路在高頻區(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13日星期五模擬電子技術模擬電子技術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-4.5k

18、Hz200Hz-4.5kHz。常見音頻系統(tǒng)（設備）的通頻帶常見音頻系統(tǒng)（設備）的通頻帶 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術39音階音階CDEFGAB簡譜符號簡譜符號1234567頻率（頻率（Hz）261293330349392440494頻率頻率( (對數(shù)對數(shù)) )48.349.350.350.851.852.853.8音階的劃分是在頻率的對數(shù)坐標音階的劃分是在頻率的對數(shù)坐標(20log)(20log)上取等分而得上取等分而得 2022年5月13日星期五模擬電子技術模擬電子技術40使用分貝做單位使用分貝做單位的的主要主要優(yōu)點優(yōu)點 (1)(1)數(shù)值變小，讀寫方便。數(shù)值變小，讀寫方便。 一架收音機從天線收到的信號至送入喇叭放音輸出，一架收音機從天線收到的信號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)運算方便。運算方便。 若某功放前級是若某功放前級是100100倍倍(20dB)(20dB)，后級是，后級是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=