低頻電子線路傅豐林第章

第3章放大器的頻率分析●線性失真的概念（理解）●放大器頻率特性的分析方法（波特圖法）（理解）●單級共射放大器幅頻特性下限頻率和上限頻率●單極共基、共集放大器的頻率特性（了解）●CE－CB（CS－CG）級聯(lián)電路展寬頻帶的原理（了解）●多級放大器下限頻率和上限頻率的分析和計算（了解）教學(xué)要求:分析和計算（掌握）以及相頻特性的分析和計算（理解）

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3.1線性失真及其分析方法3.1.1線性失真3.1.2分析方法

300

由于放大電路中存在電抗元件(電容、電感等），所以在放大含有豐富頻率成分的信號（如語音信號、脈沖信號等）時，導(dǎo)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)生的失真稱為線性失真。3.1.1線性失真1.

基本概念豐富頻率成分的信號電路中有電抗元件輸出畸變線性失真

301

1.

基本概念例3－1：RC電路如圖所示，當(dāng)輸入信號為周期為1ms的方波時，畫出輸出電壓波形。

302

1.

基本概念

對輸入信號做傅立葉分解，可見輸入信號中包含豐富的頻率成分。

由于電容C對于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出波形產(chǎn)生了失真。

由于RC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RC電路，最后在輸出端求和。

303

3.1.1線性失真幅度失真：(與振幅頻率特性有關(guān))

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，使輸出信號各個頻率分量的振幅相對比例關(guān)系發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致輸出波形失真。2.線性失真的分類例3－2：

304

2.

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諧波振幅比為10:6:2輸出信號諧波振幅比為10:3:0.5因此出現(xiàn)失真。

305

2.

線性失真的分類

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。相位失真：(與相位頻率特性有關(guān))

306

3.1.1線性失真3.

不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件即從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關(guān)。（1）不產(chǎn)生幅度失真的條件3073.不失真?zhèn)鬏數(shù)牡臈l件從相頻特性上上看放大器對對各頻率分量量滯后時間相同同即滯后時時間（2））不產(chǎn)產(chǎn)生相相位失失真的的條件件3083.不失真真?zhèn)鬏斴數(shù)臈l條件實際上上要完完全滿滿足這這兩個個不失失真條條件是是困難難的，也也是沒沒有必必要的的。因因為對對于要要放大大的輸輸入信信號，其其主要要頻率率成份份總是是集中中在一一定的的頻率率范圍圍內(nèi)，通通常稱稱為信信號帶帶寬。。對于幅幅度失失真：：只要要放大大器的的通頻頻帶略大于于信號帶寬寬，就就可以以忽略略幅度度失真真。對于相相位失失真：：在話話音通通信中中的中中的放放大器器，可以不不考慮慮相位位失真真，但但在圖圖像通通信中中的放放大器器，則必須須考慮慮。3093.1.1線性失失真4.和非線線性失失真的的區(qū)別別⑴產(chǎn)產(chǎn)生原原因不線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。非線性性失真真是含含有非線性性元件件（如晶晶體管、、場效效應(yīng)管管等））的非線性性電失真。3104.和非線線性失失真的的區(qū)別別線性失失真的的大小小與輸入入信號號幅度度的大大小無無關(guān)關(guān)，而而非非線線性性失失真真的的大大小小與與輸輸入入信信號號幅幅⑵產(chǎn)生生結(jié)結(jié)果果不不同同：：線性性失失真真不會會產(chǎn)生生新新的的頻頻率率成成分分;非線線性性失失真真產(chǎn)生311例3－3：某放放大器中中頻電壓壓增益，，下限頻頻率，上限頻頻率，，最大不不失真輸輸出電壓壓為10V，當(dāng)當(dāng)輸入信號為下下列情況況時，判判斷輸出出信號是是否失真真？如是是，為何何種失真？3.1.1線線性失真真312該信號包包含兩個個頻率信信號:1.5KHz和和50KHz，，均處于于中頻區(qū)，故不不會產(chǎn)生生線性失失真；但但1.5KHz分量的的信號幅幅度遠(yuǎn)大大于線性區(qū)允允許的輸輸入電壓壓幅度最最大值，，即信號號的最大大值為10V，，故會產(chǎn)生生嚴(yán)重的的非線性性失真。。解：該信號為單頻信號，雖然該信號，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)允許的輸入電壓的最大幅值為10/10=1V,故不會產(chǎn)生非線性失真。313該信號的兩個頻率分量：1.5KHz處于中頻區(qū),150KHz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，疊加之后的信號在t為處有最大值0.1V，故不產(chǎn)生非線性失真。該信號的兩個頻率分量：3Hz處于低頻區(qū)，1.5KHz處于中頻區(qū)，故產(chǎn)生線性失真；疊加后的信號在t為s有最大值為0.2V，故不產(chǎn)生非線性失真。3143.1.1線性失真真（1）線線性失真真的概念念（2）分分類（3）不不失真?zhèn)鱾鬏敆l件件（4）和非線性性失真的的區(qū)別小結(jié)3153.1.2分析方法法1.基本本知識：：設(shè)系統(tǒng)的的傳輸函函數(shù)為將上式因因式分解解為式中n≤≤m3161.基本知識識在式中分子等于于零的根根零點分母等于于零的根根極點因此一個個線性系系統(tǒng)的傳傳輸函數(shù)數(shù)完全由由零極點和比例例因子決決定，據(jù)據(jù)此可分分析線性性系統(tǒng)的的頻率響應(yīng)。。3171.基本知識識將放大器器的增益益函數(shù)表表示為可將上式式改成標(biāo)準(zhǔn)形式式，即318對于正弦弦輸入信信號，增增益函數(shù)數(shù)可表示示為1.基本知識識由上述的的增益函函數(shù)表達(dá)達(dá)式可以以得到用用分貝表表示的增益函函數(shù)的幅幅值與頻頻率的關(guān)關(guān)系(幅幅頻特性性）;也也可得到增益益函數(shù)的的相位和和頻率的的關(guān)系（（相頻特特性）。。3191.基本知識識幅頻特性性：用分分貝表示示模值。。相頻特性性：3201.基本知識識幅頻特性性波特圖：：橫坐標(biāo)用用頻率對對數(shù)刻度度，縱坐標(biāo)用dB表示，描述述幅頻特性曲曲線。相頻特性波特圖：橫坐標(biāo)用頻頻率對數(shù)刻度度，縱坐標(biāo)用度(或弧度)表表示，描述相相頻特性曲線線。擴(kuò)展頻率范圍圍的視野由上式可以看看出:在求增益函數(shù)數(shù)的幅頻和相頻特性性時，可以先先分別求出單單個零極點的貢獻(xiàn)獻(xiàn)，最后合成成。3212.漸近線波特圖圖法（1）一階零零點設(shè)一階零點表表達(dá)式為：幅頻特性當(dāng)時，幅頻特性是斜率為20dB/十倍頻的斜線。在處的模值應(yīng)為3.01dB，因此實際的幅頻特性曲線如虛線所示。當(dāng)時，幅頻特性為0dB；存在一定的誤差，如3222.漸近線波特圖圖法（1）一階零零點相頻特性為

實際上，在處和處的相角分別為5.7°和84.3°，實際的相頻特性曲線如虛線所示。3232.漸近線波特圖圖法（2）一階極極點設(shè)一階極點表表達(dá)式為：幅頻特性當(dāng)時，幅頻特性是斜率為－20dB/十倍頻的斜線。

實際上，在處的模值為－3.01dB。當(dāng)時，幅頻特性為0dB；3242.漸近線波特圖圖法（2）一階極極點相頻特性為3252.漸近線波特圖圖法幅頻特性為相頻特性為（3）原點處處的零點表達(dá)式為可以看出，零零點則3262.漸近線波特圖圖法幅頻特性為相頻特性為（3）原點處處的極點表達(dá)式為可以看出，極極點則思路:線性失真分兩兩類:幅度失真相位失真在幅頻特性中中得到反映在相頻特性中中得到反映對放大器的線線性失真分析析就轉(zhuǎn)化成對放大器的頻頻率響應(yīng)分析幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)可以反映幅度度失真可以反映相位位失真兩者都可轉(zhuǎn)化成對零極點因子子的幅頻特性性和相頻特性性分析和疊加加,從而得到到整個放大器器的頻率響應(yīng)應(yīng).用波特圖表示示波特圖橫坐標(biāo):頻率用對數(shù)刻度.優(yōu)點:把一個較大的頻率范圍用一個相對較小的坐標(biāo)范圍來描述縱坐標(biāo):幅度-----用dB表示相位------用度表示對應(yīng)關(guān)關(guān)系一階零點一階極點原點處的零點點原點處的極點點兩對基本因子子的幅頻特性性和相頻特性性的波特圖3272.漸近線波特圖圖法試畫出其幅頻頻特性和相頻頻特性漸近線線波特圖。例3－4：已已知某放大器器的增益函數(shù)數(shù)為解：由增益函數(shù)，兩個一階極極點3282.漸近線波特特圖法（1）將增增益函數(shù)寫寫成標(biāo)準(zhǔn)形形式幅頻特性為為：，則相頻特性為為：3292.漸近線波特特圖法z1p1p2（2）畫出出單個零極極點的漸近近線幅頻特特性波特圖圖不產(chǎn)生幅度度失真的條條件:3302.漸近線波特特圖法z1p1p2（2）畫出出單個零極極點的漸近近線相頻特特性波特圖圖不產(chǎn)生相位位失真的條條件:3313.計算機(jī)輔助助分析法MATLAB語言由于漸近線線波特圖分分析法存在在誤差，因因此為了精確分分析放大器器增益函數(shù)數(shù)的幅頻特特性和相頻特性曲線線，可以根根據(jù)增益函函數(shù)的表達(dá)達(dá)式，用MATLAB語言寫寫程序。例3－5：用MATLAB編程程畫出其幅幅頻特性和和相頻特性性漸近線波特圖圖。3323.計算機(jī)輔助助分析法解：變換增益函函數(shù)形式為為程序如下：：g=tf([010e+80],[110010010e+7]);bode(g,{1,10e+7})；g為增益函函數(shù)的分子子分母的系系數(shù)。bode是是MATLAB中繪繪制系統(tǒng)波波特圖的命命令。3333.計算機(jī)輔助助分析法MATLAB語言程序運(yùn)行后后得到的波波特圖如下下圖所示。。小結(jié):1.掌握握線性失真真的概念.2.理解解波特圖的的畫法.3343.2單單級放大器器的頻率響響應(yīng)3.2.1雙極晶晶體管高頻頻混合π型等效電路路3.2.2頻率響響應(yīng)分析3.2.3晶體管管的高頻參參數(shù)3.2.4場效應(yīng)應(yīng)管放大器器的頻率響響應(yīng)3353.2.1雙極晶體管管高頻混合合π型等效電路路1.混合π型等效電路路考慮到PN結(jié)的電容效應(yīng)及晶體三極管的性質(zhì)質(zhì)，可得到晶體三極極管的物理模擬電路路。體電阻：基區(qū)體電阻通常為10～100Ω集電區(qū)體電阻發(fā)射區(qū)體電阻一般都小于10Ω3361.混合π型等效電路路：折合到基極支路的發(fā)射結(jié)正向電阻

:表示輸出電壓對輸入電壓的反饋作用，約為幾MΩ:表示輸出電壓對輸出電流的影響，約為10-1000kΩ

:集電結(jié)電容，約為2～10pF:發(fā)射結(jié)電容，約為100～500pF3371.混合π型等效電路路對應(yīng)于H參參數(shù)等效電電路有：：3381.混合合π型等等效效電電路路忽略略發(fā)射射區(qū)區(qū)和和集集電電區(qū)區(qū)體體電電阻阻，，將將三三極極管管接接成共共射射接接法法，，可可得得到到晶晶體體管管的的高高頻頻混混π等效效電電路。。

由等效電路中可看出，輸入和輸出被連到一起，使得分析復(fù)雜化，因此需要簡化等效電路。

由于約為幾MΩ，通常滿足所以可以將斷開。3392．．密密勒勒定定理理密勒勒定定理理是是用用來來對對電電路路進(jìn)進(jìn)行行單單向向化化的的。。（1））原原理理電電路路圖圖節(jié)點點0為為參參考考節(jié)節(jié)點點節(jié)點1為為輸入節(jié)節(jié)點節(jié)點2為為輸出節(jié)節(jié)點Z為跨接接在輸入入和輸出之間間的阻抗抗目的：將將阻抗Z等效到到輸入回回路和輸輸出回路路中。3402．密勒勒定理（2）簡簡化分析析令：則：即：同理3412．密勒勒定理（3）等等效電路路根據(jù)上述述分析，，可以將將跨接阻阻抗等效效為一折折合到輸入端端的并聯(lián)聯(lián)阻抗Z1和輸出端端的并聯(lián)聯(lián)阻抗Z2。342例3-6如圖圖電路，，用密勒勒定理將將圖(a)電路路等效為為圖(b)，求圖(b)中的的C1、C2為何值。。解：例3-7某放放大器的的交流通通路如圖圖所示，，試用密密勒定理理將Rf等效。

343

解：等效原理圖如圖(b)所示。這里，由于是CC電路，小于1，但接近于1。因此是一個絕對值很大的負(fù)電阻，通常滿足與的并聯(lián)值近似為，即可視為開路。3443．簡化化混合ππ型等效效電路根據(jù)密勒勒定理的的結(jié)論，，可得其中：

輸入端為b'e端，輸出端為ce端；的容抗即為跨接在輸入輸出間的阻抗。

345并且其容抗和rce一般均遠(yuǎn)大于交流負(fù)載電阻，因此可忽略不計。

3．簡化化混合ππ型等效效電路將等效到輸入和輸出端，得到等效電路如圖所示。得到簡化化混合π型等效電路路如圖。簡化混合合π型等效電電路也稱稱為單向向化模型型。忽略發(fā)射區(qū)和和集電區(qū)區(qū)體電阻阻忽略rb’c將等效到輸入和輸出端3463.2.2頻率響應(yīng)應(yīng)分析分析思路路：電容耦合合共射電電路輸入、輸輸出耦合合電容:旁路電容容：三極管極極間電容容：在分析頻頻率響應(yīng)應(yīng)時，采采用分頻頻區(qū)分析析法，即即劃分成成低頻、中中頻和高高頻三個個不同的的區(qū)域進(jìn)進(jìn)行分析析。通常，C1、C2和Ce的容量較大(以μF為單位)，而的容量較小(以pF為單位)分頻區(qū)低頻區(qū)：考慮C1,C2,Ce的作作用（極間電容容視作開開路）中頻區(qū)：：所有電容容效應(yīng)均均不考慮慮。即C1,C2,Ce視作短路路，極間間電容視視作開路路高頻區(qū)：：考慮極間電容容的作用。。（C1,C2,Ce視作短路路）分析思路路：3471.中頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析特點：所有電容容的影響響均可忽忽略不計計。中頻區(qū)等等效電路路如下:在中頻區(qū)，由于的容量大，即容抗小，因此可以視為短路；而極間電容容量小，即容抗大，因此可以視為開路。

3481.中頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析中頻區(qū)源源電壓放放大倍數(shù)數(shù)：下標(biāo)m表表示中頻頻區(qū)電壓壓放大倍倍數(shù)其中：可見，中中頻區(qū)電電壓放大大倍數(shù)是是一個與與頻率無無關(guān)的常常數(shù)。因此，其幅頻特性為一條水平線，幅值(dB)為對于共射電路，其相頻特性為的一條水平直線。3492.低頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析特點：考考慮C1,C2,Ce的作用根據(jù)容抗的計算公式，，由于頻率ω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抗增大，不能再視為短路。低頻區(qū)等等效電路路如下:多數(shù)情況況下，射射極旁路電容Ce的容量很很大，因因此其容抗抗很小，，所以即即使在低頻區(qū)仍仍將其視視為短路路。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，按照電路中的理論，可以將輸入回路和輸出回路分開考慮。3502.低頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析低頻區(qū)源源電壓放放大倍數(shù)數(shù)：3512.低頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析式中：根據(jù)回路路時間常數(shù)的概概念，即即輸入回路路時間常常數(shù)輸出回路路時間常常數(shù)可見，只只要算出出有電容容的回路路的時間間常數(shù)，，即可可計算由由該電容容所確定定的下限限角頻率率。當(dāng)輸入為為正弦信信號時：：放大器總的下限角頻率（見本章第3節(jié)分析）3522.低頻區(qū)頻頻率響應(yīng)應(yīng)分析例3－9：畫出低頻頻區(qū)的幅幅頻特性性和相頻頻特性。。解：根據(jù)原點點處零點點和一階階極點的漸漸近線波波特圖畫畫法，即可得到到低頻區(qū)區(qū)的幅頻頻特性和相頻頻特性性。3532.低頻區(qū)區(qū)頻率率響應(yīng)應(yīng)分析析例3-9：：低頻區(qū)區(qū)的幅幅頻特特性和和相頻頻特性性如下下圖所所示。。幅頻特特性相頻特特性3543.高頻區(qū)區(qū)頻率率響應(yīng)應(yīng)分析析特點：：考慮慮電容容的的作作用。。根據(jù)容抗的計算公式，，由于頻率ω升高，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。利用簡簡化的的混π模型畫畫出的的高頻頻區(qū)等等效電電路如如下:

為了簡化分析，將由和信號源構(gòu)成的電路做戴維南等效。3553.高頻區(qū)區(qū)頻率率響應(yīng)應(yīng)分析析高頻區(qū)區(qū)源電電壓放放大倍倍數(shù)：：當(dāng)輸入入為正正弦信信號時時式中：：輸入回回路時時間常常數(shù)為為3563.高頻區(qū)區(qū)頻率率響應(yīng)應(yīng)分析析例3－－10：畫出高高頻區(qū)區(qū)的幅幅頻特特性和和相頻頻特性性。解：3573.高頻區(qū)區(qū)頻率率響應(yīng)應(yīng)分析析例3-10：高頻區(qū)區(qū)的幅幅頻特特性和和相頻頻特性性如下下圖所所示。。幅頻特特性相頻特特性1.低低頻區(qū)區(qū)2.中中頻區(qū)區(qū)3.高高頻區(qū)區(qū)●幅頻頻特性性為一一條水水平線線●對于于共射射電路路，其其相頻頻特性性為-180度度的一一條水水平直直線3584.完整的的幅頻頻特性性和相相頻特特性曲曲線將三個個區(qū)域域的幅幅頻特特性和和相頻頻特性性曲線線組合合在一一起，，即可以得得到完完整的的幅頻頻特性性和相相頻特特性曲曲線.（1））幅頻頻特性性稱為下下限頻頻率稱為上上限頻頻率稱為通通頻帶帶在放大大信號號時，，通常常要求求通頻頻帶略略大于于信號帶帶寬，，以避避免使使輸出出信號號出現(xiàn)現(xiàn)幅度度失真真。3594.完整的的幅頻頻特性性和相相頻特特性曲曲線（2））相頻頻特性性以中頻頻區(qū)相相移為為參考考時，，低頻頻區(qū)相相位超超前中中頻區(qū)，，即附附加相相移為為正，，其值值為+90°；；而高高頻區(qū)區(qū)相位滯滯后中中頻區(qū)區(qū)，即即附加加相移移為負(fù)負(fù)，其其值為為-90°°。360計算機(jī)輔助助分析法WORKBENCH軟件對于具體的的放大電路路，可以利利用WORKBENCH仿真工具獲獲取放大器器的幅頻特特性和相頻頻特性波特特圖。例3－11：分析如如下放大電電路的幅頻頻和相頻特特性。361計算機(jī)輔助助分析法對于上圖的的放大電路路來說，其其仿真幅頻頻特性波特圖和和相頻特性性波特圖如如下所示。。3625.電容耦耦合共集放大電路電容耦合共共集放大電電路的頻率率特性要優(yōu)優(yōu)于共射放放大電路，，表現(xiàn)為其上上限頻率高高于共射放放大電路。。電路圖高頻等效電電路3635.電容耦耦合共集放放大電路電路特點：：①該電路沒沒有密勒倍倍增效應(yīng)；；電路的高頻頻特性，即即上限頻率率是由回路路的時間常常數(shù)決定的的，時間常常數(shù)越小，，則上限頻頻率越高。。共集放大電電路的電壓壓放大倍數(shù)近似為1。②折合到輸入端的電容遠(yuǎn)小于它本身，即輸入回路時常數(shù)很??；③若考慮負(fù)載電容的影響（包括輸出電容），則由于共集電路的很小，即輸出回路時間常數(shù)小，所以高頻特性好。3645.電容耦耦合共集放放大電路電路如下下圖所示示。設(shè)放放大器的的上限頻頻率由CL決定，Cb′c和Cb′e的影響可可忽略不不計。求求開關(guān)S分別接接A端和和B端時時的表達(dá)式。。例3-12：解:接到A端端時，CE組態(tài)態(tài)接到B端端時，CC組態(tài)態(tài)注意：當(dāng)，（與Rb無關(guān)）。顯然，在在考慮負(fù)負(fù)載電容容時，CC組態(tài)態(tài)的上限頻率要要高于CE組態(tài)態(tài)。3656.電容耦合合共基放大電路路電路圖高頻等效效電路3666.電容耦合合共基放放大電路路電路特點點：①若忽略的影響，則不存在密勒倍增效應(yīng)，其中，比共射接法小得多，且共基輸入電阻小，故輸入回路時間常數(shù)小；②若考慮負(fù)載電容的影響，則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數(shù)也相同，因此由負(fù)載電容所引起的上限頻率相同。3677.組合合電路相對于共共射放大大電路而而言，為為了展寬寬放大器器的通頻頻帶，可可以采用用組合電電路的方方式。主要有兩兩種方式式：共射射－共基基電路,共射－－共集電電路。（1）CE-CB電路路1.共基電路的輸入電阻很小，第一級密勒電容大大減小，從而使共射電路的上限頻率大大提高。2.兩級級級聯(lián)后后的上限限頻率取取決于第一一級共射射電路的的上限頻率。3687.組合合電路（2）CE-CC電路路適用于容容性負(fù)載載；對于容性負(fù)載的共射放大器的上限頻率很低，但如果容性負(fù)載作為共集放大器的負(fù)載，則由于其輸出電阻很小，的影響將大大減??；兩級級聯(lián)后的上限頻率取決于第一級共射電路(無）的上限頻率。3693.2.3晶晶體管管的高頻頻參數(shù)低頻時，，β是一個實實數(shù)，但但隨著頻頻率的升升高，β將是個復(fù)數(shù)，，并且β的模值會會隨頻率率的升高高而下降降。定義：當(dāng)β的模值下降到低頻數(shù)值的0.707倍時的頻率，稱為晶體管共射截止頻率，記為1.共射截止頻率根據(jù)定義義，需要要求出高高頻時β和頻率之之間的關(guān)關(guān)系式。。根據(jù)β的定義（（共射短短路電流流放大系系數(shù)），，其等效效電路如如下3701．共射射截止頻頻率由β的模值可可看出：：3712．特征征頻率定義：顯見，特特征頻率率遠(yuǎn)大于于共射截截止頻率率。3723．共基基截止頻頻率利用α和β的關(guān)系，可以得到為了保證證實際電電路在高高頻時仍仍有較大大的電流流放大系數(shù)，必必須選擇擇晶體管管的特征征頻率為為3733.2.4場場效應(yīng)管管放大器器的頻率率響應(yīng)1.場效效應(yīng)管的的高頻等效效電路：類似于晶體三三極管的高頻頻等效電路，，需要考慮場效效應(yīng)管極間電容的影影響。（1）JFET高頻等效電路路（2）MOSFET高頻等效電路路（3）MOSFET高頻等等效電路(襯源短路）374例3-13一JFET放放大器如下圖圖所示。已知知IDSS=8mA，UGS(off)=-4Vrds=20kΩ,Cgd=1.5pF,Cds=5.5pF，試計算Aum、fL以及fH，并畫出漸近近線波特圖。。3.2.4場場效應(yīng)管放放大器的頻率率響應(yīng)●計算下限頻率率需要低頻等效電路路，并找到有電容的回路路，計算該回回路的時間常常數(shù)；●計算上限頻率率需要高頻等效電路路，并找到有電容的回路路，計算該回回路的時間常常數(shù)。分析：●計算中頻電壓壓放大倍數(shù)需要求出跨導(dǎo)gm,因此需要做靜態(tài)分析；；3753.2.4場場效應(yīng)管放放大器的頻率率響應(yīng)解（1）靜態(tài)分析由JFET的的特性和電路路圖可得：（2）中頻電電壓放大倍數(shù)數(shù)3763.2.4場場效應(yīng)管放放大器的頻率率響應(yīng)（3）下限頻頻率低頻等效電路路有電容的回路路是輸出回路路，計算出該該回路的時間常常數(shù)，下限角頻率就就是時間常數(shù)的倒數(shù)數(shù)。

在低頻區(qū)，極間電容可看為開路，耦合電容不能再視為短路，必須予以考慮，但在本題中，→∞，因此只考慮。3773.2.4場場效應(yīng)管放放大器的頻率率響應(yīng)在高頻區(qū)等效電路中，，Cgd將輸出回路和和輸入回路連連在一起，增加了分析難難度，因此要要用密勒定理理對其進(jìn)行單單向化。（4）上限頻頻率由于輸入為恒壓源，所以輸入回路的時間常數(shù)為零，即對高頻特性沒有影響，故只考慮輸出回路時間常數(shù)。3783.2.4場場效應(yīng)管放放大器的頻率率響應(yīng)（5）幅頻特特性和相頻特特性曲線3793.3多級級放大器的頻頻率響應(yīng)3.3.1幅幅頻特性和和相頻特性3.3.2多多級放大器器的通頻帶3803.3.1幅幅頻特性和相相頻特性（1）多級放放大器框圖（2）多級放放大器幅頻特特性多級放大器的的放大倍數(shù)是是各級放大倍倍數(shù)的乘積所以，其幅頻頻特性為：3813.3.1幅幅頻特性和相相頻特性（3）多級放放大器相頻特特性結(jié)論：根據(jù)幅頻特性性和相頻特性性的表達(dá)式，，可以看出在在繪制多級放大器的的幅頻特性和和相頻特性曲曲線時，只需要將各級級的特性曲線在同一坐坐標(biāo)系下疊加加即可。（4）定性分分析例3-14：：將兩個具有有同樣特性的的放大電路串串連起來，繪繪制其幅頻特特性和相頻特特性。由圖看出，疊疊加后兩級放大器的的下限頻率fL提高了，而上上限頻率fH下降了，導(dǎo)致致通頻帶fBW變窄了。3823.3.2.多級放大器器的通頻帶設(shè)放大器的低頻電壓增益函數(shù)數(shù)與中頻電壓壓放大倍數(shù)之之比的表達(dá)式式為：對于正弦輸入入：3833.2.2.多級放大器的的通頻帶設(shè)放大器的高高頻增益函數(shù)數(shù)與中頻電壓壓放大倍數(shù)之之比為：384例3-15：：一多級放大器器的電壓增益益函數(shù)為求：中頻電壓壓增益、上限限頻率fH和下限頻率fL。解：Au(s)都趨于零，這說明Au(s)是一個全頻段增益函數(shù)表達(dá)式，在低頻段有兩個極點(-10,-100)，兩個零點(0,-2)；在高頻區(qū)有兩個極點，令

將Au(s)表達(dá)式中s從低頻因子(s+2)、(s+10)、(s+100)中提出；將常數(shù)從高頻因子中提出，于是得385386顯然，中頻電電壓增益由以上分析可可知，對于中中頻電壓增益益實際上是把把低頻零點和極點以及及高頻極點的的影響統(tǒng)統(tǒng)忽忽略不計，即即3873.4放大大器的階躍響響應(yīng)3.4.1階階躍響應(yīng)的的指標(biāo)3.4.2單單級放大器器的階躍響應(yīng)應(yīng)3.4.3多多級放大器器的階躍響應(yīng)應(yīng)3883.4.1階躍響應(yīng)的指指標(biāo)1.預(yù)備知識識頻域法：以正弦輸入信信號的頻率作作為自變量，，通過電路對對不同頻率的響響應(yīng)，來評價價放大器的線線性失真。該方法又稱為為穩(wěn)態(tài)響應(yīng)優(yōu)點：分析簡簡單缺點：不能直直觀地確定放放大器的波形形失真。時域法：以階躍信號作作為放大器的的輸入信號，，分析輸出信信號波形隨時間變變化的情況。。該方法又稱為為瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)點：可以直直觀地判斷放放大器放大階階躍信號的失失真。缺點：分析復(fù)復(fù)雜。3892.階躍響應(yīng)（1）單位階階躍電壓表達(dá)式：波形圖：信號特點：既既有突變部分分又有不變的的部分。（2）輸出響響應(yīng)當(dāng)電路中存在在惰性元件時，輸出電壓壓跟不上輸入入信號的變化化。3903.階躍響應(yīng)的指指標(biāo)（1）上升時時間tr輸出電壓從0.1U上升升到0.9U的時間，U為上升的穩(wěn)穩(wěn)定值。（2）相對平平頂降落δ（3）超調(diào)量量在指定時間tp內(nèi)，輸出電壓壓U(tp)比上升的穩(wěn)定值值U下降的百百分比。輸出電壓上升升的瞬態(tài)過程程中，超出U的部分，用用百分比表示。3913.4.2單級放大器的的階躍響應(yīng)1.上上升時時間和和上限限頻率率的關(guān)關(guān)系上升過過程發(fā)發(fā)生在在輸入入信號號突變變時，，因此此上升時時間與與上限限頻率率有關(guān)關(guān)。單級放放大器器的高高頻響響應(yīng)：：輸入信信號：：令：結(jié)論：：上升時時間與與上限限頻率率成反反比，，即fH越高，，上升升響應(yīng)應(yīng)越快快。3922.相對平平頂降降落δ與下限限頻率率的的關(guān)關(guān)系是指放放大器器在輸輸入信信號突突變到到某固固定值值以后輸輸出電電壓的的穩(wěn)定定過程程，所所以和下限限頻率有有關(guān)。。單級放大大器的的低頻響響應(yīng)：輸入信信號：：令：δ與下限頻率成正比，即越低，δ就越小。3933.4.3.多級放放大器器的階階躍響響應(yīng)2.相相對平平頂降降落設(shè)各級級放大大器的的高頻頻電壓壓增益益相同同，則則1.多多級放放大器器的上上升時時間若各級級具有有不同同的高高頻極極點頻頻率，，則當(dāng)各級級放大大器的的低頻頻增益益相同同時當(dāng)各級級放大大器的的低頻頻增益益不同同時思路:線性失失真分分兩類類:幅度失失真相位失失真在幅頻頻特性性中得得到反反映在相頻頻特性性中得得到反反映對放大大器的的線性性失真真分析析就轉(zhuǎn)化化成對放大大器的的頻率率響應(yīng)分分析幅頻響響應(yīng)相頻響響應(yīng)可以反反映幅幅度失失真可以反反映相相位失失真兩者都都可轉(zhuǎn)化成成對零極點點因子子的幅頻頻特性性和相相頻特特性分分析和和疊加,從而而得到到整個放大器器的頻頻率響響應(yīng).用波特特圖表表示對應(yīng)關(guān)關(guān)系系１．線線性失失真及及其分分析方方法本章小小結(jié)一階零零點一階極極點原點處處的零零點原點處處的極極點２．兩兩對基本因因子的幅頻頻特性性和相相頻特特性的的波特圖圖波特圖橫坐標(biāo):頻率用對數(shù)刻度.優(yōu)點:把一個較大的頻率范圍用一個相對較小的坐標(biāo)范圍來描述縱坐標(biāo):幅度-----用dB表示相位------用度表示理解波波特圖圖的畫畫法.忽略發(fā)射區(qū)區(qū)和集電電區(qū)體體電阻利用密勒定理將等效到輸入和輸出端忽略簡化簡化的的混合合π型型等效效電路路３．三極管管的高頻混混合π型等效效電路路3734.