第四章 多級放大器及頻率響應(yīng)

多級放大器多級放大電路的放大倍數(shù)：單管放大電路的局限：級間耦合的條件：把前級的輸出信號盡可能多地傳給后級，同時要保證前后級晶體管均處于放大狀態(tài)，實現(xiàn)不失真的放大。（1）放大倍數(shù)不足夠大。（2）從Ri、Ro、Au、Ai這四個指標(biāo)衡量，沒有一個是完美的！解決的辦法：把他們組合起來，形成多級放大器。多級放大原理（1）輸入級：一般要求輸入阻抗盡量高，溫漂盡量小。（2）輸處級：一般要求輸出阻抗盡量低。（3）中間級：一般要求電壓增益大。多級放大器的耦合方式耦合：把有用信號從前級傳給后級的過程。（1）直接耦合：直接連接，可傳遞交、直流信號。耦合方式：

（2）阻容耦合：通過電容器連接，可傳遞交流信號，隔斷直流。避免出現(xiàn)級間的靜態(tài)影響。

（3）變壓器耦合：通過變壓器連接，可良好地傳遞交流信號，隔斷直流。避免出現(xiàn)級間的靜態(tài)影響。但成本高、體積大、沉重、浪費資源。耦合電路的簡化形式(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)變壓器耦合Ro1Uo1CRi2Ui2阻容耦合放大電路

各級之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接。優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點互不影響，可以單獨調(diào)整到合適位置；且不存在零點漂移問題。缺點：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。阻容耦合放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級單獨計算。（2）動態(tài)分析①總的電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。注意：計算前級的電壓放大倍數(shù)時必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負(fù)載電阻之中。如計算第一級的電壓放大倍數(shù)時，其負(fù)載電阻就是第二級的輸入電阻。②輸入電阻就是第一級的輸入電阻。③輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。中頻微變等效電路：課堂演練Rsus+－+ui－RDC1C2RG1RG2CSRL+uo－+UCCC3V2RB21RB22RSRE2+uo1－++++

電路如下圖，請畫出該電路的中頻微變等效電路圖，并進(jìn)行動態(tài)分析。NPN+PNP組合電平移動直接耦合放大電路

級間采用NPN管和PNP管搭配的方式，如圖所示。由于NPN管集電極電位高于基極電位，PNP管集電極電位低于基極電位，它們的組合使用可避免集電極電位的逐級升高。NPN和PNP管組合例：2級直接耦合放大器如下圖，1=2==100，VBE1=VBE2=0.7V，請計算靜態(tài)工作點，并進(jìn)行動態(tài)分析。（1）求靜態(tài)工作點（2）動態(tài)分析Ri=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55kRo=RC2

=4.3k放大電路的頻率特性[問題提出]

前面所講述的均以單一頻率的正弦信號來研究，事實上信號的頻率變化比較寬（例如聲音信號、圖象信號），對一個放大器，當(dāng)Ui一定時，f變化Uo變化，即Au=Uo/Ui

變化，換句話說：Au與f有關(guān)。

頻率響應(yīng)：指放大器對不同頻率的正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。其表示方法：其中Av(f)為幅頻響應(yīng)、Φ(f)為相頻響應(yīng)。

RC電路的頻率響應(yīng)一、RC低通電路RC低通電路如右圖1所示。RC低通電路其電壓放大倍數(shù)(傳遞函數(shù))為：

式中wt011==RCvA&的模、上限截止頻率和相角分別為：

由以上公式可做出如下圖所示的RC低通電路的近似頻率特性曲線：RC低通電路的頻率特性曲線

當(dāng)時，相頻特性將滯后45°，并具有

-45/dec的斜率。在0.1和10處與實際的相頻特性有最大的誤差，其值分別為+5.7°和－5.7°。

這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。

幅頻特性的X軸和Y軸都是采用對數(shù)坐標(biāo),稱為上限截止頻率。當(dāng)時，幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降，或?qū)懗?20dB/dec。在處的誤差最大，有－3dB。

其傳遞函數(shù)為：式中 下限截止頻率、模和相角分別為二、RC高通電路RC高通電路的近似頻率特性曲線：高通電路的近似頻率特性曲線混合π型高頻小信號模型

混合π型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的，三極管的物理結(jié)構(gòu)如下圖所示。rb'e---發(fā)射結(jié)電阻

---發(fā)射結(jié)電容，也用C這一符號---集電結(jié)電阻---集電結(jié)電容，也用C這一符號

rbb'---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。

雙極型三極管物理模型rb’e

根據(jù)這一物理模型可以畫出混合π型高頻小信號模型，如下圖所示。混合π型小信號模型電路用代替

在π型小信號模型中，因存在Cb’c

和rb’c,對求解不便，可通過單向化處理加以變換。首先因rb’c很大，可以忽略，只剩下Cb’c?？梢杂幂斎雮?cè)的C’輸出側(cè)的C’’兩個電容去分別代替Cb’c

，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變，如下圖所示。單向化混合π型小信號模型的單向化近似計算時,取中頻時的值。簡化的混π參數(shù)等效模型Cπ’因為rb’c和rce的阻值都很大，所以可忽略；因為Cμ’’

的值很小，所以可一般也忽略不計；電流放大系數(shù)β的頻響

從物理概念可以解釋隨著頻率的增高,β將下降。因為

等效電路

是指在VCE一定的條件下,在等效電路中可將CE間交流短路，于是可作出右圖的等效電路。e'

bmc'

be

b'e

b'mcμπe

b'e

b'b)](+)/1[(VgCjVVgICCjrVI&&&&&&?-=+=ww由此可做出β的幅頻特性和相頻特性曲線，如下圖所示：當(dāng)β=1時對應(yīng)的頻率稱為特征頻率fT，且有fT≈β0f

當(dāng)20lgβ下降3dB時,頻率f稱為共發(fā)射極接法的截止頻率當(dāng)f=fT時,有：因fT>>f,所以,fT≈β0

f共發(fā)射極接法放大電路的頻率特性共發(fā)射極接法基本放大電路全頻段微變等效電路

對于如圖所示的共發(fā)射極接法的基本放大電路，分析其頻率響應(yīng)，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號模型，然后分低、中、高三個頻段加以研究。中頻段分析中頻段微變等效電路高頻段分析低頻段分析C1、C2被保留，Ce較大視為短路,C‘較小視為開路。L1=(R'b//rbe)C1

L2=(Rc+RL)C2通過比較確定下限截止頻率發(fā)生在輸入回路還是輸出回路!如果發(fā)生在輸入回路則C2可視為短路，反之亦然。全頻段的頻率響應(yīng)o幅頻特性請同學(xué)自己畫出相頻特性曲線頻率響應(yīng)的改善和“增益帶寬積”頻率響應(yīng)的改善主要是通頻帶變寬，即是高頻時性能的改善。1、通頻帶,要使BW加寬有兩種方法:

（1）fL下降（即是使耦合電容C所在回路的時間常數(shù)取值大）亦是R或C增大，改善有限。（2）fH增大就會使Au下降。2、可見，對于單管放大器，其“增益帶寬積”是由管子結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的“常數(shù)”！多級放大器的頻率響應(yīng)一、多級放大器頻響的一般形式幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：二、多級放大器頻響的特點多級放大器串聯(lián)起來后，電壓增益提高了，但通頻帶變窄了。場效應(yīng)管的高頻等效模型場效應(yīng)管的主要參數(shù)

參數(shù)管子類型gm(mS)rds(Ω)rgs(Ω)Cgs(pF)Cgd(pF)Cds(pF)結(jié)型0.1~10105>1071~101~100.1~10絕緣柵型0.1~20104>1091~101~