第5章放大器的頻率響應(yīng)

第5章放大器的頻率響應(yīng)授課與課件執(zhí)筆劉布民2008年9月劉布民一、放大器頻率響應(yīng)的概念及描述

1.掌握產(chǎn)生頻率響應(yīng)的原因；

2.理解放大器頻率特性函數(shù)，掌握fL、fH、BW的定義；

3.理解幅頻特性和相頻特性函數(shù)；

4.了解頻率失真（幅頻失真、相頻失真）及其與非線性失真的區(qū)別；

5.了解對數(shù)頻率特性曲線波特圖的概念。理解放大器的增益函數(shù)、零、極點。二、掌握放大器的低、高頻截止頻率的估算

1.用短路時間常數(shù)法估算fL

；

2.用開路時間常數(shù)法估算fH。劉布民§5.1頻率響應(yīng)基本概念放大器的頻率響應(yīng)是輸出信號（如輸出電壓）隨輸入信號變化的響應(yīng)，這種響應(yīng)通常指輸出信號振幅和它相對于輸入信號的相移隨輸入信號頻率的變化。放大器的頻率響應(yīng)實質(zhì)就是放大器對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，用表示。

劉布民一、產(chǎn)生頻率響應(yīng)的原因

放大電路存在耦合電容、旁路電（大電容）和發(fā)射結(jié)電容、集電結(jié)電容（小電容），容抗與頻率有關(guān)，故輸出電壓的大小與頻率有關(guān)。劉布民二、放大電路的頻率響應(yīng)特性1.放大電路的低頻段頻率響應(yīng)在CE電路中耦合電容C1，C2一般取值為幾十，頻率較高時容抗Xc較小，交流通路可以視為短路。但是當頻率較低時Xc對電路的頻率響應(yīng)造成影響。劉布民電路頻率較低時，交流通路的耦合電容及旁路電容不能視為短路。輸入電壓不變時，隨著工作頻率的降低，會造成輸出電壓的減少，電路放大倍數(shù)減小。劉布民2.放大電路的高頻段頻率響應(yīng)由于BJT存在PN結(jié)間電容，其容量很小，頻率低的時候不起作用。但當頻率高時，會造成放大器輸入端趨于短路。使放大增益大大降低。劉布民3.放大電路的中頻段頻率響應(yīng)放大器工作在中頻段，耦合電容和旁路電容（大電容）對交流信號短路，而結(jié)間電容（小電容）對交流信號開路。因此在中頻段放大器的小信號模型實際是一個阻型網(wǎng)絡(luò)，因此其增益是與頻率無關(guān)的常數(shù)。劉布民§5.2頻率響應(yīng)指標和頻率失真一、中頻電壓增益

CE電路：劉布民二、放大器頻率特性函數(shù)的數(shù)學(xué)描述表示輸出信號和輸入信號振幅之比，它反映了增益的幅度與頻率之間的關(guān)系，稱為增益的幅頻特性。表示輸出信號和輸入信號相位差，它反映了增益的相位與頻率之間的關(guān)系，稱為增益的相頻特性。劉布民三.放大器頻率特性函數(shù)下限截止頻率：上限截止頻率：通頻帶：劉布民工程上規(guī)定：當信號頻率降低或升高到使得增益下降到中頻段增益的倍或0.707倍時所對應(yīng)的頻率，分別稱為低端截止頻率和高端截止頻率。在和之間的頻率范圍（中頻區(qū)，增益和頻率無關(guān)）成為放大器的通頻帶用表示，即通頻帶＝－。

在直接耦合放大器中，由于電路沒有“大電容”，故其頻率特性的低頻截止頻率＝0，故其通頻帶＝。劉布民四.放大器的頻率失真信號可以分解為許多不同頻率的正弦分量，因此，應(yīng)將放大器的任意輸入信號看成時具有一定頻帶的信號。如果放大器對輸入信號不同頻率分量的增益不同，輸出波形就會畸變，這種輸出失真叫幅頻失真。如果放大器對輸入信號不同頻率分量的相移不同，輸出波形也就會畸變，這種輸出失真叫相頻失真。

劉布民幅頻失真和相頻失真統(tǒng)稱為頻率失真；頻率失真是線性失真。頻率失真（線性失真）：幅頻失真相頻失真劉布民線性失真（頻率失真）和非線性失真（削波失真）區(qū)別：

1.頻率失真是輸入信號的頻帶超過放大器的通頻帶所產(chǎn)生的失真；非線性失真是輸出超過晶體管放大區(qū)所產(chǎn)生的失真。

2.頻率失真時，輸出波形中不會出現(xiàn)輸入信號中所沒有的新的頻率分量；非線性失真時，輸入波形中一定出現(xiàn)輸入信號中沒有的新的頻率分量。劉布民§5.3放大器的頻率響應(yīng)一.放大器的增益函數(shù)極點零點分子有理多項式的根（i=1~m）使得＝0，因此稱為零點。分母有理多項式的根（j=1~n）使得為無窮大，因此稱為極點。劉布民二.放大器的增益函數(shù)的特點

1.物理可實現(xiàn)放大器增益函數(shù)的零點數(shù)m必然小于或等于極點數(shù)n；

2.放大器是穩(wěn)定系統(tǒng)，增益函數(shù)的所有極點都位于s平面的左半平面；

3.增益函數(shù)的極點數(shù)目等于電路中獨立電抗的數(shù)目。劉布民三、放大器頻率響應(yīng)兩種分析方法1、增益函數(shù)法；2、時間常數(shù)法1.低通濾波器（LPF）增益函數(shù)法---電路頻率響應(yīng)分析方法（一）劉布民劉布民劉布民劉布民劉布民劉布民劉布民時間常數(shù)法----電路頻率響應(yīng)分析方法（二）1、時間常數(shù)法目的：完成放大器的低、高截止頻率的估算〖1〗用短路時間常數(shù)法估算低頻截止頻率fL【1】增益函數(shù)存在主極點的多極點工程修正式:劉布民【2】增益函數(shù)不存在主極點的多極點工程修正式

:【3】增益函數(shù)單極點計算公式:劉布民〖2〗用開路時間常數(shù)法估算高頻截止頻率

fH【1】

增益函數(shù)多極點、單級CE放大器或單級FET的

CS放大器fH

計算式

:【2】增益函數(shù)多極點工程修正式

:劉布民【3】增益函數(shù)單極點條件下計算公式

:劉布民例2.單級CE放大器如下圖所示，試估算出該放大器低頻源電壓增益的低頻截止頻率。CE放大器電路圖解題方法及其步驟：低頻交流通路圖（2）繪制低頻交流通路圖（1）繪制直流通路圖[略]劉布民（3）繪制低頻微變等效模型圖。低頻微變等效模型圖（4）確定獨立電容數(shù)目=3。獨立電容是：C1、C2、CE（5）用短路法求短路時間常數(shù)（6）求下限截止頻率fL

。短路法：僅保留一個獨立電容，

其它電容被短路。解：（1）繪制直流通路圖[略]（2）繪制低頻交流通路圖[略]劉布民（3）繪制低頻微變等效模型圖。（4）確定獨立電容數(shù)目=3。獨立電容是：C1、C2、CE（5）求時間常數(shù)τjs○求τ1S◎繪制微變等效模型低頻微變等效模型圖劉布民劉布民○求τ2S劉布民劉布民○求τ3S共基極放大器的頻率響應(yīng)分析1、CB放大器電路結(jié)構(gòu)圖2、CB直流通路圖劉布民3、求下限截止頻率發(fā)fL----〖1〗CB低頻段交流通路圖劉布民劉布民〖2〗判定獨立電容數(shù)：3個?！喽搪窌r間常數(shù)有三個?！?〗求時間常數(shù)τ1s劉布民〖4〗求時間常數(shù)τ2s劉布民劉布民〖5〗求時間常數(shù)τBs劉布民劉布民〖6〗求下限截止頻率fL

4、求上限截止頻率發(fā)fH〖1〗CB高頻段交流通路圖劉布民劉布民〖2〗判定獨立電容數(shù)：2個。∴開路時間常數(shù)有2個。劉布民〖3〗求開路時間常數(shù)τb’eo劉布民劉布民〖4〗求開路時間常數(shù)τb’co劉布民〖5〗求上限截止頻率fH

四、放大器三種組態(tài)的頻率響應(yīng)特征1、通頻帶BW的比較：CC>CB>CE2、相頻特性比較：劉布民補充習(xí)題:請啟用CB電路頻率響應(yīng)分析方法寫出

CC放大器的fL、fH

的解析式。劉布民五.增益函數(shù)的特例---增益和函數(shù)中的時間常數(shù)

1.電路只含有兩個耦合電容和一個旁路電容。表征的響應(yīng)是高通特性；ωL3

為低端截止頻率。劉布民

2.電路只含有兩個極間電容表征的