第7章頻率響應(yīng)

7.1

頻率響應(yīng)的基本概念本章重點(diǎn)：討論電路的頻率響應(yīng)與哪些因素有關(guān)，從而得到設(shè)計(jì)寬頻帶放大器的一些指導(dǎo)原則。頻率響應(yīng)也稱為“頻率特性”，是放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。它描述的是放大器對(duì)于不同頻率電信號(hào)放大率的均勻度。由于實(shí)際的放大器中存在電抗元件（BJT的極間電容、電路的負(fù)載電容、分布電容、引線電感等），使得放大器對(duì)不同頻率信號(hào)分量的放大倍數(shù)和延遲時(shí)間不同，由此產(chǎn)生的信號(hào)失真稱為頻率失真。一般地，實(shí)際信號(hào)（如音頻、視頻、生物電信號(hào)等），都不是單頻信號(hào)，而是由許多不同相位、不同頻率分量組成的復(fù)雜信號(hào)，占有一定的頻譜。7.1.1

頻率失真(a)信號(hào)(b)振幅頻率失真(c)相位頻率失真振幅頻率失真（幅頻失真）：放大倍數(shù)隨頻率變化而引起的失真相位頻率失真（相頻失真）：延遲時(shí)間隨頻率變化而引起的失真以上兩種失真均由電路中的線性電抗元件（電阻、電容和電感）引起，統(tǒng)稱為線性失真。當(dāng)信號(hào)通過(guò)放大電路時(shí),其頻率成分不變,但各頻率分量的振幅及相位會(huì)發(fā)生變化.2、線性失真與非線性失真線性失真與非線性失真的相同點(diǎn)：輸出信號(hào)產(chǎn)生畸變。線性失真與非線性失真的不同點(diǎn)：起因和結(jié)果均不同。起因不同線性失真：是由電路中的線性電抗元件引起的。非線性失真：是由電路中的非線性元件（BJT或FET的特性曲線的非線性等）引起的。結(jié)果不同線性失真：只會(huì)使信號(hào)中各頻率分量的比例關(guān)系和時(shí)間關(guān)系發(fā)生變化，不產(chǎn)生輸入信號(hào)中沒(méi)有的新的頻率分量。非線性失真：會(huì)產(chǎn)生輸入信號(hào)中沒(méi)有的新的頻率分量。7.1.2實(shí)際的頻率響應(yīng)及通頻帶的定義阻容耦合放大器的實(shí)際幅頻特性集成運(yùn)放的實(shí)際幅頻特性耦合電容和旁路電容使低頻段放大倍數(shù)下降BJT的極間電容和電路的負(fù)載電容、分布電容等使高頻段放大倍數(shù)下降集成運(yùn)放是高增益的直接耦合放大器，平坦部分可延伸到零。中頻區(qū)增益AuI與通頻帶BW是放大器的兩個(gè)重要指標(biāo)（彼此矛盾），還可用增益頻帶積來(lái)表征放大器性能通常希望放大器具有盡可能大的增益頻帶積通頻帶的選擇，要由信號(hào)的頻譜來(lái)決定，對(duì)給定的信號(hào)，通頻帶過(guò)寬不僅無(wú)必要，還會(huì)竄入不必要的干擾和噪聲。7.2BJT的高頻小信號(hào)模型與頻率參數(shù)1.BJT的高頻等效電路BJT的高頻小信號(hào)混合π型等效電路2.BJT的高頻參數(shù)①共射短路電流放大系數(shù)β(jω)及其上限頻率fβ由于Cb’e的影響，β將是頻率的函數(shù)β(jω)的上限頻率定義：|β(jω)|下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，即|β(jfT)|=1②特征頻率fTCb’c很小，忽略其對(duì)基極電流的分流作用7.3

運(yùn)用快速估算法分析頻率響應(yīng)的預(yù)備知識(shí)多電容電路中頻段等效電路中頻增益與頻率無(wú)關(guān)C1：耦合電容，約幾十個(gè)μF。C2：負(fù)載電容，約幾~幾百pF。高頻段等效電路高頻時(shí)常數(shù)上限角頻率隨著頻率的升高，增益|Au(jω)|下降，輸出電壓|Uo(j

ω)|下降。低頻段等效電路下限角頻率低頻時(shí)常數(shù)隨著頻率的下降，增益|Au(jω)|下降，輸出電壓|Uo(j

ω)|下降。238頁(yè)圖7.3.291頁(yè)圖3.10.1(a)7.4

單級(jí)共射放大器的高頻響應(yīng)分析2.

Miller定理和高頻等效電路的單向化模型1.

共射放大器的高頻小信號(hào)等效電路Miller定理給出了網(wǎng)絡(luò)的一種等效變換關(guān)系，它可以將跨接在網(wǎng)絡(luò)輸入端與輸出端之間的阻抗分別等效為并接在輸入端與輸出端的阻抗。網(wǎng)絡(luò)N的電壓增益Miller等效后的單向化等效電路單向化模型進(jìn)一步的簡(jiǎn)化等效電路3.

高頻增益表達(dá)式與上限頻率附加相移幅頻特性相頻特性（7.4.11）（3.10.25）4.頻率特性的波特圖近似表示法371頁(yè)對(duì)數(shù)坐標(biāo)系視野開(kāi)闊。上限頻率處，BODE圖與實(shí)際幅頻特性有-3dB的誤差。5、負(fù)載電容和分布電容對(duì)高頻響應(yīng)的影響

由極間電容引入的上限角頻率輸入回路時(shí)常數(shù)的倒數(shù)由負(fù)載電容和分布電容引入的上限角頻率輸出回路時(shí)常數(shù)的倒數(shù)總的上限角頻率6、結(jié)果討論（寬帶放大器設(shè)計(jì)依據(jù)）

[例7.4.1]某運(yùn)算放大器由三級(jí)組成，其中相位補(bǔ)償電容C跨接在第二級(jí)的輸入和輸出端之間，第一級(jí)上限頻率fH1最低，是主極點(diǎn)，求fH1.7.5共集電路的高頻特性一、Cb′c的影響：因CC電路C極直接連接到電源，故Cb′c相當(dāng)于接在b′和地之間，不存在CE電路中的密勒倍增效應(yīng)。因Cb′c很小(零點(diǎn)幾～幾pF)，只要Rs及rbb′較小，Cb′c對(duì)高頻響應(yīng)的影響就很小。

二、Cb′e的影響：這是一個(gè)跨接在輸入端與輸出端的電容，利用Miller定理將其等效到輸入端。三、CL的影響只要源電阻Rs較小，工作點(diǎn)電流ICQ較大，則Ro可以做到很小，進(jìn)而時(shí)常數(shù)RoCL很小，fH2很高。所以，CC電路有很強(qiáng)的承受容性負(fù)載的能力。結(jié)論：①CC電路的高頻響應(yīng)很好。所以，在多級(jí)放大器中，總體高頻響應(yīng)將主要取決于CE電路。

②CC電路的插入，有利于CE電路高頻響應(yīng)的改善，有利于總體fH的提高。7.6

共基電路的高頻響應(yīng)一、Cb′e的影響：若忽略rbb′的影響，則Cb′e直接接于輸入端，輸入電容Ci=Cb′e

，不存在Miller倍增效應(yīng)，且與Cb′c無(wú)關(guān)。所以，CB電路的輸入電容比CE電路的小得多。同時(shí)，CB電路的輸入電阻Ri≈re≈26mV/ICQ，也非常小，因此，CB電路輸入回路的時(shí)常數(shù)很小，fH1很高。

若忽略rbb′的影響，則Cb′c直接接到輸出端，也不存在Miller倍增效應(yīng)。輸出端總電容為Cb′c+CL。此時(shí)，輸出回路時(shí)常數(shù)為Ro′

(Cb′c+CL)，輸出回路決定的fH2為二、C

b′c及CL的影響若Ro′和CL較大，則fH2較低。說(shuō)明CB與CE一樣，承受容性負(fù)載的能力較差。三、CE-CB級(jí)聯(lián)放大器的高頻響應(yīng)CB電路的輸入阻抗將作為CE電路的集電極負(fù)載，由于CB電路輸入阻抗Ri2很小，因此，CE電路的Cb′c的Miller倍增電容CM=Cb′c(1+gmRi2)將很小，從而使CE電路的輸入電容Ci減小，最終提高CE電路的上限頻率。（展寬頻帶）CE-CB差分寬帶集成放大器電路(CA3040)7.7場(chǎng)效應(yīng)管放大器的高頻響應(yīng)7.8放大器的低頻響應(yīng)阻容耦合共射放大器電路C1對(duì)低頻響應(yīng)影響的等效電路C2對(duì)低頻響應(yīng)影響的等效電路一、C1對(duì)低頻特性的影響|Au(jω)|0.707|AuIs||AuIs|＋45°0ωωL＋45°0ωωL＋90°(a)(b)圖5–24阻容耦合放大器C1引入的低頻響應(yīng)

二、C2對(duì)低頻特性的影響略，251頁(yè)或92頁(yè)。三、CE對(duì)低頻特性的影響7.9多級(jí)放大器的頻率響應(yīng)第二，總上限頻率fH低于任何一級(jí)的上限頻率；總下限頻率fL高于任何一級(jí)的下限頻率；總放大倍數(shù)增大了，總的BW=(fH-fL)減小了。第三，設(shè)計(jì)多級(jí)放大器時(shí)，必須保證