模擬電子技術課程(第三章)

1、 第三章 放大電路頻率特性模擬電子技術模擬電子技術第三章 放大電路的頻率特性 3.1 頻率特性的一般概念 3.2 三極管的頻率參數(shù)（不做要求）（不做要求） 3.3 共射極放大電路的頻率特性（不做要求）（不做要求） 3.4 多級放大電路的頻率特性 放大電路的頻率特性是指放大電路對不同頻率輸放大電路的頻率特性是指放大電路對不同頻率輸入信號的響應特性，是放大器的一個重要性能指標入信號的響應特性，是放大器的一個重要性能指標第三章 放大電路的頻率特性 基本概念 分析計算方面 頻率特性（幅頻和相頻特性）的意義頻率特性（幅頻和相頻特性）的意義三極管的頻率參數(shù)（上、下限截止頻率和通頻帶）三極管的頻率參數(shù)（上、

2、下限截止頻率和通頻帶）三極管頻率特性（波特圖）的繪制三極管頻率特性（波特圖）的繪制多級放大電路頻率參數(shù)（放大倍數(shù)、截止頻率）的估算多級放大電路頻率參數(shù)（放大倍數(shù)、截止頻率）的估算3.1.1 頻率特性的概念3.1 頻率特性的一般概念 由于三極管本身具有電容效應，在放大電路中由于三極管本身具有電容效應，在放大電路中也存在耦合電容、旁路電容等電抗元件。這使得也存在耦合電容、旁路電容等電抗元件。這使得放大電路對于不同頻率的輸入信號，其放大倍數(shù)放大電路對于不同頻率的輸入信號，其放大倍數(shù)和相位移均不同。其中，和相位移均不同。其中，放大倍數(shù)與頻率的關系放大倍數(shù)與頻率的關系稱為幅頻特性，相位與頻率的關系稱為相

3、頻特性，稱為幅頻特性，相位與頻率的關系稱為相頻特性，總體稱之為放大電路的頻率特性（或頻率響應）?？傮w稱之為放大電路的頻率特性（或頻率響應）。頻率特性產(chǎn)生的物理原因耦合電容耦合電容 C1 C2 ： 影響放大器的低頻特性影響放大器的低頻特性Rb+UCCRcC1C2T三極管結電容三極管結電容 C C ： 影響放大器的高頻特性影響放大器的高頻特性集電結集電結電容電容發(fā)射結發(fā)射結電容電容3.1.2 線性失真3.1 頻率特性的一般概念 當輸入信號含有多種頻率成分時，由于放大電當輸入信號含有多種頻率成分時，由于放大電路的頻率響應特性，對不同的頻率成分，其放大路的頻率響應特性，對不同的頻率成分，其放大倍數(shù)和相

4、位移均不同，從而導致輸出波形失真，倍數(shù)和相位移均不同，從而導致輸出波形失真，我們稱之為我們稱之為線性失真線性失真。)(VA0nnnnnotSinu)(V0nnnitSinu輸入信號：輸入信號：輸出信號：輸出信號：相頻失真相頻失真：對不同頻率：對不同頻率信號相位移信號相位移( (延遲時間延遲時間) )的不同所產(chǎn)生的失真的不同所產(chǎn)生的失真相頻失真輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號例：例：假定輸入信號由基波和假定輸入信號由基波和二次諧波組成，放大電路對二次諧波組成，放大電路對基波不產(chǎn)生相位移，對二次基波不產(chǎn)生相位移，對二次諧波產(chǎn)生的相位移為諧波產(chǎn)生的相位移為90度，度，則產(chǎn)生的失真波形如圖所示則產(chǎn)生的

5、失真波形如圖所示幅頻失真幅頻失真：對不同頻率：對不同頻率信號放大倍數(shù)的不同所信號放大倍數(shù)的不同所產(chǎn)生的失真產(chǎn)生的失真幅頻失真輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號例：例：假定輸入信號由基波和假定輸入信號由基波和二次諧波組成，放大電路對二次諧波組成，放大電路對基波的放大倍數(shù)為基波的放大倍數(shù)為 1 ，對二，對二次諧波的放大倍數(shù)為次諧波的放大倍數(shù)為0 . 5 ，則產(chǎn)生的失真波形如圖所示則產(chǎn)生的失真波形如圖所示線性失真線性失真由電容效應引起，在輸入為多頻率成分時產(chǎn)生。由電容效應引起，在輸入為多頻率成分時產(chǎn)生。對單一頻率成分不產(chǎn)生失真對單一頻率成分不產(chǎn)生失真，也不產(chǎn)生新的頻也不產(chǎn)生新的頻率成分率成分非線性失真

6、非線性失真 由三級管的非線性特性引起，對所有頻率成分由三級管的非線性特性引起，對所有頻率成分產(chǎn)生失真產(chǎn)生失真，會產(chǎn)生新的頻率成分會產(chǎn)生新的頻率成分線性失真與非線性失真3.1.3 頻率響應的描述方法（波特圖）3.1 頻率特性的一般概念 在分析頻率響應時，通常要繪制頻率特性曲線在分析頻率響應時，通常要繪制頻率特性曲線圖，我們稱之為波特圖。圖，我們稱之為波特圖。 由幅頻關系圖和相頻關系圖組成由幅頻關系圖和相頻關系圖組成 橫坐標即頻率軸的坐標采用橫坐標即頻率軸的坐標采用lg f 在幅頻特性中，縱坐標即放大倍數(shù)軸采在幅頻特性中，縱坐標即放大倍數(shù)軸采 用用Gu=20lg|Aus|表示，單位為分貝（表示，單

7、位為分貝（dB)；)(V0nnnitSinu頻率響應頻率響應)()(uuAA幅頻響應)(i)(o)(jUjUuA相頻響應)(i)(o)(描述對象描述對象描述方法描述方法020lg|AV|/dB2204060202 1022 1032 104lgf/Hz0o )(/度度220o40o60o202 1022 1032 104lgf/Hz波特圖波特圖研究意義研究意義幅度失真幅度失真相位失真相位失真)(VA0nnnnnotSinuRC電路的電壓增益函數(shù)：CRjCjRRUUA/111/1io則令令CRf21L)/(111iouffjUUAL電壓增益的幅值2)/(11ffAALuu（幅頻特性）電壓增益的相

8、角)/(arctgLffL（相頻特性）RC電路的高通特性uiRCuoRC高通電路的幅頻特性2)/(11ffALu1)/(112ffALudB 01lg20lg20uA時，當 Lff 0分貝水平線分貝水平線LLffffA/)/(112u)/lg(20lg20uLffA 斜率為斜率為 20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線時，當 Lff RC高通電路的相頻特性io表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差其中uuAUUAio所以所以時，當 Lff 0L時，當 Lff 90H時，當 Lff 45H時，當 100.1 LLfff斜率為斜率為 45/ 十倍頻十倍頻 的直線的直線)/(arctgLff

9、L高通電路下限頻率的確定 在分析高頻響應時，我們將放大倍數(shù)下降到中在分析高頻響應時，我們將放大倍數(shù)下降到中頻放大倍數(shù)的頻放大倍數(shù)的0.707倍倍（或下降或下降3dB）時，所對應時，所對應的頻率稱為下限頻率。的頻率稱為下限頻率。 下限頻率下限頻率 fl當當f = fL=1/ 2 RC時時對于RC回路來說：2)/(11ffALuCRuiuoRC電路的低通特性RC電路的電壓增益函數(shù)：CRjCjRCjUUAou11/1/1i則令令CRf21H)/j(11HioffUUAu電壓增益的幅值2H)/(11ffAAuu（幅頻特性）電壓增益的相角)/(arctgHHff（相頻特性）RC低通電路的幅頻特性時，當

10、Hff ffffA/)/(11H2Hu)/lg(20lg20HuffA 斜率為斜率為 -20dB/十倍頻程十倍頻程 的直線的直線1)/(112HuffAdB 01lg20lg20uA0分貝水平線分貝水平線時，當 Hff 2H)/(11ffAAuuRC低通電路的相頻特性)/(arctgHHffio表示輸出與輸入的相位差表示輸出與輸入的相位差其中其中uuAUUAio所以時，當 Hff 0H時，當 Hff 90H時，當 Hff 45H時，當 100.1 HHfff斜率為斜率為 45/ 十倍頻十倍頻 的直線的直線低通電路上限頻率的確定 在分析高頻響應時，我們將放大倍數(shù)下降到中在分析高頻響應時，我們將放

11、大倍數(shù)下降到中頻放大倍數(shù)的頻放大倍數(shù)的0.707倍（或下降倍（或下降3dB）時，所對應時，所對應的頻率稱為下限頻率的頻率稱為下限頻率 上限頻率上限頻率fhfh = fH =1/ 2 RC對于RC回路來說：綜上所述，可歸納：綜上所述，可歸納：（1）放大器的頻率響應特征可用）放大器的頻率響應特征可用RC 低通和高通低通和高通 電路來模擬電路來模擬（2）上限和下限頻率）上限和下限頻率fh 和和fl 是頻率響應的關鍵點是頻率響應的關鍵點 fh 和和fl 是幅頻響應的轉(zhuǎn)折點；是幅頻響應的轉(zhuǎn)折點； 0.1 fh 和和10 fh 、 0.1 fl 和和10 fl 是相頻響應的轉(zhuǎn)折點是相頻響應的轉(zhuǎn)折點（3）f

12、h 和和fl 都由對應的回路時間常數(shù)都由對應的回路時間常數(shù) RC確定確定3.1.4 三極管的頻率響應參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 共射極電流放大系數(shù)的截止頻率共射極電流放大系數(shù)的截止頻率ffj10)(21CCrfeb我們將我們將f 定義為共基極電流定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率放大系數(shù)的截止頻率其中：其中：3.1.4 三極管的頻率響應參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 特征頻率特征頻率 fT使使下降到下降到1即即0dB時時01lg20lg20lg2020ffTffffTT201fffT0的頻率定義為特征頻率的頻率定義為特征頻率3.1.4 三極管的頻率響應參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 共基極

13、電流放大系數(shù)的截止頻率共基極電流放大系數(shù)的截止頻率ffjffj1)1 (1110000ff)1 (0我們將我們將f 定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率定義為共基極電流放大系數(shù)的截止頻率其中：其中：3.1.4 三極管的頻率響應參數(shù)3.1 頻率特性的一般概念 增益帶寬積增益帶寬積CrRfAbbshusm)(21 當三極管制成后，其放大倍數(shù)與帶寬的乘積基當三極管制成后，其放大倍數(shù)與帶寬的乘積基本保持不變，在手冊中用增益帶寬積本保持不變，在手冊中用增益帶寬積GBW表示：表示： 對于三極管而言，放大倍數(shù)與帶寬是相互矛盾對于三極管而言，放大倍數(shù)與帶寬是相互矛盾的，因此在設計電路時要綜合考慮。的，因此在設計

14、電路時要綜合考慮。3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路及其混合共射極放大電路及其混合 型等效電路型等效電路3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 放大電路頻率響應分析思路放大電路頻率響應分析思路低頻段低頻段：只考慮耦合電容影只考慮耦合電容影 響，其他電容開路。響，其他電容開路。中頻段中頻段：所有電容均不考慮，：所有電容均不考慮， 與微變電路等效與微變電路等效高頻段高頻段：只考慮結電容影響，：只考慮結電容影響， 其他電容短路其他電容短路等效于低等效于低通電路通電路等效于高等效于高通電路通電路3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.

15、1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性共射極放大電路的完整頻率特性)1)(1 (hlusmusffjffjAA其中，fh為上限頻率， fl 為下限頻率，我們定義上下限頻率之間的差值為放大電路的帶寬我們定義上下限頻率之間的差值為放大電路的帶寬（或通頻帶）（或通頻帶）fbwfbw = fh - fl3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性曲線共射極放大電路的完整頻率特性曲線幅頻特性圖幅頻特性圖3.1.5 共射極放大電路的頻率特性3.1 頻率特性的一般概念 共射極放大電路的完整頻率特性曲線共射極放大電路的完整頻率特性曲線相頻特性圖相頻

16、特性圖中頻時產(chǎn)生的中頻時產(chǎn)生的相位移為相位移為-180-180，即反相即反相3.4.1 多級放大電路的通頻帶3.4 多級放大電路的頻率特性 假定一多級放大器由兩級放大器組成，其頻率特假定一多級放大器由兩級放大器組成，其頻率特性相同：性相同：Ausm1=Ausm2fl1=fl2fh1=fh2Ausm=Ausm1 Ausm2=A2usm120lgAusm=20lgA2usm1 =40lgAusm13.4.1 多級放大電路的通頻帶3.4 多級放大電路的頻率特性 當當fl=fl1時，其對應的放時，其對應的放大倍數(shù)為：大倍數(shù)為：Ausl1= 0.707Ausm1 0.707Ausm2 = 0.5A2usm1 當當f=fh1時，其對應的放時，其對應的放大倍數(shù)為：大倍數(shù)為：Aush1 = 0.707Ausm1 0.707Ausm2 = 0.5A2usm13.4.1 多級放大電路的通頻帶3.4 多級放大電路的頻率特性 根據(jù)上下限頻率的定義，根據(jù)上下限頻率的定義，應取應取0.707A2usm1處所對應的處所對應的頻率為該多級放大電路的上頻率為該多級放大電路的上下限頻率。下限頻率。fl fl1 fh fh1 fbw =fl - fh fbw1= fh1 - fl1 多級放大電路的通頻帶窄于多級