第5章放大电路的频率特性.ppt

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1、返回目录返回目录 频率特性是放大电路的一项重要特性，它是用频率特性是放大电路的一项重要特性，它是用来衡量一个放大电路对不同输入信号频率的适应程来衡量一个放大电路对不同输入信号频率的适应程度。度。例如：一个音频放大器（收音机）的频率范例如：一个音频放大器（收音机）的频率范围若小于人耳的频率响应（围若小于人耳的频率响应（15kHZ)15kHZ)，则该放大器是，则该放大器是不合格的。若放大器的频率范围远大于不合格的。若放大器的频率范围远大于15kHZ15kHZ，则放，则放大器中的噪声会被放大，使音质变差。大器中的噪声会被放大，使音质变差。而有时又需要放大频率范围大于几而有时又需要放大频率范围大于几M

2、HZ,MHZ,甚至甚至几十几十MHZMHZ的宽频带放大电路（如视频信号放大器）的宽频带放大电路（如视频信号放大器）5.1 5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法频率响应的基本概念和基本表示方法5.2 5.2 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应5.3 5.3 多级放大电路的频率相应多级放大电路的频率相应返回返回5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法频率响应的基本概念和基本表示方法1 1 频率响应和通频带频率响应和通频带2 2 幅度失真幅度失真 和相位失真和相位失真3 3 波特图波特图返回返回放大电路频率特性就是指电压放大倍数与频率的关系，即：放大电路频率特性就是指电压放大倍数与频率

3、的关系，即：幅频特性是描绘放大倍数的幅度随频率变化幅频特性是描绘放大倍数的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化的规律。即 相频特性是描绘输出信号与输入相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即幅频特性幅频特性相频特性相频特性由于电压放大倍数是矢量，故包含两个内容：电压放大倍数的模由于电压放大倍数是矢量，故包含两个内容：电压放大倍数的模与频率的关系，称为幅频特性与频率的关系，称为幅频特性;电压放大倍数的相位与频率的关系，电压放大倍数的相位与频率的关系，称为相频特性称为相频特性1 1 频率响应和通频带频率响应和通频带通频带通频带BW

4、=fH-fL下限频率下限频率上限频率上限频率阻容耦合放大电路的幅频特性曲线阻容耦合放大电路的幅频特性曲线返回返回放大电路对不同频率成分信号的相移放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。为相位频率失真，简称相频失真。(动画5-1)2 2 幅度失真和相位失真幅度失真和相位失真幅度失真幅度失真因放大电路对不同频率成分信号因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真或幅度失真。幅频失真或幅度失真。相位失真相位失

5、真幅频失真和相频失真都是线性失真。幅频失真和相频失真都是线性失真。1.1.放大电路中存在电抗性元件，放大电路中存在电抗性元件，例如例如 耦合电容、旁路电容、分布电容、耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等变压器、分布电感等 2.2.三极管的三极管的()是频率的函数。是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。模型。产生频率失真的原因是产生频率失真的原因是:返回返回3 3 波特图波特图波特图是频率特性的一种画法，在电子技术领域输入信波特图是频率特性的一种画法，在电子技术领域输

6、入信号频率的变化范围很大，为了把大范围的频率在一张图号频率的变化范围很大，为了把大范围的频率在一张图上表示出来，上表示出来，H.W.Bode提出用对数坐标系，作图时采用提出用对数坐标系，作图时采用折线的近似画法来画频率特性图，这种频率特性图称为折线的近似画法来画频率特性图，这种频率特性图称为波特图波特图幅频特性幅频特性横坐标采用对数刻度，故每十倍频率在坐标横坐标采用对数刻度，故每十倍频率在坐标轴上的长度是相等的，称十倍频程轴上的长度是相等的，称十倍频程纵坐标用对数刻度，单位为分贝（纵坐标用对数刻度，单位为分贝（dBdB）相频特性相频特性横坐标采用对数刻度横坐标采用对数刻度纵坐标仍用原来的值纵坐

7、标仍用原来的值度（度（。）例1：RC低通电路 RC低通电路如图低通电路如图其其电压放大倍数电压放大倍数(传递函数传递函数)为为波特图画法举例波特图画法举例 幅频特性的幅频特性的X轴和轴和Y轴都轴都是采用对数坐标是采用对数坐标,fH称为称为上限截止频率。当上限截止频率。当ffH时，时，幅频特性将以十倍频幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成的斜率下降，或写成-20dB/dec。在在f=fH 处的误处的误差最大，有差最大，有3dB。当当 时，相频特性将滞后时，相频特性将滞后45，并具有，并具有 -45/dec的斜率。在的斜率。在0.1 和和10 处与实际的相频处与实际的相频特性有最大的误差，

8、其值分别为特性有最大的误差，其值分别为+5.7和和5.7。这种折线化画出的频率特性曲线称为这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图波特图，是是分析放大电路频率响应的重要手段。分析放大电路频率响应的重要手段。由表达式画出幅频由表达式画出幅频和相频的波特图和相频的波特图注意注意2 2 相频特性为相频特性为三段三段折线组成：折线组成：f 10fH时，相频特性为时，相频特性为-90-90的一条水平线的一条水平线；0.1fH f 10fH时时,相频特性为斜率相频特性为斜率-45-45/十倍频的斜线十倍频的斜线；lgflgf1 1 低通电路幅频特性为低通电路幅频特性为两条两条折线：折线：f fH时，为斜率为

9、时，为斜率为-20-20dB/十倍频的一条斜线；十倍频的一条斜线；低通电路波特图的画法低通电路波特图的画法低通电路的放大倍数低通电路的放大倍数的表达式的表达式例2：高通电路 其电压放大倍数其电压放大倍数 为：为：式中式中 RC高通电路如图高通电路如图下限截止频率、模和相角分别为下限截止频率、模和相角分别为 由此可做出如图所示的由此可做出如图所示的RC高高通电路的波特图。通电路的波特图。返回返回注意注意2 2 相频特性为相频特性为三段三段折线组成：折线组成：f 10fL时，相频特性为的时，相频特性为的0 0一条水平线一条水平线；0.1fH f 10fH时时,相频特性为斜率相频特性为斜率-45-4

10、5/十倍频的斜线十倍频的斜线；1 1幅频特性为幅频特性为两条两条折线：折线：f fL时，为时，为0 0dB的一条水平线；的一条水平线；高通电路波特图的画法高通电路波特图的画法高通电路的放大倍数的表达式高通电路的放大倍数的表达式5.2 5.2 单级放大电路的频率响应单级放大电路的频率响应1 三极管混合三极管混合型高频小信号等效电路型高频小信号等效电路2 2 单级共射放大电路的频率响应单级共射放大电路的频率响应返回返回1 三极管混合三极管混合型高频小信号等效电路型高频小信号等效电路（1 1）物理模型）物理模型（2 2）电流放大系数）电流放大系数的频响的频响（3 3）用）用 代替代替（4 4）单向化

11、）单向化返回返回 混合混合型高频小信号模型是通过三极管的物理型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的，三极管的物理结构如图模型而建立的，三极管的物理结构如图r rbebe-r re e归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 -发射结电容，也用发射结电容，也用C C 这一符号这一符号-集电结电阻集电结电阻 -集电结电容，也用集电结电容，也用C 这一符号这一符号（1 1）物理模型）物理模型 -发射结电阻发射结电阻 re r rbbbb -基区的体电阻，基区的体电阻，bb是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。返回返回（2 2）电流放大系数电流放大系数的频响的频响 从物理概念可以解释

12、随着频率的增高从物理概念可以解释随着频率的增高,将下降。因为将下降。因为 等效电路 是指在是指在UCE一定的条件下一定的条件下,在等效电路中可将在等效电路中可将CE间间交流短路，于交流短路，于是可作出是可作出等效电路。等效电路。由此可求出共射接法交流短路电由此可求出共射接法交流短路电由此可求出共射接法交流短路电由此可求出共射接法交流短路电流放大系数。流放大系数。流放大系数。流放大系数。可由下式推出可由下式推出0=gmrbe为低频时的为低频时的返回返回根据这一物理模型可以画出混合根据这一物理模型可以画出混合根据这一物理模型可以画出混合根据这一物理模型可以画出混合型高频小信型高频小信型高频小信型高

13、频小信号模型，如图所示。号模型，如图所示。号模型，如图所示。号模型，如图所示。高频混合型小信号模型电路 这一模型中用这一模型中用 gm ube代替代替 ib0 ，这是因为，这是因为本身本身与频率有关，而与频率有关，而gm=0/rbe ，gm是与频率无关的是与频率无关的 0 0和和r rb be e的比，因此的比，因此g gm m与频率无关。与频率无关。（3 3）用）用 代替代替若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。g gm m称为跨导，还可写成称为跨导，还可写成返回返回在在型小信号模型中，因存在型小信号模型中，因存在Cbc 和和rbc,对求解不便，可对求解不便，可通过单向化处理加以变

14、换。首先因通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，很大，可以忽略，只剩下只剩下Cbc。可以将可以将Cbc等效为输入侧和输出侧两个电容等效为输入侧和输出侧两个电容，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。（4 4）单向化）单向化输入侧由上图，有由上图，有由下图，有由下图，有由（由（1）式）式=（2）式，得）式，得由于由于C C,C 的容的容抗远大于抗远大于rce,可忽略可忽略C 输出侧由上图，有由上图，有由下图，有由下图，有由（由（1）式）式=（2）式，得）式，得若忽略若忽略C 的容抗，的容抗，返回返回2 2 单级共射放大电路的频率响应

15、单级共射放大电路的频率响应(1)(1)无射极旁路电容的共射放大电路的频率响应无射极旁路电容的共射放大电路的频率响应(2)(2)有射极旁路电容的共射放大电路的频率响应有射极旁路电容的共射放大电路的频率响应返回返回a a 中频段中频段中频段时，耦合电容和旁路电容可视中频段时，耦合电容和旁路电容可视为短路，杂散电容和结电容可看成开为短路，杂散电容和结电容可看成开路，微变等效电路中无电容，为路，微变等效电路中无电容，为(1)(1)无射极旁路电容的共射放大电路的频率响应无射极旁路电容的共射放大电路的频率响应中频段的频率特性为中频段的频率特性为b b 低频段低频段低频段时，耦合电容和低频段时，耦合电容和旁

16、路电容旁路电容不可不可视为短路，视为短路，杂散电容和结电容仍可杂散电容和结电容仍可看成开路，微变等效电看成开路，微变等效电路中无电容，为路中无电容，为低频段的频率特性为低频段的频率特性为c c 高频段高频段高频段，耦合电容和高频段，耦合电容和旁路电容可视为短路，旁路电容可视为短路，杂散电容和结电容杂散电容和结电容不不可看成可看成开路开路 高频段的频率特性为高频段的频率特性为4 4 完整的表达式和波特图完整的表达式和波特图返回返回(2)(2)有交流射极电阻的共射放大电路的频率响应有交流射极电阻的共射放大电路的频率响应a a 中频段中频段 和无交流射极电阻的共射放大电路的中频响应一样和无交流射极电

17、阻的共射放大电路的中频响应一样忽略忽略Rbb b 低频段低频段忽略忽略Rb、Re将将Ce折合到基极，折合到输折合到基极，折合到输出端的电容可忽略出端的电容可忽略将输出端将输出端RC以前等效为电压源以前等效为电压源（动画5-2）c c 高频段高频段 和无交流射极电阻的共射放大电路的高频响应一样和无交流射极电阻的共射放大电路的高频响应一样（动画5-3）设设fL1fL2，可以画出单级基本放大电路的波特图可以画出单级基本放大电路的波特图完整的表达式和波特图完整的表达式和波特图返回返回5.3 多级放大电路的频率相应多级放大电路的频率相应对于多级放大电路对于多级放大电路其幅频特性为其幅频特性为相频特性为相

18、频特性为画多级放大电路的波特图，只要将各单级放大电路的幅频特画多级放大电路的波特图，只要将各单级放大电路的幅频特性波特图相叠加，相频特性波特图相叠加即可性波特图相叠加，相频特性波特图相叠加即可对于多级放大电路的上限频率和下限频率对于多级放大电路的上限频率和下限频率上限频率近似公式上限频率近似公式下限频率近似公式下限频率近似公式另外，另外，当某级的上限频率比其他各级小的多时（一般在当某级的上限频率比其他各级小的多时（一般在5倍以上）倍以上），总的上限频率近似等于该级的上限频率。，总的上限频率近似等于该级的上限频率。当某级的下限频率比其他各级达的多时（一般在当某级的下限频率比其他各级达的多时（一般

19、在5倍以上），总倍以上），总的下限频率近似等于该级的下限频率。的下限频率近似等于该级的下限频率。例：已知单级例：已知单级例：已知单级例：已知单级共发射极放大电路的幅频特性如图所共发射极放大电路的幅频特性如图所共发射极放大电路的幅频特性如图所共发射极放大电路的幅频特性如图所示，（示，（示，（示，（1 1）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频率和上限频率。（率和上限频率。（率和上限频率。（率和上限频率。（2 2）画出相频特性波特图）画出相频特性波特图）画出相频特性波特图）画出相频特性波

20、特图解：解：解：解：（1 1）从图中可读出从图中可读出从图中可读出从图中可读出 放大电路的中频放大电路的中频放大电路的中频放大电路的中频电压放大倍数为电压放大倍数为电压放大倍数为电压放大倍数为下限频率为下限频率为下限频率为下限频率为上限频率上限频率上限频率上限频率（2 2）画相频特性波特图画相频特性波特图画相频特性波特图画相频特性波特图2 画低频段波特图，：当频率小于画低频段波特图，：当频率小于0.10.1f fL时，波特图为时，波特图为=-=-180+90=-90的水平线，图中的的水平线，图中的AB段。频率在段。频率在0.1f fL到到1010f fL时，波特图为斜率为时，波特图为斜率为-4

21、5/十倍频的斜线。十倍频的斜线。3 画高频段波特图，：当频率大于画高频段波特图，：当频率大于1010 f fH时，波特图为时，波特图为=-=-180-90=-270 的水平线，图中的的水平线，图中的AB段。频率在段。频率在0.1f fH到到1010f fH时，波特图为斜率为时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。十倍频的斜线。1 在中频区，由于单级共射放大电路的倒相作用，所以在中频区，由于单级共射放大电路的倒相作用，所以中频段放大倍数的相位为中频段放大倍数的相位为-180，首先画出中频段的，首先画出中频段的相频特性：从相频特性：从1010f fL到到0.1 f fH，=-=-180，图中的，图

22、中的BC段。段。例：在两级放大电路中，已知第一级的中频电压放大倍数例：在两级放大电路中，已知第一级的中频电压放大倍数Au1=-100、下限频率、下限频率f fL1=10Hz，上限频率，上限频率f fH1=20kHz；第；第二级的中频电压放大倍数二级的中频电压放大倍数 Au2=-10、下限频率、下限频率f fL2=100Hz，上限频率，上限频率f fH2=150kHz；（；（1）求放大电路的总的中频电）求放大电路的总的中频电压放大倍数。（压放大倍数。（2）写出电压放大倍数表达式。（）写出电压放大倍数表达式。（3）画出）画出幅频特性、相频特性波特图。幅频特性、相频特性波特图。解解（1 1）放大电路

23、的总的中频电压放大倍数为：放大电路的总的中频电压放大倍数为：（2 2）放大电路的电压放大倍数表达式为：放大电路的电压放大倍数表达式为：根据表达式根据表达式（2 2）画出幅频特性）画出幅频特性画出单级画出单级的幅频特性，的幅频特性，再叠加再叠加先画出单级的相频特性，再叠加先画出单级的相频特性，再叠加画出相频特性画出相频特性几点结论：几点结论：1.1.放大电路的耦合电容是引起低频响放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；低频时间常数中较小的一个决定；2.2.三极管的结电容和分布电容是引起三极管的结电容和分布电容是引

24、起放大电路高频响应的主要原因，上限放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；个决定；3.3.由于由于若电压放大倍数若电压放大倍数K增加，增加，Cbe也增加，上限也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。衡量放大电路性能的一项重要指标。4.CB组态放大电路由于输入电容小，所以组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比组态放大电路的上限截止频率比CE组组态要高许多。态要高许多。返回返回第七章第七章 结束结束返回返回