1、第四章 放大電路的頻率響應(yīng)第四章 放大電路的頻率響應(yīng)4.1頻率響應(yīng)的概念頻率響應(yīng)的概念4.2晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型4.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)4.5多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)4.3場效應(yīng)管的高頻等效模型場效應(yīng)管的高頻等效模型4.6放大電路的階躍響應(yīng)放大電路的階躍響應(yīng)本章重點和考點：本章重點和考點：2、單管共射放大電路混合、單管共射放大電路混合模型等效電路圖、模型等效電路圖、 頻率響應(yīng)的表達式及波特圖繪制頻率響應(yīng)的表達式及波特圖繪制 。1、晶體管、場效應(yīng)管的混合、晶體管、場效應(yīng)管的混合模型。模型。本章討論的問題：本章討論的問題：1.為什么

2、要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個為什么要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個RC網(wǎng)絡(luò)的頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)？如何畫出頻率響應(yīng)曲線？率響應(yīng)？如何畫出頻率響應(yīng)曲線？2.晶體管與場效應(yīng)管的晶體管與場效應(yīng)管的h參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？為什么？為什么？3.什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何確定放大電路的通頻帶？確定放大電路的通頻帶？4.對于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？對于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？4.1頻率響應(yīng)的概念頻率響應(yīng)的概念研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性 由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管

3、極間電由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系容，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。頻率響應(yīng)或頻率特性。 小小信號等效模型只適用于低頻信號的分析。信號等效模型只適用于低頻信號的分析。 本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)頻率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的描述方法。的描述方法。 ()()ouiUjAUj( )( )uuAAff放大電路的放大電路的對數(shù)頻率特性對數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。HLBWff 在

4、在中頻區(qū)中頻區(qū)各種電容的影響均可以忽略不計，電壓放大各種電容的影響均可以忽略不計，電壓放大倍數(shù)倍數(shù)Au基本上不隨信號頻率而變化，保持常數(shù)?；旧喜浑S信號頻率而變化，保持常數(shù)。 在在低頻區(qū)低頻區(qū)，放大電路的耦合電容和發(fā)射極旁路電容的，放大電路的耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響不可忽略，會使放大倍數(shù)下降；影響不可忽略，會使放大倍數(shù)下降； 在在高頻區(qū)高頻區(qū)，此時三極管的極間電容和接線電容的影響不，此時三極管的極間電容和接線電容的影響不可忽略，也會使放大倍數(shù)下降?？珊雎?，也會使放大倍數(shù)下降。 在繪制頻率響應(yīng)曲線時，常常采用對數(shù)坐標，即幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)可分別繪在兩張半對數(shù)坐標紙上。這種半對數(shù)坐標圖，就是

5、橫坐標的頻率采用對數(shù)分度（即用lgf）,幅頻特性的縱坐標為 ，單位為分貝（dB），放大倍數(shù)用分貝作單位時，常稱為增益。相頻特性的縱坐標仍為，不取對數(shù)。這時得到的頻率響應(yīng)曲線稱為對數(shù)頻率響應(yīng)或波特圖。 20lg|uA 如果采用對數(shù)坐標繪制頻率響應(yīng)曲線，那么在波特圖中，放大器的下限頻率fL和上限頻率fH也就是中頻電壓增益下降3dB時所對應(yīng)的兩個頻率。 在實際當中，繪制波特圖一般不需要用逐點描繪的方法來繪制曲線的，而是采用折線近似的方法，這是工程上一種既簡便又實用的方法。后面我們會結(jié)合繪制RC電路的頻率響應(yīng)（波特圖）進行介紹。 -2020lgdBuA03dB-20dB/十倍頻稱20dB/十倍頻稱-4

6、00.1fLfL10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45o/十倍頻稱0.1fH（a）（b）圖5.17 放大電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng)（b）相頻響應(yīng)45o90ofH-45o/十倍頻稱 頻率失真又包括幅度失真和相位失真。頻率失真又包括幅度失真和相位失真。 幅度失真：幅度失真：是由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同是由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同 而引起輸出波形產(chǎn)生的失真。而引起輸出波形產(chǎn)生的失真。相位失真：相位失真：是由于放大器對不同頻率信號的相位移不同而是由于放大器對不同頻率信號的相位移不同而 引起輸出波形產(chǎn)生的失真。引起輸出波形產(chǎn)生的失真。(a)幅度失真幅度失真(b)

7、相位失真相位失真R1C1+_iUoU圖5.3 RC低通電路+_o1uH11111111iUj CAj RCURj C時間常數(shù)時間常數(shù)H=R1C1，令，令HHH1111222fRCuHHH1111AfjjfuH2H11AffHHarctanff 幅頻響應(yīng)：幅頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： uH2H11Aff當當ffH 時，時， 211HuHHfAfff-20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍頻程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45O/十倍頻程100fH（a）（b）圖5.4 RC低通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)uHA隨著隨著f的上升

8、的上升，越來越小越來越小兩條直線的交點兩條直線的交點f H稱為轉(zhuǎn)折頻率。稱為轉(zhuǎn)折頻率。 當當ffH 時，時， -20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍頻程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45O/十倍頻程100fH（a）（b）圖5.4 RC低通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)HHarctanff 當當f = fH 時，時， H0H90 45OH隨著隨著f的上升的上升，越來越小越來越小H可以利用可以利用RC低通電路來模低通電路來模擬放大電路的高頻響應(yīng)。擬放大電路的高頻響應(yīng)。 2L20lg20lg1ufAf 則有：則有： ,20lg20

9、lg10 dBHffAu 當時，HH 20lg20lguffAff 當時，H 20lg20lg23dBuffA 當時，放大電路的放大電路的對數(shù)頻率特性對數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。uH2H11Aff對數(shù)對數(shù)幅頻特性：幅頻特性：0.1 fHfH 10 fHfdB/lg20uA0 20 403dB 20dB/十倍頻十倍頻對數(shù)相頻特性：對數(shù)相頻特性：fH 10 fH 455.715.71 45/十倍頻十倍頻 900.1 fH 0f在高頻段，低在高頻段，低通電路產(chǎn)生通電路產(chǎn)生0 90的滯后相的滯后相移。移。（3）低通電路的波特圖）低通電路的波特圖時間常數(shù)時間常數(shù)L=R2C2，令，令幅頻響應(yīng)：幅頻響

10、應(yīng)：相頻響應(yīng)：相頻響應(yīng)： 圖5.5 RC高通電路+_iUoU+_R2C2o222uL222211iURj R CAj R CURj CLLL2211222fR CLLuLLL11fjjfAfjjfLuL2L1ffAffLLarctanff當當ffL 時，時， uHA隨著隨著f的下降的下降，越來越小越來越小LLuLLL11fjjfAfjjfLuL2LL1fffAfffLuL2L11ffAff -203dB020lguLAdB-400.1fLfL100fL10fLHzfHzf45o90o0o20dB/十倍頻 程-45o/十倍頻（a）（b）圖5.6RC高通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng)（b）相頻響應(yīng)0

11、.1fLfL10fL100fLL0.01fL0.01fL程當當ffH 時，時， -20-4020lgdBuHA03dB-20dB/十倍頻程0.01fH0.1fH10fHfHHzfHzfH-45o-90o0o-45O/十倍頻程100fH（a）（b）圖5.4 RC低通電路的頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)當當f = fH 時，時， H0H9045OH隨著隨著f的下降的下降，越來越小越來越小H可以利用可以利用RC高通電路來模高通電路來模擬放大電路的低頻響應(yīng)。擬放大電路的低頻響應(yīng)。 LLarctanff2LL1lg20lg20lg20ffffAu則有：則有：dB 020lg L uAff時時，當

12、當LL 20lg20lgufffAf當時，dB32lg20lg20 L uAff時時，當當L2L1uffAff放大電路的放大電路的對數(shù)頻率特性對數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。 實際幅頻特性曲線：實際幅頻特性曲線：幅頻特性幅頻特性當當 f fL( (高頻高頻) )，當當 f fT 時，時，三極管失去放大作用；三極管失去放大作用； f fT 時，由式時，由式；112T0 ff得：得： ff0T 3.共基截止頻率共基截止頻率 f 值下降為低頻值下降為低頻 0 時時 的的 0.707 時的頻率。時的頻率。 ffj10 【f 與與 f 、 fT 之間關(guān)系之間關(guān)系】：因為因為， 1 ffj10 可得可得

13、 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比較較，可可知知與與 ffj10 ff)1(10000【說明：說明：】 ff)1(10000 ，因因為為：所以：所以：1. f 比比 f 高很多，等于高很多，等于 f 的的 (1 + 0) 倍；倍；2. f fT Rs，Rb rbe；(1 + gmRc)Cb c Cb eCRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故cbbbs)(21 CrRcbbbsHsm)(21 CrRfAu說明：說明：HsmfAu 式不很嚴格，但從中可以看出一個大式不很嚴格，但從中可以看出一個大概的趨勢，即選定放大三極管后，概的趨勢，即選定放大三極管后，

14、rbb 和和 Cb c 的值即被的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，若將放大倍數(shù)若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問題是選用電路，首要的問題是選用 rbb 和和 Cb c 均小的高頻三極管。均小的高頻三極管。復習：復習：1.晶體管、場效應(yīng)管的晶體管、場效應(yīng)管的混合混合 模模型型2.單管共射放大電路的單管共射放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)表達式：表達式：)j1)(j1 (j)j1)(j1

15、(HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特圖的繪制：波特圖的繪制：三段直線構(gòu)成幅頻特性三段直線構(gòu)成幅頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性4.5多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)4.5.1多級放大電路頻率特性的定性分析多級放大電路頻率特性的定性分析多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：unuuuAAAA 21對數(shù)幅頻特性為：對數(shù)幅頻特性為： nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20 在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效電路在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效電路中有中有多個低通電路多個低通

16、電路。在阻容耦合放大電路中，如有多個耦合電。在阻容耦合放大電路中，如有多個耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就含有容或旁路電容，則在低頻等效電路中就含有多個高通電路多個高通電路。多級放大電路的總相位移為：多級放大電路的總相位移為： nkkn121 兩級放大電路的波特圖兩級放大電路的波特圖圖圖 5.5.1fHfL幅頻特性幅頻特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 級級二二 級級 20dB/十倍頻十倍頻 40dB/十倍頻十倍頻圖圖 5.5.1相頻特性相頻特性 270 360fL1fH1fO 540 180 450 90一一 級級二二 級級多級放大電路

17、的通頻帶，總是比組成它的每一級的多級放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級的通頻帶窄。通頻帶窄。12uuAA12uuuAAAmm1m2uuuAAAh1h2m1m20.7070.707uuuuAAAAl1l2m1m20.7070.707uuuuAAAAhh1h2m1m20.5uuuuuAAAAAll1l2m1m20.5uuuuuAAAAA為簡單起見，我們以兩級放大電路為例進行分析，設(shè)且fL1=fL2，fH1=fH2。總的電壓放大倍數(shù)為在中頻區(qū)在上、下限頻率處，即在f=fL1=fL2；f=fH1=fH2處，各級的電壓放大倍數(shù)均下降到中頻區(qū)電壓放大倍數(shù)的0.707倍，即而此時總的電壓放大倍數(shù)為根據(jù)定

18、義，放大器的截止頻率應(yīng)是放大倍數(shù)下降至中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍時的頻率。所以，fL fL1= fL2，fHfH1= fH2。即兩級放大電路的通頻帶變窄了。同理，多級放大電路的通頻帶小于單級放大電路的通頻帶；多級放大電路的上限頻率小于單級放大電路的上限頻率；多級放大電路的下限頻率大于單級放大電路的下限頻率。4.5.2多級放大電路的上限頻率和下限頻率的估算多級放大電路的上限頻率和下限頻率的估算2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1 . 1nffff 在實際的多級放大電路中，當各放大級的時間常數(shù)在實際的多級放大電路中，當各放大級的時間常數(shù)相差懸殊時，可取其主要作用的那

19、一級作為估算的依據(jù)相差懸殊時，可取其主要作用的那一級作為估算的依據(jù)即：即：若某級的下限頻率遠高于其它各級的下限頻率，則若某級的下限頻率遠高于其它各級的下限頻率，則可認為整個電路的下限頻率就是該級的下限頻率。可認為整個電路的下限頻率就是該級的下限頻率。同理同理若某級的上限頻率遠低于其它各級的上限頻率，則可認若某級的上限頻率遠低于其它各級的上限頻率，則可認為整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率。為整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率。例例4.5.1已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻特性如圖所示。求特性如圖所示。求下限頻率、上限頻率下限頻率、上限

20、頻率和和電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)。（2）高頻段只有一個拐點，）高頻段只有一個拐點，斜率為斜率為-60dB/十倍頻程，電十倍頻程，電路中應(yīng)有三個電容，為三級路中應(yīng)有三個電容，為三級放大電路。放大電路。解：（解：（1）低頻段只有一個）低頻段只有一個拐點，說明影響低頻特性拐點，說明影響低頻特性的只有一個電容，故電路的只有一個電容，故電路的下限頻率為的下限頻率為10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)33510 j(1j)(1j)102 10ufAff例例4.5.2分別求出如圖分別求出如圖所示所示Q點穩(wěn)定電路中點穩(wěn)定電路中C1 C2和和Ce所

21、確定的下限頻所確定的下限頻率的表達式及電路上限率的表達式及電路上限頻率表達式。頻率表達式。C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1Reui圖圖 2.4.2阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路b解：交流等效電路解：交流等效電路圖圖5.5.3(a)Q點穩(wěn)定電路的交流等效電路點穩(wěn)定電路的交流等效電路1.考慮考慮C1對低頻特性的影響對低頻特性的影響(b) C1所在回路的等效電路所在回路的等效電路1121121/2121CRRcrRRRfiSbebbSLI2.考慮考慮C2對低頻特性的影響對低頻特性的影響(c) C2所在回路的等效電路所在回路的等效電路2222121CRRfL

22、cL3.考慮考慮Ce對低頻特性的影響對低頻特性的影響(d) Ce所在回路的等效電路所在回路的等效電路eSbbbeeeLICRRRrRf1/2121214.4.考慮結(jié)電容對高頻特性的影響考慮結(jié)電容對高頻特性的影響(e)結(jié)電容所在回路的等效電路結(jié)電容所在回路的等效電路CRRRrrfSbbbbebHH/212121比較比較C1、C2、Ce所在回路的時間常所在回路的時間常數(shù)數(shù)1 1、2 2、e e, ,當取當取C C1 1C C2 2CeCe時，時，e e將遠小于將遠小于1 1,2 2，即，即f fLeLe遠大于遠大于f fL1L1和和f fL2L2因此，因此，f fLeLe就約為電路的下限頻率就約為

23、電路的下限頻率。4.6 放大電路的階躍響應(yīng)放大電路的階躍響應(yīng) 研究放大電路在不同頻率的正弦波輸入信號的作用下研究放大電路在不同頻率的正弦波輸入信號的作用下的頻率響應(yīng)，這種分析方法稱為的頻率響應(yīng)，這種分析方法稱為頻域法頻域法。 優(yōu)點優(yōu)點:是分析簡單，實際測試方便是分析簡單，實際測試方便 缺點缺點:是用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路是用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路的波形失真，的波形失真， 采用階躍信號作為測試信號，研究放大電路的輸出波采用階躍信號作為測試信號，研究放大電路的輸出波形隨時間變化的情況，稱為放大電路的階躍響應(yīng)，其分析形隨時間變化的情況，稱為放大電路的階躍響應(yīng)，其分

24、析方法稱為方法稱為時域法時域法。 優(yōu)點優(yōu)點:是可以很直觀地判斷放大電路的波形失真是可以很直觀地判斷放大電路的波形失真缺點缺點:是分析比較復雜是分析比較復雜1.階躍信號階躍信號0,0( ),0tu tUt2.單級放大電路的階躍響應(yīng)單級放大電路的階躍響應(yīng)（1）上升時間）上升時間t r上升部分可以采用上升部分可以采用RC低通電路來模擬低通電路來模擬 R1C1圖5.20 單級放大電路的上升時間uSuO1.00.90.10trt1t2tOSuU（a）（b）oS(1)tRCuUe（1）上升時間）上升時間t roS(1)tRCuUe 定義上升時間定義上升時間t r來表示前沿失真，來表示前沿失真，上升時間上升時間t r是指是指輸出電壓從終始值的輸出電壓從終始值的10%上升到上升到90%所需的時間所需的時間。 11( )10.1tORCSuteU 10.9tRCe22