1、第五章 放大电路的频率特性,返回目录,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度。,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（15kHZ)，则该放大器是不合格的。若放大器的频率范围远大于15kHZ，则放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MHZ,甚至几十MHZ的宽频带放大电路（如视频信号放大器）,5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法,5.2 单级放大电路的频率响应,5.3 多级放大电路的频率相应,返回,5.1 频率响应的基本概念和基本表示方法,1 频率响应和通频带,2 幅度失真 和相位失真,3 波特
2、图,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：,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,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 的规律。即,幅频特性,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 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， 称为相频特性,1 频率响应和通频带,通频带BW=fH-fL,下限频率,上限频率,阻容耦合放大电路的幅频特性曲线,返回,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 为相位频率失真，简称相频失真。,(动画5-1),2 幅度失真和相位失真,幅度失
3、真,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 生失真，称为幅度频率失真，简称 幅频失真或幅度失真。,相位失真,幅频失真和相频失真都是线性失真。,1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等,2.三极管的()是频率的函数。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模型。,产生频率失真的原因是:,返回,3 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，H.W.Bode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波特图
4、,幅频特性,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,纵坐标用对数刻度，单位为分贝（dB）,相频特性,横坐标采用对数刻度,纵坐标仍用原来的值度（。）,例1：RC低通电路,RC低通电路如图,其电压放大倍数(传递函数)为,波特图画法举例,幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标, fH称为上限截止频率。当ffH时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。在f=fH 处的误差最大，有3dB。,当 时，相频特性将滞后45，并具有 -45/dec的斜率。在0.1 和10 处与实际的相频 特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7。 这种折线化画出的频率特
5、性曲线称为波特图，是 分析放大电路频率响应的重要手段。,由表达式画出幅频和相频的波特图,注意,2 相频特性为三段折线组成： f 10fH时，相频特性为-90的一条水平线； 0.1fH f 10fH时,相频特性为斜率-45/十倍频的斜线；,1 低通电路幅频特性为 两条折线：f fH时，为斜率为-20dB /十倍频的一条斜线；,低通电路波特图的画法,低通电路的放大倍数 的表达式,例2：高通电路,其电压放大倍数 为：,式中,RC高通电路如图,下限截止频率、模和相角分别为,由此可做出如图所示的RC高通电路的波特图。,返回,注意,2 相频特性为三段折线组成： f 10fL时，相频特性为的0一条水平线；
6、0.1fH f 10fH时,相频特性为斜率-45/十倍频的斜线；,1幅频特性为两条折线：f fL时，为0dB的一条水平线；,高通电路波特图的画法,高通电路的放大倍数的表达式,5.2 单级放大电路的频率响应,1 三极管混合型高频小信号等效电路,2 单级共射放大电路的频率响应,返回,1 三极管混合型高频小信号等效电路,（1）物理模型,（2）电流放大系数的频响,（3）用 代替,（4）单向化,返回,混合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,-发射结电容，也用C这一符号,-集电结电阻,-集电结电容，也用C这一符号,（1）物理模型,rbb -基区的体电阻，b是假想的基区内
7、的一个点。,返回,（2） 电流放大系数的频响,从物理概念可以解释随着频率的增高, 将下降。因为,等效电路,是指在 UCE一定的条件下, 在等效电路中可将 CE间交流短路，于 是可作出 等效电路。,由此可求出共射接法交流短路电流放大系数。,可由下式推出,0 =gmrbe 为低频时的,返回,根据这一物理模型可以画出混合型高频小信号模型，如图所示。,高频混合型小信号模型电路,这一模型中用 gm ube代替 ib0 ，这是因为本身与频率有关，而gm= 0/rbe ， gm是与频率无关的0和rbe的比，因此gm与频率无关。,（3）用 代替,若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。,gm称为跨导，
8、还可写成,返回,在型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc 。可以将Cbc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。,（4）单向化,输入侧,由上图，有,由下图，有,由（1）式=（2）式，得,由于C C, C的容抗远大于rce,可忽略C,输出侧,由上图，有,由下图，有,由（1）式=（2）式，得,若忽略C的容抗，,返回,2 单级共射放大电路的频率响应,(1) 无射极旁路电容的共射放大电路的频率响应,(2) 有射极旁路电容的共射放大电路的频率响应,返回,a 中频段,中频段时，耦合电容和旁路电
9、容可视为短路，杂散电容和结电容可看成开路，微变等效电路中无电容，为,(1) 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,b 低频段,低频段时，耦合电容和旁路电容不可视为短路，杂散电容和结电容仍可看成开路，微变等效电路中无电容，为,低频段的频率特性为,c 高频段,高频段，耦合电容和旁路电容可视为短路，杂散电容和结电容不可看成开路,高频段的频率特性为,4 完整的表达式和波特图,返回,(2) 有交流射极电阻的共射放大电路的频率响应,a 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,忽略Rb,b 低频段,忽略Rb 、Re,将Ce折合到基极，折合到输出端的电容可忽略,将输出端RC
10、以前等效为电压源,（动画5-2）,c 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,（动画5-3）,设fL1fL2，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,返回,5.3 多级放大电路的频率相应,对于多级放大电路,其幅频特性为,相频特性为,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 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,上限频率近似公式,下限频率近似公式,另外，当某级的上限频率比其他各级小的多时（一般在5倍以上） ，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5倍以上），总的下限频率近
11、似等于该级的下限频率。,例：已知单级共发射极放大电路的幅频特性如图所示，（1）求放大电路的中频电压放大倍数、下限频率和上限频率。（2）画出相频特性波特图,解：（1）从图中可读出,放大电路的中频电压放大倍数为,下限频率为,上限频率,（2） 画相频特性波特图,2 画低频段波特图，：当频率小于0.1fL时，波特图为 =-180 +90= -90的水平线，图中的AB段。频率在0.1fL到10fL时，波特图为斜率为-45/十倍频的斜线。,3 画高频段波特图，：当频率大于10 fH时，波特图为 =-180 - 90 =-270 的水平线，图中的AB段。频率在0.1fH到10fH时，波特图为斜率为-45/十
12、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 中频段放大倍数的相位为-180，首先画出中频段的 相频特性：从10fL到0.1 fH，= -180 ，图中的BC段。,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fL1=10Hz，上限频率fH1=20kHz；第二级的中频电压放大倍数 Au2= -10 、下限频率fL2=100Hz，上限频率fH2=150kHz；（1）求放大电路的总的中频电压放大倍数。（2）写出电压放大倍数表达式。（3）画出幅频特性、相频特性波特图。,解（1）放大电路的总的中频电压放大倍数为：,（2）放大电路的电压放大倍数表达式为：,根据表达式,（2）画出幅频特性,画出单级 的幅频特性， 再叠加,先画出单级的相频特性，再叠加,画出相频特性,几点结论：,1.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低频时间常数中较小的一个决定；,2.三极管的结电容和分布电容是引起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个决定；,4.CB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CE组态要高许多。,返回,第七章 结束,返回,
