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1、5.1 频率特性的基本概念,第 5 章,放大电路的频率特性,5.4 多级放大器的频率特性,小结,5.3 放大电路的频率特性,5.2 高频小信号混合 等效电路,5.1放大电路的频率特性,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,5.1.1 放大电路频率特性的基本概念,Rs,Us,+,-,Uo,+,-,1.频率特性,Au( f ) 幅频特性,( f ) 相频特性,0.707Aum,f L 下限截止频率,f H 上限截止频率,2. 频带宽度(带宽)BW(Band Width),BW = f H - f L f H,3频率失真,幅频失真:,通频带不够宽，而输入信号
2、的频谱分布又很广，那么输入信号的不同频率成分，就会得不到同倍数的放大， 输出波形就会产生失真,放大倍数模的不同所造成的失真.,相频失真 :,附加相移不同而造成的失真,两种失真总称频率失真,电路中由于线性的电抗元件，,引起的频率失真 ，,叫做线性失真。,5.1.2 放大电路频率特性的研究方法,1.三个频段的划分,（1).中频区(段),特点:Aus与f无关,与f无关,原因:不考虑电路中,电容的影响,（2).低频区(段),特点:Aus与f有关(f下降Aus也下降,与频率有关),原因:由于C1和C2的存在,在频率比较低时,电容所产生的容抗不可忽略,使输出电压下降.,所以Aus下降,（3).高频区(段)
3、,特点:Aus与f有关(f增大Aus下降,与f有关),原因:由晶体管的极间电容的存在,分布电容的存在引起,2.研究方法,分频区用等效电路法分析计算,（1）中频区前边已经讲过用H参数微变等效电 路分析计算,（2）.低频区用中频区的等效电路并把C1和C2的影响考虑进去,画出等效电路,进行分析计算,（3）.高频区晶体管的H参数模型不能采用,因为没有考虑晶体管的极间电容的作用.所以首先介绍晶体管的高频小信号模型.,5. 2 晶体管的高频物理模型 -混合等效电路,一.混合等效电路的引出,由晶体管的结构引出物理模型，形状像。,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 集电区,发射极 E, 发射区,r
4、 bb-基区电阻几欧几百欧,r be-发射结电阻与工作点Q有关,r bc-集电结电阻 一般在几兆以上,可以看作无穷大,r c和re可以忽略不计,Cbc-集电结电容 可以用C来表示,Cbe-发射结电容可以用C 来表示,r ce-输出电阻一般在几百K欧以上,可以看作,gmUbe-发射结电压控制集电结电流,gm-跨导,be,连接了输入回路和输出回路,二.混合等效电路的单向化,根据密勒定理,其中，,根据密勒定理,根据密勒定理,其中，,一般 ， 所以,一般可忽略,密勒定理,设有一个具有n个节点的线性电路，其中节点0为参考点。而节点1和节点2之间有一阻抗Z相接，如图1所示。,图1,图2,设 ，,则等效电路
5、如图2所示。,其中：,三.混合参数和H参数的关系,？,四. 的频率响应,(1)频率响应, = 0.7070,f 共发射极截止频率,fT 特征频率, = 1,可求得：,(2)特征频率fT及其与f 、 的关系,f = fT 时，由式,将 和 的表达式代入上式整理即可得到,混合等效电路及其参数,晶体管的频率参数,共射截止频率,共基截止频率,特征频率,集电结电容,f 比 f 高很多,5.3 放大电路的频率响应,一、研究方法,分频段研究法,1.中频区的频率响应 ffH ffL,(1). 微变等效电路,C1看作短路 C看作开路,(2). 写出Ausm的表达式,二、频率响应,(3).写出表达式的模和相位,2
6、.低频区的频率响应 ffL,(1) 微变等效电路 C看作开路,(2) 写AusL的表达式,式中 Ri = Rb / rbe,输出电压,低频电压放大倍数,低频时间常数为：,下限(-3 dB)频率为：,则,(3)写出表达式的模和相位,3.高频区的频率响应 ffH,(1).微变等效电路,C1看作短路,(2) 写出AusH的表达式,(3) 写出表达式的模和相位,的对数幅频特性和相频特性,高频段最大附加相移为-90度,3.波特图的画法,(1).坐标轴的选择,1).幅频响应 纵轴用分贝 横轴用对数表示的频率,2).相频响应 纵轴用度 横轴用对数表示的频率,(2).中频区的画法,设:,(3).高频区的画法,
7、(4).低频区的画法,将中频段 、低频段和高频段画在同一张图上就得到了 如图所示的完整的频率特性（波特）图 。,共射电路完整波特图,可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即,4.完整的单管共射电路频率响应,5.几点说明,(1) 按照规律画波特图,1) 计算Ausm,2） 由三段直线构成幅频特性。,中频段：对数幅值 = 20lg,低频段： f = fL开始减小，作斜率为 20 dB/十倍频直线；,高频段：f = fH 开始增加，作斜率为 20 dB/十倍频直线。,（2）如果同时考虑耦合电容 和 ，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个转折频率,如果二者之间的比值在45倍以上，则可取较大
8、的值作为放大电路的下限频率。否则，应该可以用下节介绍的方法处理。,3） 由五段直线构成相频特性。,（3）晶体管的射极上接有射极电阻 和旁路电容 ，而且 的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由 又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，它往往是决定低频响应的主要因素。,例3 求如图所示电路的上限截止频率、下限截止频率。,C2、Ce短路， 开路，求出,C1、Ce短路， 开路，求出,C1、C2短路， 开路，求出,C1、 C2、 Ce短路，求出,因为一般有,所以,该电路频率响应表达式为,（4） 共基和共集放大电路的高频响应,共基放大电路的上限截止频率很大，适用于高频和宽带放大电路。,共集放
9、大电路的上限截止频率也较大，高频响应特性也较好。,讨论二,直接耦合放大电路的频率响应？,例 4 已知某电路的波特图如下所示，试写出 的表达式。,例5 某放大电路的频率响应表达式为 （1）中频电压放大倍数、上、 下限转折频率各为多少? （2）画出波特图,fL=5Hz fH=10kHz,变换表达式时注意要使变换后的fLfH,解：要按照标准形式变换表达式。,三、 放大电路频率的改善和增益带宽积,1.对放大电路频率响应的要求,只有在通频带的范围内,放大电路的电压放大倍数才有不变的幅值和相位，才能对不同频率的信号进行同样的放大。否则就要产生频率失真。 频率失真又分为：“幅值失真”和“相位失真”,频率响应
10、的要求是： 放大电路的 要低于输入信号中的最低频率分量； 要高于输入信号中的最高频率分量。,2.对放大电路频率响应的改善,（1）减小 改善低频响应 方法：加大C1、C2和CE 或采用直接耦合,（2）增大 改善高频响应 方法： 减小 C、 C 或采用高频管,（3）引入负反馈,3.放大电路的增益带宽积,定性分析,fbw fH fL fH,当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。,当管子和信号源选定后，放大电路的增益带宽积就是一个常数。如果通频带扩大几倍，则电压放大倍数就减小同样的倍数。 为了既要通频带宽又要电压放大倍数高，则应选 和 都很小的高频管，必要时需采用共基电路。,定量分析:
11、,若rbeRB， RsRB， ，则可以证明,约为常量,根据,5.4 多级放大器的频率响应,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。,6dB,3dB,fL,fH,fL fL1， fH fH1，频带变窄！,5.4.1 多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的高频增益表达式为,|AuI|=|AuI1|AuI2|AuIn|,5.4.2 多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为,解得多级放大器的下限角频率近似式为,一、小信号频率参数,1. 开环带宽BW,BW = f H,5.4.3 集成运算放大器高频参数,增益带宽积,= A
12、ud f H,fH 为开环增益下降 3 dB 时的频率,通用型集成运放带宽较窄(几赫兹),2. 单位增益带宽 BWG,BWG = f T,运放闭环工作时，,f T 为开环增益下降至 0 dB(即Aud = 1)时的频率,增益带宽积,= 1 f T,= f T,= BWG,= Aud f H,BWG = Aud BW,BWG = Auf BWf,如 741 型运放: Aud = 104，BW = 7 Hz，Auf = 10，,则 BWf = 7 kHz。,二、大信号频率参数,1. 转换速率 SR,输入,输出,A 741 为 0.5 V/ s,高速型 SR 10 V/ s,否则将引起输出波形失真,
13、例如：,则：,须使：,SR 2 f Uom,2. 全功率带宽 BWP,输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率,A741,Uom= 10 V,最高不失真频率为 8 kHz。,例6 某电路的各级均为共发射极放大电路，其对数幅频特性如图，试确定其放大倍数，高频转折频率、低频转折频率，写出 的表达式，并求下限、上限截止频率。,解得fH=105kHz。,解：,例7 已知两级共射放大电路的电压放大倍数,求：（1）中频段的电压放大倍数 ，下限、上限截止频率 和 ； （2）画出波特图。,解：,由,得,波特图,例8,1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f 104Hz 时，增益
14、下降多少？附加相移？,已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：,第 5章,小 结,一、频率响应的概念,放大电路对不同频率成分的放大倍数和相位移不同，放大倍数与频率的关系称为幅频特性，相位与频率的关系称为相频特性。,二、简单 RC 电路的频率特性,RC 低通电路,RC 高通电路,RC低通电路的波特图,高通RC电路的波特图,三、晶体管的混合等效电路,四、放大电路频率特性的分析方法,按频段分析；中频段求中频电压放大倍数，高频段求上限频率，低频段求下限频率。,五、多级放大器的频率响应,六. 集成运算放大器高频参数及其影响,小信号 频率参数,开环带宽 BW = fH,单位增益带宽 BWG = Aud BW = Auf BWf = fT,闭环带宽 BWf = fHf,带宽增益积 GBW = Aud BW,大信号动态参数：,转换速率 SR,全功率带宽 BWP,
