放大电路的频率响应与滤波电路

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1、1.为什么要讨论频率响应？如何制定一个RC网络的频 率响应？如何画出频率响应曲线？2.晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗 ？ 为什么？3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何 确定放大电路的通频带？4.滤波电路有哪些种类？分别有什么特点？应用在什么场 合？有哪些性能指标？如何描述它们的特性？5.由集成运放组成的有源滤波电路中一定要引入负反 馈吗？能否引入正反馈？为什么？CH6 放大电路的频率响应与滤波电路频率响应放大器的电压放大倍数与频率的关系其中： 称为放大器的幅频响应称为放大器的相频响应 6.1 共发射极放大电路的频率响应6.1.1 频率响应概述1.频率响应的概念

2、通频带为：（1）频率响应表达式：幅频响应：相频响应：2. RC低通电路频率响应(frequency response)C1VoR1+. V i+.最大误差 -3dB0分贝水平线斜率为 -20dB/十倍频程 的直线幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程-3dB相频响应其中fH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。 f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45-90这种对数频率特性曲线称为波特图(bode plot)，-3dB（1）频率响应表达式：幅频响应：相频响应：3. RC高通电路频率响应

3、C2VoR2+.Vi+.f0.01fL 00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频f0.01fL00.1fL fL10fL9045其中，fL是一个重要的频率点，称为下限截止频率。幅频响应：相频响应：（2） RC高通电路的波特图6.1.2 共射极放大电路的低频段频率响应1 中频段所有的电容均可忽 略。可用h参数等效电路分析中频电压放大倍数：C1RcRb2+VCCC2RL+Ceuo Rb1 Reui2 输入耦合电容C1对低频特性的影响在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。该电路有 一个RC高通环节。有下限截止频率：可推出低频电压放大倍数：共射放大电路低频段的

4、波特图幅频响应 ： 相频响应 ： f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135f 0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频3 输出耦合电容C2对低频特性的影响该电路有 一个RC高通环节。有下限截止频率：可推出低频电压放大倍数：4 旁路电容Ce对低频特性的影响该电路有 一个RC高通环节。有下限截止频率：可推出低频电压放大倍数：6.1.3 高频段频率响应的分析1. 分布参数C0的影响分布电容包括放大管的输出电容，电路引线间或引线对地的电容，右侧负载电 容等。其电容容量很小，在工作频率很高的时候对电路有一定影响。该电路有 一个RC低通环节。有上限截止频率：可推出高频电压放

5、大倍数：幅频响应 ： 相频响应 ： f0.1fH -180fH10fH100fH-225-270f 0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程共射放大电路高频段的波特图2. BJT的高频小信号模型及频率参数1）混合型高频小信号模型通过三极管的物理模型而建立rbb 基区的体电阻rbe发射结电阻b是假想的基区内的一个点。Cbe发射结电容rbc集电结电阻Cbc集电结电容受控电流源，代替了模型的简化+CbccbeCreg+bbbbe mVbberVbeVbe+Vce+IcIb.rbc很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。2）BJT高频小信号模型中元件参数值的获得低频时，忽略电容，混合模型与

6、H参数模型等效所以由：.+IVbcc+bbe+IrcebeVeib.+bebbceVr m+g VrbIbcbeebeI+cbe Vb+ V.又因为从手册中查出所以+IVbcc+bbe+IrcebeVe ib.+bebbceVr m+g VrbIbcbeebeI+cbe Vb+ V.3）BJT的频率参数根据定义： 将c、e短路。得:+eV+VbbbbeIrbeC+CbebebccVmbbebgrIc.做出的幅频特性曲线：当=1时对 应的频率当20lg下降3dB 时对应的频率ff0-20dB/十倍频程fTf共发射极截止频(3-dB frequency) fT特征频率(transition fre

7、quency )其中：当fT f 时, 可得： fT 0 f因为所以则有以及可见， 比 高得多，等于 的 倍。由 此可以理解，与共射组态相比，共基组态的频率响应比 较好。 综上所述，可知三极管的三个频率参数不是独立的 ，而是互相有关，三者的数值大小符合以下关系： 用混合等效电路，画出高频等效电路如图所示。4）BJT结电容对高频特性的影响高频段用“密勒定理”将集电结电容单向化。用“密勒定理”将集电结电容单向化：其中：用戴维南定理将C左端的电路进行变换：忽略CN，并将两个电容合并成一个电容: 得简化的高频等效电路。其中：可推出高频电压放大倍数：其中：其中：该电路有 一个RC低通环节。有上限截止频率

8、：f-180fHfL -225-270f fHfL-20dB/十倍频程-135-9020dB/十倍频程6.1.4 共射放大电路整个频段的电压增益表达式和波特图（1）通频带：（2）带宽-增益积：fbwAumBJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数频率失真由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失 真。两个频率响应指标：f-180fHfL-225 -270f fHfL-20dB/十倍频 程-135-9020dB/十倍频程6.2 共集电极、共基极放大电路的频率响应6.2.1 共集电极放大电路的频率响应共集电极、共基极放大电路频率响应均优于共发射极 放大电路，因为共集电极电路含有电压串联负反馈，

9、共基极电路存在电流并联负反馈1、低频段的频率响应共集电极放大电路fL比共发射极放大电路低！2、高频段的频率响应共集电极放大电路fH比共发射极放大电路高！分布电容影响结电容影响 无米勒效应 因电压跟随作用米勒效应很小 6.2.2 共基极放大电路的频率响应低频段，共基极电路的输入电阻很低，故fL很大高频段，rbb很小可以忽略，结电容均无米勒效应，故fH很大6.2.3 多级放大电路的频率响应1 多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等 效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如 有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效

10、电路中就含 有多个高通电路。多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图fHfL幅频特性f OfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2 一 级二 级20dB/十倍频40dB/十倍频相频特性270 360fL1fH1fO54018045090一 级二 级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的 通频带为窄。2 多级放大电路的上限频率和下限频率的估算在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数 相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据 即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则 可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理 若某级的上限频率远低于其它各级的上限频

11、率，则可认 为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。例 某放大电路的电压放大倍数的复数表达式为（1）其下限截止频率fL为多少？（2）中频电压放大倍数Aum为多少？解：f2100105-20dB/dec-20dB/dec-40dB/decfL=100HZAum=100例 已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性 如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点， 斜率为-60dB/十倍频程，电 路中应有三个电容，为三级 放大电路。解：（1）低频段只有一个 拐点，说明影响低频特性 的只有一个电容，故电路 的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)H

12、z=106KHz（3）电压放大倍数例 分别求出如图所示Q 点稳定电路中C1 C2和Ce 所确定的下限频率的表 达式及电路上限频率表 达式。C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1Reui图 阻容耦合的静态工作点稳定电路b解：交流等效电路图 Q点稳定电路的交流等效电路1.考虑C1对低频特性的影响(b) C1所在回路的等效电路2.考虑C2对低频特性的影响(c) C2所在回路的等效电路3.考虑Ce对低频特性的影响(d) Ce所在回路的等效电路4.考虑结电容对高频特性的影响(e)结电容所在回路的等效电路比较C1、C2、Ce所在回路的时间 常数1、2、e,当取C1C2 Ce时，e将远小于1,2，即

13、fLe 远大于fL1和fL2因此，fLe就约为电路的下限频 率。6.4 滤波电路的基础知识一、滤波电路的种类： 低通滤波器LPFfpfO通阻ffpO通阻f1fO通通阻 f2fO通阻阻 f1f2高通滤波器HPF 带通滤波器BPF带阻滤波器BEF滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声和干扰信号，保留下有用信号。 二、滤波器的幅频特性低通滤波器的实际幅频 特性中，在通带和阻带 之间存在着过渡带。过渡带愈窄，电路的选择性愈好，滤波特性愈理想。图 低通滤波器的实际幅频特性Au0.707AuP的频率为通带载止频率fp输出电压与输入电压之比Aup为通带放大倍数分析滤波电路，就是求解电路的频率特性，即求解

14、Au (Aup ) 、 fp和过渡带的斜率 。6.5 低通滤波器(LPF)6.5.1 一阶低通滤波器 1. 一阶RC低通滤波器(无源)传递函数：截止频率：幅频特性：此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性：0.707H截止频率01|A|2.一阶有源低通滤波器传递函数：通带增益： 截止频率：可见：一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截 止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。1) 通带放大倍数 2）特征频率 3）电压放大倍数 缺点：一阶低通有源滤波器在 f f 0 时，滤波特性不理 想。对数幅频特性下降速度为 20 dB / 十倍频。解决办法：采用二

15、阶低通有源滤波器。3.反相输入一阶有源低通滤波器 令信号频率0， 求出通带放大倍数电路的传递函数1) 通带放大倍数 2）特征频率 3）电压放大倍数 1. 简单二阶电路可提高幅频特性的衰减斜率图 简单二阶低通电路RF图 简单二阶低通电路的幅频特性6.5.2 二阶有源低通滤波器2.压控电压二阶有源低通滤波器传递函数：当 Ao3时，滤波器可以稳定工作 。 此时特性 与Q有关。当Q=0.707时，幅频特性较平坦。当ffH时，幅频特性曲线的斜率 为-40dB/dec。 当Ao3时，源滤波器自激。幅频特性及幅频特性曲线三种类型的有源低通滤波器切比雪夫(Chebyshev)Q=1滤波器的品质因数Q，也称为滤波器的截止特性系数。其值决定于f=fo附近的频率特性。按照f=fo附近频率特性的特点，可将滤波器分为:巴特沃思（Butterworth） Q=0.707贝塞尔（Bessel）Q=0.56图 三种类型二阶LPF幅频特性6-6 高通滤波电路1.无源高通滤波电路6.6.1 一阶高通滤波电路2. 一阶有源高通滤波电路传递函数：通带增益：截止频率：幅频特性：缺点：阻带衰减太慢。01+Rf/R1 0.707(1+Rf/R1)L|