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1、1第四章第四章 频率响应频率响应2（1）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有）待放大的信号不一定是单一频率的，而是有一定的频率范围。如公众电话网语音信号频带宽一定的频率范围。如公众电话网语音信号频带宽度：度：300 3400 Hz；视频信号：；视频信号：25Hz6MHz。 （2）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间）实际的放大器中存在电抗元件（管子的极间电容：电容：Cbe，Cbc，以及电路的耦合电容，分布电，以及电路的耦合电容，分布电容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放容引线电感等）使得放大器对不同频率的信号放大倍数和延迟时间不同。大倍数和延迟时间不同。由此产生的失真称为由此产生的失
2、真称为频率失真频率失真。前几章的讨论中，我们把放大器的增益看作前几章的讨论中，我们把放大器的增益看作是与频率无关的参量，但实际上：是与频率无关的参量，但实际上：3频率失真频率失真属于属于线性失真线性失真。振幅频率失真：振幅频率失真：由于放大倍数随频率变化而引起由于放大倍数随频率变化而引起的失真。（对不同谐波的放大能力不同）的失真。（对不同谐波的放大能力不同）相位频率失真：相位频率失真：放大器对不同频率分量信号的延放大器对不同频率分量信号的延迟不同所引起的失真。迟不同所引起的失真。4.1 放大电路的频率响应和频率失真放大电路的频率响应和频率失真4项项 目目线性失真线性失真非线性失真非线性失真不不
3、同同点点起起因因由电路中的线性电抗元件由电路中的线性电抗元件引起（如引起（如L、C）由电路中的由电路中的非线性元件非线性元件（如：三极（如：三极管）引起管）引起结结果果只会使各频率分量信号的只会使各频率分量信号的比例关系和时间关系发生比例关系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分变化，或滤掉某些频率分量的信号，但量的信号，但不会产生新不会产生新的频率分量信号的频率分量信号能产生新的能产生新的频率分量的频率分量的信号信号相相 同同 点点 使输出信号产生畸变使输出信号产生畸变线性失真与非线性失真的比较线性失真与非线性失真的比较54.1.1放大电路的幅频响应和幅频失真放大电路的幅频响应和幅频失真（a）
4、理想幅频特性）理想幅频特性 （b）直接耦合放大电路的幅频特性）直接耦合放大电路的幅频特性（c）阻容耦合放大电路的幅频特性）阻容耦合放大电路的幅频特性6图图53实际的放大器幅频响应实际的放大器幅频响应 上限频率上限频率fH：为高频区放大倍数下降为中频区的为高频区放大倍数下降为中频区的0.707时所对应的频率。时所对应的频率。 下限频率下限频率fL：为低频区放大倍数下降为中频区的为低频区放大倍数下降为中频区的0.707时所对应的频率。时所对应的频率。 7通频带通频带BW： BW=fH-fLfH 表征放大器的线表征放大器的线性失真许可范围内的信号频带宽度。性失真许可范围内的信号频带宽度。 8增益频带
5、积增益频带积中频区增益中频区增益AuI与通频带与通频带BW是放大器的两个是放大器的两个重要指重要指标标，希望两者越大越好，但两者往往又是一对，希望两者越大越好，但两者往往又是一对矛盾矛盾的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性的指标，所以又引进增益频带积来表征放大器的性能。能。9 图图4.1.3 相频特性相频特性4.1.2 放大电路的相频响应和相频失真放大电路的相频响应和相频失真相频不失真条件：相频不失真条件：104.1.3 波特图波特图波特图波特图是一种采用对数坐标且进行折线化近是一种采用对数坐标且进行折线化近似的频率特性曲线。似的频率特性曲线。波特图由对数幅频特性和对数相频特性组成。波
6、特图由对数幅频特性和对数相频特性组成。横轴采用对数刻度横轴采用对数刻度lgf，幅频特性纵轴采用，幅频特性纵轴采用20log|Au|表示，单位是分贝（表示，单位是分贝（dB)。相频特性的纵轴用。相频特性的纵轴用 表示。表示。以高通电路为例，说明波特图的画法。以高通电路为例，说明波特图的画法。11RC高通网络高通网络（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：12RC高通网络的近似波特图高通网络的近似波特图f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40最大误差最大误差 -3dB斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应
7、：幅频响应：20dB/十倍频十倍频13 可见：当频率较高时，可见：当频率较高时，AU 1，输出与输入电压之间的相，输出与输入电压之间的相位差位差=0。随着频率的降低，。随着频率的降低， AU 下降，相位差增大，且输出下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前电压是超前于输入电压的，最大超前90o。 其中，其中，fL为下限截止频率。为下限截止频率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频十倍频相频响应相频响应f0.01fL00.1fL fL10fL904514低通网络低通网络（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频
8、响应：相频响应：15RC低通电路的近似波特图低通电路的近似波特图最大误差最大误差 -3dB0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程16相频响应相频响应 可见：当频率较低时，可见：当频率较低时，AU 1，输出与输入电压之间的相，输出与输入电压之间的相位差位差=0。随着频率的提高，。随着频率的提高， AU 下降，相位差增大，且输出下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。 其中其中fH是上限截止频率。是上限截止频
9、率。 f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10fH100fH-45-9017结论：结论： (1)电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常电路的截止频率决定于电容所在回路的时间常数。数。 (2)当信号频率等于下限频率当信号频率等于下限频率fL或上限频率或上限频率fH时，放时，放大电路的增益下降大电路的增益下降3dB，且产生，且产生+45o或或- 45o相移。相移。 (3)近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示近似分析中，可以用折线化的近似波特图表示放大电路的频率特性。放大电路的频率特性。184.2 晶体管的高频小信号模型和高频参数晶体管
10、的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管高频小信号模型晶体管高频小信号模型图图4.2.1 晶体管的高频小信号混合晶体管的高频小信号混合等效电路等效电路 194.2.2 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 1.共射短路电流放大系数共射短路电流放大系数(j)及其上限频率及其上限频率fgmUbeIbe202122ffTf010| (j )|0.707023二二. 特特征征频频率率fT定义：定义： |(j) |下降到下降到1所对应的频率。所对应的频率。 因此：因此：24三、共基短路电流放大系数三、共基短路电流放大系数(j)及及f25例例 4.2.1 由手册查得某晶体管在工作点由手册查得某晶体管在工作
11、点ICQ=5mA，UCEQ=6V时的参数为：时的参数为： 0=150，rbe=1k ，UA=250V，fT=350MHz，Cbc=4pF，画出该晶体管的高频混，画出该晶体管的高频混合合 型模型，并标出参数值。型模型，并标出参数值。解：由解：由ICQ可以求出可以求出re所以所以 由此可得由此可得 26v又因为又因为 所以所以 则：则：得高频混合得高频混合 型模型，如型模型，如图图4.2.4所示。所示。274pF2200.7884.7pF50k0.19Ube图图 4.2.4 例例4.2.1的高频混合的高频混合 型模型型模型284.3 晶体管放大器的频率响应晶体管放大器的频率响应4.3.1共射放大器
12、的频率响应共射放大器的频率响应RsC1RB2RB1REC3C2RCRLUo.Us.UCC图图4.3.1 共射放大器及其高频小信号等效电路共射放大器及其高频小信号等效电路(a)电路电路一、高频响应一、高频响应29(b)等效电路等效电路(设设RB1RB2R i)rbebrbbRsUsrceRCRLUo.beRLCbcCbecUbegm.4.3.1 共射放大器及其高频小信号等效电路共射放大器及其高频小信号等效电路30 二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型NA (j) U1U2ZI2U2I1U1Z1Z2 图图57密勒定理及等效阻抗密勒定理及等效阻抗(a) 原
13、电路原电路31(b)等效后的电路等效后的电路 NA (j) U1U2I2U2I1U1Z2Z1 图图57密勒定理及等效阻抗密勒定理及等效阻抗323334rbb RsUs.rbe Cbe CMbCM RLUo.beUbe gm.c(a)单向化模型单向化模型35rbb RsUs.rbe Cbe CMbCM RLUo.beUbe gm.c(a)单向化模型单向化模型用代维南等效进一步简化电路：用代维南等效进一步简化电路：36UbegmRLUo.Us.RsCiUbe.(b)进一步的简进一步的简化等效电路化等效电路 用代维南等效进一步简化电路：用代维南等效进一步简化电路：37三、高频增益表达式及上限频率三、
14、高频增益表达式及上限频率3839|Au(j )|0.707|AuIs|AuIs|HH004590( j )|Au(j )|H0045900.01H0.1H10H402020 dB/10倍频程倍频程(a)(b)(c)(d) (H) 45图图59考虑管子极间电容影响的共射放大器频率响应考虑管子极间电容影响的共射放大器频率响应 (a)幅频特性；幅频特性；(b)相频特性；相频特性； (c)幅频特性幅频特性渐近渐近波特图；波特图； (d)相频特性相频特性渐近渐近波特图波特图 40图图523电路电路二、共射放大电路的低频响应二、共射放大电路的低频响应41阻容耦合共射放大器及其低频等效电路阻容耦合共射放大器
15、及其低频等效电路 低频等效电路低频等效电路42阻容耦合共射放大器及其低频等效电路阻容耦合共射放大器及其低频等效电路 简化低频等效电路简化低频等效电路43一、一、C1、E对低频特性的影响对低频特性的影响14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路44C1、E对低频特性的影响对低频特性的影响14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路4514 四月 2022B0400041S 模拟电子线路46 3. C2对低频响应的影响对低频响应的影响图图4.3.6 C2对低频响应影响的等效电路对低频响应影响的等效电路14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路47(C2引入的下限角频率引
16、入的下限角频率) 14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路48(中频源增益中频源增益) 总低频增益总低频增益14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路49图图4.3.7共射放大电路完整的频率响应波特图共射放大电路完整的频率响应波特图 14 四月 2022B0400041S 模拟电子线路50思考题思考题1.线性失真与非线性失真有何差异？线性失真与非线性失真有何差异？2.晶体管的频率参数晶体管的频率参数f、fT、f的含的含义义如何如何？三者？三者的关系如何？的关系如何？3.共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降共射放大电路在高频区和低频区放大倍数下降的原因是什么？的原因是什么？515253|Au(j)|0.707|AuIs|AuIs|450L450L90(a)(b)(j图图524 阻容耦合放大器阻容耦合放大器C1及及CE引入的低频响应引入的低频响应 54 二、二、C2对低频响应的影响对低频响应的影响图图525 C2对低频响应影响的等效电路对低频响应影响的等效电路5556(中频源增益中频源增益) (C2引入的下限角频率引入的下限角频率) 式中：式中： 57 三、讨论三
