放大电路的频率特性分析解析

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1、第三章第三章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性3.2 3.2 三三极管的频率参数极管的频率参数3.3 3.3 单单管共射极放大电路的频率特性管共射极放大电路的频率特性3.4 3.4 多多级放大电路的频率特性级放大电路的频率特性3.1 3.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念3.1 频率特性的一般概念频率特性的一般概念1 1、频率响应、频率响应放大器的电压放大倍放大器的电压放大倍数数 与频率的关系与频率的关系其中：其中： 称为放大器的幅频特性称为放大器的幅频特性 称为放大器的相频特性称为放大器的相频特性2、通频带、通频带: 放大电路对不同频率信号的放大能力放大电路对不同频率信号的放大能力

2、耦合电耦合电容造成容造成三极管结三极管结电容造成电容造成fL下限下限频率频率fH上限上限频率频率通频带：通频带：放大倍数随频率放大倍数随频率变化曲线变化曲线幅幅频特性曲线频特性曲线fBW= fH fL3、频率失真、频率失真q 幅频失真和相频失真总称幅频失真和相频失真总称频率失真频率失真频率失真频率失真，线性失线性失真真q 因放大电路对不同频率信号的因放大电路对不同频率信号的放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数不同，不同，使输出波形产生的失真使输出波形产生的失真幅度频率失真幅度频率失真幅度频率失真幅度频率失真（幅频失真）（幅频失真）q 放大电路对不同频率信号的放大电路对不同频率信号的相移相移相移相移

3、不同，使输出波不同，使输出波形产生失真形产生失真相位频率失真相位频率失真相位频率失真相位频率失真（相频失真）（相频失真）图图 频率失真频率失真4、分析方法、分析方法q 由由对数幅频特性对数幅频特性和和对数相频特性对数相频特性两部分组两部分组成成;q 横轴横轴 f 采用对数坐标采用对数坐标 ;q 幅频特性的纵轴采用幅频特性的纵轴采用20lg|u|，单位是分贝单位是分贝(dB);q 相频特性的纵轴仍用相频特性的纵轴仍用 表示表示。用用近似折线近似折线代替实际曲线代替实际曲线画出的频率特性曲线称画出的频率特性曲线称为为波特图波特图波特图波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。是分析放大电路频率响应

4、的重要手段。波特图波特图1. 1. RC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：（一）无源（一）无源RC电路的频率响应电路的频率响应（2） RC高通网络的波特图高通网络的波特图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：幅频响应：20dB/十倍频十倍频 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输出与输入电压之间的相位差相位差=0。随着频率的降低，。随着频率的降低， AU 下降，下降，相位差增大，

5、且输相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前出电压是超前于输入电压的，最大超前9090o o。 其中，其中，fL L是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为下限截止频率下限截止频率。f0.01fL00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频十倍频相频响应相频响应f0.01fL00.1fL fL10fL90452. 2. RC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：相频响应：相频响应：（2） RC低通电路的波特图低通电路的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

6、 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位差输出与输入电压之间的相位差=0。随。随着频率的提高，着频率的提高， AU 下降，相位差下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后的，最大滞后9090o o。 其中其中fH H是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为上限截止频率上限截止频率。 f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0fH10f

7、H100fH-45-90这种对数频率特性曲线称为波特图这种对数频率特性曲线称为波特图3.2 三极管的频率参数三极管的频率参数 (34)(33)的幅频特性1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数的截止频率的截止频率f 将 值下降到0的0.707倍时的频率f定义为三极管的共射极截止频率。按公式(3 4)也可计算出, 当f=f时, 2. 特征频率特征频率fT 定义 值降为1时的频率fT为三极管的特征频率。 将f=fT和 代入(3 4)式, 则得由于通常fTf1, 所以上式可简化为fT0f上式表示了fT和f的关系。 3. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数的截止频率的截止频率f 定义当 下降为

8、中频0的0.707倍时的频率f为共基极截止频率。 (37)f、f、 fT之间有何关系? 将式(3 3)代入式(3 7)得一一.BJT.BJT的混合的混合型模型型模型混合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。型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。 rbb 基区的体电阻基区的体电阻1.BJTBJT的混合的混合型模型型模型rbe发射结电阻发射结电阻 b是假想的基区内的一个点。是假想的基区内的一个点。Cbe发射结电容发射结电容rbc集电结电阻集电结电阻Cbc集电结电容集电结电容受控电流源，代替了受控电流源，代替了3.3 3.3 单管共射极放大电路的频率特性单管共射极放大电路的频

9、率特性 （2）用）用 代替了代替了 。因为。因为本身就与频率有关，本身就与频率有关，而而gm与频率无关。与频率无关。2.2.BJTBJT的混合的混合等效电路等效电路特点：特点：（1）体现了三极管的电容效应体现了三极管的电容效应+CbccbeCreg+bbbbemubberbcruberceube+uce+icibrbc很大，可以忽略。很大，可以忽略。rce很大，也可以忽略。很大，也可以忽略。3 3、简化的混合、简化的混合等效电路等效电路+c+ui+beiubcubeCbecerubmbgebe+bbrcCbeb低频时，忽略电容，混合低频时，忽略电容，混合 模型与模型与微变等效电路微变等效电路所

10、以所以4. 混合混合参数的估算参数的估算由：由：又因为又因为从手册中查出从手册中查出所以所以5. BJT的频率参数的频率参数f、 fT 根据根据定义：定义： 将将c c、e e短路。短路。得：得：其中：其中： 做出做出的幅频特性曲线：的幅频特性曲线：当当=1时对时对应的频率应的频率 当当20lg下降下降3dB时对应的频率时对应的频率ff00-20dB/十倍频程十倍频程fT当当fT f 时时, 可得：可得： fT 0 f f共发射极截止频率共发射极截止频率fT特征频率特征频率二. 阻容耦合共射放大电路的频率响应 对于如图所示的共射放大电路，对于如图所示的共射放大电路，分低、中、高三个频段加以研究

11、。分低、中、高三个频段加以研究。 图图3.11 中频等效电路中频等效电路1.1.中频段中频段2.2. 隔隔直直电电容容ClCl的的容容抗抗认认为为交交流流短短路路；三三极极管管极极间间电电容容的的容容抗抗可可以以视视为为交交流流开开路路。总总之之，在在中中频频段段可可将将各各种种容容抗抗的的影影响响忽忽略略不不计计，可可得得到到阻阻容容耦耦合合单单管管共射极放大电路的中频等效电路，如图共射极放大电路的中频等效电路，如图3.113.11所示。所示。式中 由图可得跨导故图图3.12 低频等效电路低频等效电路2. 低频段 当频率下降时，由于隔直电容的容抗增大，将使电压放大倍数降低，所以在低频段必须考

12、虑C1的作用。而三极管的极间电容并联在电路中，此时可认为交流开路，因此，低频等效电路如图3.12所示。由图可见，电容Cl与输入电阻构成一个RC高通电路。由图可得其中则放大倍数为由上表达式可以看出，低频时间常数为：低频段的下限(一3dB)频率为：代入后得 可以看出，下限频率主要决定于低频时间常数，C1与Rs+Ri的乘积愈大，则fL愈小，即放大电路的低频响应愈好。共射放大电路低频段的波特图共射放大电路低频段的波特图幅频响应幅频响应 ： 相频响应相频响应 ： f0.01fL-1800.1fL fL10fL-90-135f0.01fL0.1fL fL10fL20dB/十倍频十倍频 在高频段，耦合电容在

13、高频段，耦合电容C1、C2可以可视为短路可以可视为短路，三极管三极管的极间电容不能忽略的极间电容不能忽略。这时要用混合这时要用混合等效电路等效电路，画出高频等效电路如图所示。，画出高频等效电路如图所示。3. 高频段高频段用用“密勒定理密勒定理”将集电结电容单向化。将集电结电容单向化。用用“密勒定理密勒定理”将集电结电容单向化：将集电结电容单向化：其中：其中：用戴维南定理将用戴维南定理将C左端的电路进行变换：左端的电路进行变换： 忽略忽略CN，并将两个电容合并成一个电容并将两个电容合并成一个电容: 得简化的高频等效电路。得简化的高频等效电路。其中：其中：可推出高频电压放大倍数：可推出高频电压放大

14、倍数：其中：其中：其中：其中： 该电路有该电路有 一个一个RC低通环节。低通环节。有上限截止频率：有上限截止频率：共射放大电路高频段的波特图共射放大电路高频段的波特图幅频响应幅频响应 ： 相频响应相频响应 ： f0.1fH-180fH10fH100fH-225-270f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍频程十倍频程4. 完整的共射放大电路的频率响应完整的共射放大电路的频率响应f-180fHfL-225-270ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135-9020dB/十倍频程十倍频程多级放大电路：多级放大电路：一、多级总电压增益一、多级总电压增益对数形式：对数形式：高频：含多个

15、高频：含多个C ，有多个低通电路，有多个低通电路，低频：含多个低频：含多个C，有多个高通电路。有多个高通电路。 3.4多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应二、两级放大电路的波特图二、两级放大电路的波特图放大电路的下限频率高于任一级下限频率；放大电路的下限频率高于任一级下限频率；放大电路的上限频率低于任一级上限频率；放大电路的上限频率低于任一级上限频率；放大电路的级数越多，通频带越窄。放大电路的级数越多，通频带越窄。放大电路的通频带小于任一级通频带放大电路的通频带小于任一级通频带结论结论三、多级放大电路总的上下限截止频率三、多级放大电路总的上下限截止频率下限频率下限频率: 上限频率上限频率: 当多级放大电路为两级，参数相同时：当多级放大电路为两级，参数相同时：放大电路的放大电路的耦合电容耦合电容是引起是引起低低频响应的主要原因；频响应的主要原因；三极管的三极管的结电容结电容和和分布电容分布电容是引起放大电路是引起放大电路高高频响频响应的主要原因；应的主要原因；结论结论为展宽频带，可选用为展宽频带，可选用高频管高频管；还可采用；还可采用共基电路共基电路。