放大電路的頻率響應

1、重慶理工大學重慶理工大學 在放大電路中，由于耦合電容和旁路電容的存在，由于耦合電容和旁路電容的存在，如果信號頻率比較低了，那么它的容抗也就比較大，這時候的耦合電容和旁路電容再不能看成是短路的了，在耦合電容和旁路電容上要產生了交流信號的損失。放大電路的電壓放大倍數(shù)要減小，而且這時候它會產生相移。 同樣的，同樣的，由于三極管結電容存在由于三極管結電容存在，當信號的頻率比較高的時候，結電容的容抗就不能看成是無窮大了，這就會使得發(fā)射結所得到的電壓會變小，放大器的電壓放大倍數(shù)在信號頻率比較高的時候，它的數(shù)值將要減小，而且還要產生相移。 任何一個放大電路的電壓放大倍數(shù)都是頻率的函數(shù)任何一個放大電路的電壓放

2、大倍數(shù)都是頻率的函數(shù)。所謂的頻率特性頻率特性，指的就是這種函數(shù)關系。我們把在低頻和高頻放大倍數(shù)下降而且產生相移的現(xiàn)象也稱為它產生了頻率的失真頻率的失真。 重慶理工大學重慶理工大學6 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應6.1 單時間常數(shù)單時間常數(shù)RC電路的頻率響應電路的頻率響應6.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)的高頻小信號模型及頻率參數(shù)6.3 單級共射極放大電路的頻率響應單級共射極放大電路的頻率響應6.4 單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應單級共集電極和共基極放大電路的高頻響應6.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 研究放大電路的動態(tài)指標（主要是增益）隨信研究放大電路的

3、動態(tài)指標（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應。號頻率變化時的響應。重慶理工大學重慶理工大學頻率響應的概念頻率響應的概念 在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念在放大電路的通頻帶中給出了頻率特性的概念-一、頻率響應的概念一、頻率響應的概念 幅頻特性幅頻特性是描繪輸入信號幅度是描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即而變化的規(guī)律。即 = = = =Aio/VV)( fA幅度頻率特性幅度頻率特性 相頻特性相頻特性是描繪輸出信號與輸入是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即的規(guī)律。即)(iofVVA

4、相位頻率特性相位頻率特性重慶理工大學重慶理工大學這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應。這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應。幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真幅度頻率失真; 相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真相位頻率失真。 放大電路的幅頻特性和相頻特性，也稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性，也稱為頻率響頻率響應應。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從。因放大電路對不同頻率成分信號的增益不同，從而使輸出波形產生失真，稱為而使輸出波形產生失真，稱為幅度頻率失真幅度頻率失真，簡稱幅，簡稱幅頻失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，頻失真。放大電

5、路對不同頻率成分信號的相移不同，從而使輸出波形產生失真，稱為從而使輸出波形產生失真，稱為相位頻率失真相位頻率失真，簡稱，簡稱相頻失真。幅頻失真和相頻失真是相頻失真。幅頻失真和相頻失真是線性失真線性失真。重慶理工大學重慶理工大學重慶理工大學重慶理工大學產生頻率失真的原因是產生頻率失真的原因是: :1.1.放大電路中存在電抗性元件，放大電路中存在電抗性元件，例如耦合電容、例如耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等旁路電容、分布電容、變壓器、分布電感等; ; 2. 2.三極管的三極管的 ( ( ) )是頻率的函數(shù)。是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時，三極管的低頻小信號模在研究頻率特性時，三極

6、管的低頻小信號模型不再適用，而要采用高頻小信號模型。型不再適用，而要采用高頻小信號模型。重慶理工大學重慶理工大學6.1 單時間常數(shù)單時間常數(shù)RC電路的頻率響應電路的頻率響應1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）（電路理論中的穩(wěn)態(tài)分析）RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則則11111ioH11/1/1)()()(CsRsCRsCsVsVsAV fsj2j 且令且令11H21CRf 又又)/j(11HioHffVVAV 電壓增益的幅值（模）電壓增益的幅值（模）2HH)/(11ffAV （幅頻響應）（幅頻響應）電壓增益的相角電壓增益的相角)/

7、(arctanHHff （相頻響應）（相頻響應）增益頻率函數(shù)增益頻率函數(shù)RC低通電路低通電路 重慶理工大學重慶理工大學最大誤差最大誤差 -3dB頻率響應曲線描述頻率響應曲線描述幅頻響應幅頻響應2HH)/(11ffAV 1. RC低通電路的頻率響應低通電路的頻率響應相頻響應相頻響應)/(arctanHHff 最大誤差最大誤差 5.7重慶理工大學重慶理工大學2. RC高通電路的頻率響應高通電路的頻率響應RC電路的電壓增益：電路的電壓增益：22222ioL/1 /1)()()(CRsssCRRsVsVsAV 幅頻響應幅頻響應2LL)/(11ffAV 相頻響應相頻響應)/(arctanLLff 輸出超

8、前輸入輸出超前輸入RC高通電路高通電路 重慶理工大學重慶理工大學6.2 BJT的高頻小信號模型及頻率參數(shù)的高頻小信號模型及頻率參數(shù)1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型模型的引出模型的引出rbe-發(fā)射結電阻發(fā)射結電阻re歸算歸算到基極回路的電阻。到基極回路的電阻。 -發(fā)射結電容發(fā)射結電容-集電結電阻集電結電阻rbc -集電結電容集電結電容 Cbcrbb -基區(qū)的體電阻，基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內是假想的基區(qū)內的一個點。的一個點?；ЩECEEBCEBCmVViig vvBJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 三極管物理模型三極管物理模型 重慶理工大學重慶理工大學簡化模型簡化模型

9、混合混合 型高頻型高頻小信號模型。小信號模型。1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型由于由于rbc和和rce阻值很大，故忽略阻值很大，故忽略rbc和和rce重慶理工大學重慶理工大學 在在型小信號模型型小信號模型中，因存在中，因存在Cbc 對求解對求解不便，可通過單向化處不便，可通過單向化處理加以變換。理加以變換。 高頻小信號模型電路高頻小信號模型電路1. BJT的高頻小信號模型的高頻小信號模型 簡化高頻小信號電路簡化高頻小信號電路重慶理工大學重慶理工大學2. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H參數(shù)參數(shù)模型等價模型

10、等價ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又又所以所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr重慶理工大學重慶理工大學又因為又因為ebbeb rIVbebmIVg Tmeb2 fgC 從手冊中查出從手冊中查出 TcbfC和和 所以所以TVIrgEQebm 2. BJT高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得高頻小信號模型中元件參數(shù)值的獲得低頻時，混合低頻時，混合 模型模型與與H H參數(shù)參數(shù)模型等價模型等價g gm m與與Q Q有關，與頻率無有關，與頻率無關。關。f fT T特征頻率特征頻率, ,下降下降到到1 1時的信號頻率。時的信號頻率。重慶理工大學重慶理工大學6.

11、3 6.3 單管共射放大器的頻率響應單管共射放大器的頻率響應一、一、 全頻段小信號電路模型全頻段小信號電路模型二、二、 中頻段電壓放大倍數(shù)中頻段電壓放大倍數(shù)Ausm三、三、 低頻段電壓放大倍數(shù)低頻段電壓放大倍數(shù)Ausm四、四、 高頻段電壓放大倍數(shù)高頻段電壓放大倍數(shù)Ausm五、五、 完整的頻率響應曲線完整的頻率響應曲線重慶理工大學重慶理工大學一、全頻段小信號電路模型一、全頻段小信號電路模型 對于下圖（左）所示的共發(fā)射極接法的基本放大對于下圖（左）所示的共發(fā)射極接法的基本放大電路，分析其頻率響應，需畫出放大電路從低頻到高頻電路，分析其頻率響應，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號模型，如下圖（

12、右）所示。然后分中、的全頻段小信號模型，如下圖（右）所示。然后分中、低、高三個頻段加以研究。低、高三個頻段加以研究。重慶理工大學重慶理工大學 如果將如果將C2和和RL看作是下一級放大電路的耦合電看作是下一級放大電路的耦合電容和輸入電阻，則上面的電路還可以進一步化簡為容和輸入電阻，則上面的電路還可以進一步化簡為下圖所示的電路：下圖所示的電路：重慶理工大學重慶理工大學二、中頻段電壓放大倍數(shù)二、中頻段電壓放大倍數(shù)usmA 在中頻段，耦合電容和三極管結電容的影響可以在中頻段，耦合電容和三極管結電容的影響可以忽略，因此電路可簡化為下圖。忽略，因此電路可簡化為下圖。siiebebosousmvvvvvvv

13、vACmeboRgvvebbbebiebrrrvvisisiRRRvv其中其中： 、 、 、)/(ebbbbirrRR重慶理工大學重慶理工大學整理得到中頻段電壓放大倍數(shù)如下：整理得到中頻段電壓放大倍數(shù)如下：CmebbbebisiusmRgrrrRRRA由于由于 、代入上式得：代入上式得：ebmrgbeebbbrrrbeCisiusmrRRRRA 這個結果與以前用微變等效電路法分析的結果這個結果與以前用微變等效電路法分析的結果完全一樣。完全一樣。重慶理工大學重慶理工大學三、低頻段電壓放大倍數(shù)三、低頻段電壓放大倍數(shù) 將全頻段小信號電路模型中的將全頻段小信號電路模型中的C1保留，保留， C 忽略，即

14、可獲得忽略，即可獲得低低頻段小信號電路模型頻段小信號電路模型如圖如圖3.7.16所示。低頻電壓放大倍數(shù)為：所示。低頻電壓放大倍數(shù)為：ffjRgrrrRRRvvALCmebbbebisisousL11ffjALusm11s)(R21 CRfiL式中： 由上式結果可知，放大電由上式結果可知，放大電路的路的低頻響應低頻響應等效為一個等效為一個RC高高通電路通電路，下限頻率，下限頻率fL主要與低主要與低頻等效電路的時間常數(shù)有關，頻等效電路的時間常數(shù)有關，C1和（和（Rs+Ri）的乘積愈大，則）的乘積愈大，則fL愈小，即放大電路的低頻響愈小，即放大電路的低頻響應愈好。應愈好。usmA重慶理工大學重慶理工

15、大學四、高頻段電壓放大倍數(shù)四、高頻段電壓放大倍數(shù)usmA 將全頻段小信號模將全頻段小信號模型中的型中的C1短路，即可獲短路，即可獲得高得高頻段小信號模型微頻段小信號模型微變等效電路，如圖變等效電路，如圖3.7.173.7.17所示。高所示。高頻電壓頻電壓放大倍數(shù)為：放大倍數(shù)為：sousHvvAHCmebbbebisiffjRgrrrRRR11HusmffjA1式中：式中：CRRrrfbsbbebH)/(/21 由上式結果可知，放大電路的高頻響應等效為一由上式結果可知，放大電路的高頻響應等效為一個個RC低通電路，上限頻率低通電路，上限頻率fH主要與高頻等效電路的時主要與高頻等效電路的時間常數(shù)間常

16、數(shù)rb e /rbb + (Rs+Rb)C 有關，有關，C 愈小，放大電愈小，放大電路的高頻響應愈好。路的高頻響應愈好。重慶理工大學重慶理工大學五、完整的頻率響應曲線五、完整的頻率響應曲線 將以上在中頻段、低頻段和高頻段分別求出的電將以上在中頻段、低頻段和高頻段分別求出的電壓放大倍數(shù)進行綜合，就可以得到基本共射放大電路壓放大倍數(shù)進行綜合，就可以得到基本共射放大電路在全頻率范圍內的放大倍數(shù)的表達式：在全頻率范圍內的放大倍數(shù)的表達式：)1 ()1 (HLusmusffjffjAA式中：式中：、beCisiusmrRRRRA1)(21CRRfisLCRRrrfbsbbebH)/(21重慶理工大學重慶

17、理工大學 同時，將中頻段、低頻段和高頻段的頻率響應曲線同時，將中頻段、低頻段和高頻段的頻率響應曲線綜合起來，就得到了基本共射放大電路完整的頻率響應綜合起來，就得到了基本共射放大電路完整的頻率響應曲線，如下圖所示曲線，如下圖所示重慶理工大學重慶理工大學當頻率降低到一定程度時，Au的幅值要下降，這是由于耦合電容的作用，當信號頻率高到一定程度時，Au的數(shù)值也要下降，這是由于結電容C的作用，中間的這個區(qū)域是平行于橫軸的區(qū)域我們叫它中頻段，它的電壓放大倍數(shù)寫成Aum。當信號頻率下降到一定程度時，電壓放大倍數(shù)會下降，而且在負180度的基礎上產生超前相移，這里有一個特殊的點，是電壓放大倍數(shù)下降到中頻段時候電

18、壓放大倍數(shù)的70.7%，并且它產生一個正45度的相移，這個點稱為電壓放大倍數(shù)的下限截止頻率下限截止頻率，簡稱下下限頻率限頻率。如果信號頻率繼續(xù)下降，放大倍數(shù)繼續(xù)下降，趨近于0，而它的相角要趨近于負的90度。 當著信號頻率高到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值也要下降，這里也存在著一個特殊的點，也是使得電壓放大倍數(shù)的數(shù)值下降到中頻段的70.7%的點，并且它產生一個滯后45度的相移，這個信號頻率稱為電壓放大倍數(shù)的上限截止頻率上限截止頻率，簡稱上限頻率。上限頻率。當信號頻率趨近于無窮的時候，放大倍數(shù)繼續(xù)下降，趨近于0，而它的相角趨近于負270度。 當信號工作在下限頻率和上限頻率之間的時候我們稱它工作在中頻段

19、，把這個區(qū)間叫做放大電路的通頻帶， 通頻帶通頻帶 BW=(fH-fL) fH。 重慶理工大學重慶理工大學增益增益帶寬積（描述集成運放的一個參數(shù)）帶寬積（描述集成運放的一個參數(shù)）將中頻增益與通頻帶相乘所得的乘積稱為將中頻增益與通頻帶相乘所得的乘積稱為增益增益帶寬積帶寬積HusmfAbeCisirRRRRCRRrrbsbbeb)/(/21)1 ()(2CmebbbsCmRgCrRRg 由上式可見，當電路參數(shù)及三極管都選定后，增益由上式可見，當電路參數(shù)及三極管都選定后，增益-帶寬積基本上是個帶寬積基本上是個常數(shù)常數(shù)，因此放大電路的中頻增益與通，因此放大電路的中頻增益與通頻帶存在矛盾，兩這相互制約。要

20、提高增益頻帶存在矛盾，兩這相互制約。要提高增益-帶寬積，可帶寬積，可選用選用rbb?和和Cb?6e、Cbc都較小的三極管。都較小的三極管。重慶理工大學重慶理工大學1. 多級放大電路的增益多級放大電路的增益)j ()j ()j (io VVAV )j ()j ()j ()j ()j ()j (-1)o(oo1o2io1 nnVVVVVV )j ()j ()j (21 VnVVAAA 前級的開路電壓是下級的信號源電壓前級的開路電壓是下級的信號源電壓 前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗 下級的輸入阻抗是前級的負載下級的輸入阻抗是前級的負載6.5 多級放大電路的頻率響應多

21、級放大電路的頻率響應重慶理工大學重慶理工大學2. 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應 多級放大電多級放大電路的通頻帶比路的通頻帶比它的任何一級它的任何一級都窄。都窄。（以兩級為例）（以兩級為例）則單級的上下限頻率處的增益為則單級的上下限頻率處的增益為當兩級增益和頻帶均相同時，當兩級增益和頻帶均相同時，。 707. 0M1VA兩級的增益為兩級的增益為。 5 . 0)707. 0(M122M1VVAA 即兩級的帶寬小于單級帶寬。即兩級的帶寬小于單級帶寬。6.5 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應重慶理工大學重慶理工大學結論：放大電路中耦合電容和旁路電容越多，低頻特性越差；結論：放大電路中耦合電容和旁