模擬電子線路課件：第5章 放大電路的頻率特性

1、第五章 放大電路的頻率特性返回目錄 頻率特性是放大電路的一項(xiàng)重要特性，它是用來衡量一個(gè)放大電路對(duì)不同輸入信號(hào)頻率的適應(yīng)程度。 例如：一個(gè)音頻放大器（收音機(jī)）的頻率范圍若小于人耳的頻率響應(yīng)（15kHZ)，則該放大器是不合格的。若放大器的頻率范圍遠(yuǎn)大于15kHZ，則放大器中的噪聲會(huì)被放大，使音質(zhì)變差。 而有時(shí)又需要放大頻率范圍大于幾MHZ,甚至幾十MHZ的寬頻帶放大電路（如視頻信號(hào)放大器）5.1 頻率響應(yīng)的基本概念和基本表示方法5.2 單級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)5.3 多級(jí)放大電路的頻率相應(yīng)返回5.1 頻率響應(yīng)的基本概念和基本表示方法1 頻率響應(yīng)和通頻帶2 幅度失真 和相位失真3 波特圖返回放大電路頻

2、率特性就是指電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系，即：幅頻特性是描繪放大倍數(shù)的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即 相頻特性是描繪輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即幅頻特性相頻特性由于電壓放大倍數(shù)是矢量，故包含兩個(gè)內(nèi)容：電壓放大倍數(shù)的模與頻率的關(guān)系，稱為幅頻特性;電壓放大倍數(shù)的相位與頻率的關(guān)系，稱為相頻特性1 頻率響應(yīng)和通頻帶通頻帶BW=fH-fL下限頻率上限頻率阻容耦合放大電路的幅頻特性曲線返回放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真，稱為相位頻率失真，簡(jiǎn)稱相頻失真。(動(dòng)畫5-1)2 幅度失真和相位失真幅度失真因放大電路對(duì)不同頻率成分信號(hào)的增益不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失

3、真，稱為幅度頻率失真，簡(jiǎn)稱幅頻失真或幅度失真。相位失真幅頻失真和相頻失真都是線性失真。1.放大電路中存在電抗性元件，例如 耦合電容、旁路電容、分布電容、 變壓器、分布電感等 2.三極管的()是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時(shí)，三極管的低頻小信號(hào)模型不再適用，而要采用高頻小信號(hào)模型。 產(chǎn)生頻率失真的原因是:返回3 波特圖波特圖是頻率特性的一種畫法，在電子技術(shù)領(lǐng)域輸入信號(hào)頻率的變化范圍很大，為了把大范圍的頻率在一張圖上表示出來，H.W.Bode提出用對(duì)數(shù)坐標(biāo)系，作圖時(shí)采用折線的近似畫法來畫頻率特性圖，這種頻率特性圖稱為波特圖幅頻特性橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度，故每十倍頻率在坐標(biāo)軸上的長度是相等的，稱十倍頻程

4、縱坐標(biāo)用對(duì)數(shù)刻度，單位為分貝（dB）相頻特性橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度縱坐標(biāo)仍用原來的值度（。）例1：RC低通電路 RC低通電路如圖其電壓放大倍數(shù)(傳遞函數(shù))為波特圖畫法舉例 幅頻特性的X軸和Y軸都是采用對(duì)數(shù)坐標(biāo), fH稱為上限截止頻率。當(dāng)ffH時(shí)，幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降，或?qū)懗?20dB/dec。在f=fH 處的誤差最大，有3dB。 當(dāng) 時(shí)，相頻特性將滯后45，并具有 -45/dec的斜率。在0.1 和10 處與實(shí)際的相頻特性有最大的誤差，其值分別為+5.7和5.7。這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。由表達(dá)式畫出幅頻和相頻的波特圖注意2 相頻特性

5、為三段折線組成： f 10fH時(shí)，相頻特性為-90的一條水平線； 0.1fH f 10fH時(shí),相頻特性為斜率-45/十倍頻的斜線；lgflgf1 低通電路幅頻特性為兩條折線： f fH時(shí)，為斜率為-20dB /十倍頻的一條斜線；低通電路波特圖的畫法低通電路的放大倍數(shù)的表達(dá)式例2：高通電路 其電壓放大倍數(shù) 為：式中 RC高通電路如圖下限截止頻率、模和相角分別為 由此可做出如圖所示的RC高通電路的波特圖。返回注意2 相頻特性為三段折線組成： f 10fL時(shí)，相頻特性為的0一條水平線；0.1fH f 10fH時(shí),相頻特性為斜率-45/十倍頻的斜線；1幅頻特性為兩條折線： f fL時(shí)，為0dB的一條水

6、平線；高通電路波特圖的畫法高通電路的放大倍數(shù)的表達(dá)式5.2 單級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)1 三極管混合型高頻小信號(hào)等效電路2 單級(jí)共射放大電路的頻率響應(yīng)返回1 三極管混合型高頻小信號(hào)等效電路（1）物理模型（2）電流放大系數(shù)的頻響（3）用 代替（4）單向化返回 混合型高頻小信號(hào)模型是通過三極管的物理模型而建立的，三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖rbe- re歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容，也用C這一符號(hào)-集電結(jié)電阻 -集電結(jié)電容，也用C這一符號(hào)（1）物理模型 - 發(fā)射結(jié)電阻 re rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。返回（2） 電流放大系數(shù)的頻響 從物理概念可以解釋隨著頻率的增高,將下降。因?yàn)?

7、等效電路 是指在UCE一定的條件下,在等效電路中可將CE間交流短路，于是可作出等效電路。由此可求出共射接法交流短路電流放大系數(shù)?？捎上率酵瞥? =gmrbe為低頻時(shí)的返回根據(jù)這一物理模型可以畫出混合型高頻小信號(hào)模型，如圖所示。高頻混合型小信號(hào)模型電路 這一模型中用 gm ube代替 ib0 ，這是因?yàn)楸旧砼c頻率有關(guān)，而gm= 0/rbe ， gm是與頻率無關(guān)的0和rbe的比，因此gm與頻率無關(guān)。（3）用 代替若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm稱為跨導(dǎo)，還可寫成返回在型小信號(hào)模型中，因存在Cbc 和rbc,對(duì)求解不便，可通過單向化處理加以變換。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下

8、Cbc ?？梢詫bc等效為輸入側(cè)和輸出側(cè)兩個(gè)電容，但要求變換前后應(yīng)保證相關(guān)電流不變，如圖所示。（4）單向化輸入側(cè)由上圖，有由下圖，有由（1）式=（2）式，得由于C C, C的容抗遠(yuǎn)大于rce,可忽略C輸出側(cè)由上圖，有由下圖，有由（1）式=（2）式，得若忽略C的容抗，返回三極管簡(jiǎn)化混合型等效模型a 中頻段中頻段時(shí)，耦合電容和旁路電容可視為短路，雜散電容和結(jié)電容可看成開路，微變等效電路中無電容，為2 單級(jí)共射放大電路的頻率響應(yīng)中頻段的頻率特性為b 低頻段低頻段時(shí)，耦合電容和旁路電容不可視為短路，雜散電容和結(jié)電容仍可看成開路，微變等效電路中無電容，為低頻段的頻率特性為c 高頻段高頻段，耦合電容和旁

9、路電容可視為短路，雜散電容和結(jié)電容不可看成開路 高頻段的頻率特性為4 完整的表達(dá)式和波特圖返回5.3 多級(jí)放大電路的頻率相應(yīng)對(duì)于多級(jí)放大電路其幅頻特性為相頻特性為畫多級(jí)放大電路的波特圖，只要將各單級(jí)放大電路的幅頻特性波特圖相疊加，相頻特性波特圖相疊加即可對(duì)于多級(jí)放大電路的上限頻率和下限頻率上限頻率近似公式下限頻率近似公式另外，當(dāng)某級(jí)的上限頻率比其他各級(jí)小的多時(shí)（一般在5倍以上），總的上限頻率近似等于該級(jí)的上限頻率。當(dāng)某級(jí)的下限頻率比其他各級(jí)達(dá)的多時(shí)（一般在5倍以上），總的下限頻率近似等于該級(jí)的下限頻率。例：已知單級(jí)共發(fā)射極放大電路的幅頻特性如圖所示，（1）求放大電路的中頻電壓放大倍數(shù)、下限頻率

10、和上限頻率。（2）畫出相頻特性波特圖解：（1）從圖中可讀出 放大電路的中頻電壓放大倍數(shù)為下限頻率為上限頻率（2）畫相頻特性波特圖2 畫低頻段波特圖，：當(dāng)頻率小于0.1fL時(shí)，波特圖為=-180 +90= -90的水平線，圖中的AB段。頻率在0.1fL到10fL時(shí)，波特圖為斜率為-45/十倍頻的斜線。3 畫高頻段波特圖，：當(dāng)頻率大于10 fH時(shí)，波特圖為=-180 - 90 =-270 的水平線，圖中的AB段。頻率在0.1fH到10fH時(shí)，波特圖為斜率為-45/十倍頻的斜線。1 在中頻區(qū)，由于單級(jí)共射放大電路的倒相作用，所以中頻段放大倍數(shù)的相位為-180，首先畫出中頻段的相頻特性：從10fL到0

11、.1 fH，= -180 ，圖中的BC段。例：在兩級(jí)放大電路中，已知第一級(jí)的中頻電壓放大倍數(shù)Au1= -100、下限頻率fL1=10Hz，上限頻率fH1=20kHz；第二級(jí)的中頻電壓放大倍數(shù) Au2= -10 、下限頻率fL2=100Hz，上限頻率fH2=150kHz；（1）求放大電路的總的中頻電壓放大倍數(shù)。（2）寫出電壓放大倍數(shù)表達(dá)式。（3）畫出幅頻特性、相頻特性波特圖。解（1）放大電路的總的中頻電壓放大倍數(shù)為：（2）放大電路的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式為：根據(jù)表達(dá)式（2）畫出幅頻特性畫出單級(jí)的幅頻特性，再疊加先畫出單級(jí)的相頻特性，再疊加畫出相頻特性幾點(diǎn)結(jié)論：1.放大電路的耦合電容是引起低頻響應(yīng)的主要原因，下限截止頻率主要由低頻時(shí)間常數(shù)中較小的一個(gè)決定；2