第6章放大電路的頻率響應(yīng)

第六章放大電路的頻率響應(yīng)6.1放大電路頻率響應(yīng)概述6.3晶體管和場效應(yīng)管的高頻等效模型6.4單管放大電路的頻率響應(yīng)作業(yè)：習題6-16.2RC電路的頻率響應(yīng)6.1頻率響應(yīng)概述6.1.1頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因

由于晶體管各極之間均存在極間電容，在晶體管放大電路中還存在耦合電容、旁路電容和分布電容等電抗元件。它們的容抗均隨著信號頻率的變化而變化，使放大電路對不同頻率信號的放大效果不完全相同。

放大電路的電壓放大倍數(shù)（增益）是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系叫做“頻率響應(yīng)”或者“頻率特性”。中頻段：耦合電容、旁路電容的容抗很小，可以認為短路。同時，晶體管結(jié)電容的容抗又很大，可以看作開路。因此可以不考慮放大電路的頻率特性。低頻段：雖然晶體管結(jié)電容的容抗比中頻時還大，可以認為是開路。但是，耦合電容和旁路電容的容抗增大，對信號傳輸?shù)淖饔貌豢珊雎?。會使增益的幅值減小，同時產(chǎn)生附加相位移。6.1.1頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因高頻段：

耦合電容和旁路電容的容抗很小，可以看作短路，但晶體管結(jié)電容和電路分布電容的容抗很小，對電流的并聯(lián)分流作用不可忽略。同樣會使增益的幅值減小，同時產(chǎn)生附加相位移。

6.1.1頻率響應(yīng)產(chǎn)生的原因6.1.2頻率響應(yīng)的表示方法

電路的頻率特性包括：幅頻特性

相頻特性

幅頻特性：指電壓增益的幅值和頻率的關(guān)系。相頻特性：指輸出電壓與輸入電壓之間的相位差和頻率的關(guān)系。

通常把中頻段的電壓增益用表示。當電壓增益在高頻段和低頻段下降到0.707時所對應(yīng)的兩個頻率點叫做放大電路的“截止頻率”。下限截止頻率上限截止頻率放大電路的幅頻特性和相頻特性1.低通電路及頻率響應(yīng)6.2RC電路的頻率響應(yīng)6.2.1RC低通電路的頻率響應(yīng)RC低通電路的波特圖圖6－3RC低通電路的波特圖－3分貝0.707－5.71°6.2.1RC低通電路的頻率響應(yīng)RC低通電路的波特圖

根據(jù)幅頻特性，當，；當時，。可知，是低通電路的“上限截止頻率”，電路的“通頻帶”為從0到的頻率范圍，即。當。

6.2RC電路的頻率響應(yīng)2.高通電路及頻率響應(yīng)RC高通電路的波特圖圖6－5RC高通電路的波特圖－3分貝0.707－5.71°3.RC高通電路的波特圖

根據(jù)幅頻特性，當，；當時，。可知，是低通電路的“下限截止頻率”，電路的“通頻帶”為從。當，。共射放大電路晶體管混合參數(shù)型等效電路6.3晶體管和場效應(yīng)管的高頻等效模型6.3.1晶體管的高頻等效模型單向化后的晶體管共射混合參數(shù)型等效電路6.3.1晶體管的高頻等效模型通常的值很小，可以忽略。把輸入端并聯(lián)電容合并，令晶體管共射混合參數(shù)型等效電路的簡化圖：6.3晶體管和場效應(yīng)管的高頻等效模型6.3.1晶體管的高頻等效模型6.3.2場效應(yīng)管的高頻等效模型

共源接法場效應(yīng)管的混合參數(shù)形等效電路如圖。(rgs、rds大開路）場效應(yīng)管等效電路中的輸入電容較大，它的高頻特性要比雙極型晶體管差些。

6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)

在中頻段，極間電容因為容抗大而視為開路，耦合電容和旁路電容因為容抗小而視為短路；

在低頻段，主要考慮耦合和旁路電容的影響，將極間電容視為開路；

在高頻段，主要考慮極間電容的影響，而耦合和旁路電容可以視為短路。6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)中頻等效電路中頻段電壓增益：幅頻特性和相頻特性Ausm和均為實數(shù)，其波特圖的中頻段都是一條水平線。6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)低頻等效電路6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)2.基本放大電路的低頻響應(yīng)低頻段電壓增益為：基本放大電路在低頻段是一個RC高通特性。

其中低頻段波特圖6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)高頻等效電路高頻段電壓增益為：基本放大電路在高頻段是一個RC低通特性。

其中6.3單管共射放大電路的頻率響應(yīng)高頻段波特圖4.完整的單管共射放大電路的頻率響應(yīng)完整的電壓增益表達式：完整波特圖

低頻段Au下降且產(chǎn)生相移,主要受耦合電容、旁路電容的影響。高頻段Au下降且產(chǎn)生相移,主要受晶體管極間電容、電路中寄生電容的影響。6.4.2共基接法晶體管的高頻小信號模型

根據(jù)圖晶體管高頻小信號模型，可以得到共基接法晶體管的混合參數(shù)形等效電路，而圖b）則為共基電路的示意圖。6.4.2共基接法晶體管的高頻小信號模型

可以看出，在共基接法時，由于電路的輸入端和輸出端之間沒有元件，所以不存在等效電路單向化和的等效變換。所以共基電路上限截止頻率高，適用于高頻和寬頻帶放大電路。6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

1．對放大電路頻率響應(yīng)的要求在放大電路的通頻帶內(nèi)，對于不同頻率的信號，放大電路電壓增益的幅值和相位不會發(fā)生變化。在通頻帶外，對于不同頻率的信號，放大電路的放大效果是不同的。輸出信號可能產(chǎn)生失真，這種失真叫做“頻率失真”。頻率失真包括“幅值失真”和“相位失真”。6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

為了減小頻率失真，放大電路的通頻帶應(yīng)該覆蓋整個輸入信號的頻率范圍。但是，放大電路的通頻帶也不能太寬，放大電路通頻帶越寬，受干擾和噪聲的影響也越大。而且對于某些電子電路，要求放大電路應(yīng)具備選頻特性。所以在放大電路通頻帶的選擇上不是越寬越好，應(yīng)符合實際使用要求。6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

為了減小頻率失真，可以采取相應(yīng)的手段擴大放大電路的通頻帶。通常采用的方法有：（1）減小，改善低頻響應(yīng)。一方面使有關(guān)電容(耦合電容和旁路電容）的電容量增大，一方面使相應(yīng)回路的電阻增大。當然，最好的辦法是去掉耦合電容而采取直接耦合的方式。

6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

（2）增大，改善高頻響應(yīng)。有其中：所以應(yīng)減小電阻和電容，選擇特征頻率高，小的高頻管，還要減小。但是，減小會時放大電路電壓增益下降?？梢姅U展頻帶和提高電壓增益是有矛盾的。6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

（3）引入負反饋。在電路中引入負反饋，可以擴大放大電路的通頻帶。6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

擴展放大電路的通頻帶和提高電壓增益之間存在矛盾。為了綜合考慮這兩方面的性能，引入一個新的綜合指標“增益帶寬積”GBP，它是中頻電壓放大倍數(shù)和通頻帶的乘積。

由于6.4.4放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積

所以：增益帶寬積為：可以看出，在一般情況下，當晶體管和信號源選定后，增益帶寬積也就大體確定。如果要使放大電路的通頻帶寬，同時又要使它的電壓增益高，則應(yīng)選用和都很小的高頻管。6.5多級放大電路的頻率響應(yīng)6.5.1多級放大電路的頻率響應(yīng)表達式和波特圖

多級放大電路電壓增益的波特圖的表達式為：

設(shè)多級放大電路每一級的電壓增益分別為，，…，，則總的電壓增益為：6.5多級放大電路的頻率響應(yīng)6.5.1多級放大電路的頻率響應(yīng)表達式和波特圖

因此，只要把各級電壓增益的波特圖進行疊加，就可以得到多級放大電路總電壓增益波特圖。6.5.2多級放大電路的下限截止頻率的估算

令總的中頻電壓增益，則多級放大電路在低頻段的為：usLA6.5.2多級放大電路的下限截止頻率的估算

如果忽略高次項，有：如果需要更加精確一些

當各級的相差不大時，可用上式估算多級放大電路的。如果其中某一級的比其余各級大（4～5）倍以上，則可認為總的。6.5.3多級放大電路的上限截止頻率的估算多級放大電路在低頻段的為：有

當各級的相差不大時，可用上式估算多級放大電路的。如果其中某一級的比其余各級大（1/4~1/5）倍以上，則可認為總的。6.5