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(chǎng)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(xí)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(hào)頻率的變化而變化，使放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)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(rèn)為短路。同時(shí)，晶體管結(jié)電容的容抗又很大，可以看作開(kāi)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(shí)還大，可以認(rèn)為是開(kāi)路。但是，耦合電容和旁路電容的容抗增大，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)淖饔貌豢珊雎?。?huì)使增益的幅值減小，同時(shí)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(duì)電流的并聯(lián)分流作用不可忽略。同樣會(huì)使增益的幅值減小，同時(shí)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(dāng)電壓增益在高頻段和低頻段下降到0.707時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率點(diǎn)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(dāng)，；當(dāng)時(shí)，?？芍堑屯娐返摹吧舷藿刂诡l率”，電路的“通頻帶”為從0到的頻率范圍，即。當(dāng)。

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(dāng)，；當(dāng)時(shí)，。可知，是低通電路的“下限截止頻率”，電路的“通頻帶”為從。當(dāng)，。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(chǎng)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(jiǎn)化圖：6.3晶體管和場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型

共源接法場(chǎng)效應(yīng)管的混合參數(shù)形等效電路如圖。(rgs、rds大開(kāi)路）場(chǎng)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?yàn)槿菘勾蠖暈殚_(kāi)路，耦合電容和旁路電容因?yàn)槿菘剐《暈槎搪罚?/p>

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(kāi)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(shí)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(gè)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(gè)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(dá)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(hào)模型

根據(jù)圖晶體管高頻小信號(hào)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(hào)模型

可以看出，在共基接法時(shí)，由于電路的輸入端和輸出端之間沒(méi)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(duì)放大電路頻率響應(yīng)的要求在放大電路的通頻帶內(nèi)，對(duì)于不同頻率的信號(hào)，放大電路電壓增益的幅值和相位不會(huì)發(fā)生變化。在通頻帶外，對(duì)于不同頻率的信號(hào)，放大電路的放大效果是不同的。輸出信號(hào)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(gè)輸入信號(hào)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(duì)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(shí)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(kuò)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(dāng)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(huì)時(shí)放大電路電壓增益下降?？梢?jiàn)擴(kuò)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(fù)反饋。在電路中引入負(fù)反饋，可以擴(kuò)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(kuò)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(gè)新的綜合指標(biāo)“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(dāng)晶體管和信號(hào)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(shí)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(jí)放大電路的頻率響應(yīng)6.5.1多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)表達(dá)式和波特圖

多級(jí)放大電路電壓增益的波特圖的表達(dá)式為：

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

因此，只要把各級(jí)電壓增益的波特圖進(jìn)行疊加，就可以得到多級(jí)放大電路總電壓增益波特圖。6.5.2多級(jí)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(jí)放大電路在低頻段的為：usLA6.5.2多級(jí)放大電路的下限截止頻率的估算

如果忽略高次項(xiàng)，有：如果需要更加精確一些

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

當(dāng)各級(jí)的相差不大時(shí)，可用上式估算多級(jí)放大電路的。如果其中某一級(jí)的比其余各級(jí)大（1/4~1/5）倍以上，則可認(rèn)為總的。6.5