第十一讲频率特性的基本概念和波特图ppt课件.ppt

第五章第五章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性 前面几章在分析基本单元电路的特性和指标参数时，均假前面几章在分析基本单元电路的特性和指标参数时，均假设输入信号为放大器设输入信号为放大器中频段中频段的的单一频率正弦信号单一频率正弦信号。因此电路的。因此电路的耦合电容、旁路电容、分布电容以及半导体器件的极间电容、耦合电容、旁路电容、分布电容以及半导体器件的极间电容、结电容等均可忽略不计，采用结电容等均可忽略不计，采用BJTBJT或或FETFET的的交流小信号线性模型交流小信号线性模型对电路进行微变等效分析。对电路进行微变等效分析。然而在实际应用中，电子电路所处理的信号，如语音信号、然而在实际应用中，电子电路所处理的信号，如语音信号、电视信号等都不是简单的单一频率信号，它们都是由幅度及相电视信号等都不是简单的单一频率信号，它们都是由幅度及相位都有固定比例关系的多频率分量组合而成的复杂信号，即位都有固定比例关系的多频率分量组合而成的复杂信号，即具具有一定的频谱有一定的频谱。如音频信号的频率范围从。如音频信号的频率范围从20Hz20Hz到到20kHz20kHz，而视，而视频信号从直流到几十兆赫。频信号从直流到几十兆赫。由于放大电路中存在电抗元件，使得放大器可能对不同由于放大电路中存在电抗元件，使得放大器可能对不同频率信号的放大倍数和相移不同。放大电路对不同频率信号频率信号的放大倍数和相移不同。放大电路对不同频率信号的幅值放大不同，就会引起的幅值放大不同，就会引起幅度失真幅度失真；放大电路对不同频率；放大电路对不同频率信号产生的相移不同就会引起信号产生的相移不同就会引起相位失真相位失真。为实现信号不失真放大，我们需要研究放大器的为实现信号不失真放大，我们需要研究放大器的频率特性频率特性。主要内容主要内容：5-1 5-1 放大电路频率特性的基本概念放大电路频率特性的基本概念5-2 5-2 放大电路的复频域分析法放大电路的复频域分析法5-3 5-3 基本放大器高、低截止频率的估算基本放大器高、低截止频率的估算重点重点：1 1、幅频特性、相频特性、通频带、频率失真、幅频特性、相频特性、通频带、频率失真、增益带宽积、主极点的概念；增益带宽积、主极点的概念；2 2、放大电路的波特图、放大电路的波特图难点难点：2 2、放大电路波特图的画法、放大电路波特图的画法3 3、基本放大器高、低截止频率的估算、基本放大器高、低截止频率的估算4 4、基本放大器的频率特性分析、基本放大器的频率特性分析1 1、主极点的概念、主极点的概念第五章第五章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性5-1 5-1 放大电路频率特性的基本概念放大电路频率特性的基本概念一、频率特性和通频带一、频率特性和通频带1 1、什么叫频率特性、什么叫频率特性放大电路对不同频率的信号呈现出不同的放大倍数和相位放大电路对不同频率的信号呈现出不同的放大倍数和相位差，以阻容耦合放大电路为例：差，以阻容耦合放大电路为例：C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+信号信号频率频率放大放大倍数倍数相位差相位差500Hz30kHz30MHz-1052576-18044-225(45)仿真仿真频率特性频率特性是指放大器放大倍数的数值以及输出信号和输入是指放大器放大倍数的数值以及输出信号和输入 信号的相位差随输入信号的频率而变化的函数关系。信号的相位差随输入信号的频率而变化的函数关系。放大倍数的幅值与频放大倍数的幅值与频 率的关系。率的关系。幅频特性幅频特性：相频特性相频特性：输出信号与输入信号的输出信号与输入信号的 相位差与频率的关系。相位差与频率的关系。中频区增中频区增益最高益最高低频区增低频区增益下降益下降高频区增高频区增益下降益下降产生超前产生超前附加相移附加相移产生滞后产生滞后附加相移附加相移相差约相差约180180 中频区增中频区增益最高益最高相差约相差约180180 低频区增低频区增益下降益下降高频区增高频区增益下降益下降产生超前产生超前附加相移附加相移产生滞后产生滞后附加相移附加相移C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+2、阻容耦合放大电路的频率特性、阻容耦合放大电路的频率特性定性分析定性分析CiCO在中频范围：在中频范围：大电容的容抗小，视为短路；小电容的容抗大，大电容的容抗小，视为短路；小电容的容抗大，视为开路。交流通路是一个纯阻性的电路，电路参数视为开路。交流通路是一个纯阻性的电路，电路参数Au、Ri、RO等均为与频率无关的常数。等均为与频率无关的常数。在低频段：在低频段：耦合、旁路电容的容抗耦合、旁路电容的容抗增大，增大，分压作用增大，旁路分压作用增大，旁路作用减弱，导致增益下降并产生超前附加相移。作用减弱，导致增益下降并产生超前附加相移。在高频段：在高频段：极间电容、分布电容等容抗极间电容、分布电容等容抗减小，分流作用增大，减小，分流作用增大，而且而且下降，导致增益下降并产生附加相移。下降，导致增益下降并产生附加相移。低频段主要受耦合电低频段主要受耦合电容旁路电容影响容旁路电容影响高频段主要受三极管的高频段主要受三极管的结电容或极间电容影响结电容或极间电容影响仿真仿真3、通频带以及上、下限截止频率的概念、通频带以及上、下限截止频率的概念在低频段和高频段，增益的幅值下在低频段和高频段，增益的幅值下降至中频增益降至中频增益Au0的的70.7%（即下降（即下降3dB)时所对应的频率分别称为下限时所对应的频率分别称为下限截止频率和上限截止频率。截止频率和上限截止频率。fLfHBW下限截止频率下限截止频率fL，简称下限频率，简称下限频率上限截止频率上限截止频率fH，简称上限频率简称上限频率通频带通频带BW（3dB带宽）带宽）：（也称为（也称为3dB截止频率、半功率点）截止频率、半功率点）4、直接耦合放大电路的频率特性、直接耦合放大电路的频率特性定性分析定性分析C2Rb1Rb2ReRCRSuSVCC+RLCiCO直接耦合放大器没有耦合或旁路电容，在低频段不会因大电容直接耦合放大器没有耦合或旁路电容，在低频段不会因大电容上压降的增大而使电压放大倍数降低，也不会产生附加相移。上压降的增大而使电压放大倍数降低，也不会产生附加相移。仿真仿真fHBW频率失真（线性失真）与非线性失真的比较：频率失真（线性失真）与非线性失真的比较：频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）非线性失真非线性失真起因起因不同不同由于电路中的由于电路中的线性电抗元件线性电抗元件对不对不同频率信号的响应不同而引起；同频率信号的响应不同而引起；由于电路中的由于电路中的非线性器件非线性器件工作在其工作在其特性曲线的非线性区引起；特性曲线的非线性区引起；结果结果不同不同只会使各频率分量信号的幅值比只会使各频率分量信号的幅值比例关系和时延（相位）关系发生例关系和时延（相位）关系发生变化，或滤掉某些频率分量，变化，或滤掉某些频率分量，不不会产生新的频率成分。会产生新的频率成分。它不仅包含输入信号的频率成分，它不仅包含输入信号的频率成分，而且还而且还产生新的频率成分产生新的频率成分，会将正，会将正弦波变为非正弦波。弦波变为非正弦波。二、频率失真和增益带宽积二、频率失真和增益带宽积1 1、频率失真（线性失真）：、频率失真（线性失真）：幅频失真幅频失真：相频失真相频失真：放大电路对输入信号不同频率放大电路对输入信号不同频率分量的幅值不是等同放大而产分量的幅值不是等同放大而产生的输出波形失真。生的输出波形失真。放大电路对输入信号不同频率放大电路对输入信号不同频率分量的相移不同而产生的输出分量的相移不同而产生的输出波形失真。波形失真。基波基波二次谐波二次谐波2 2、增益带宽积：、增益带宽积：增益与带宽是互相制约的，在一定增益与带宽是互相制约的，在一定的条件下增益带宽积是一个常数：的条件下增益带宽积是一个常数：任何放大电路都有一个确定的通频带，我们在使用一个放大电路时任何放大电路都有一个确定的通频带，我们在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围；在设计放大电路时，应能满足信号频率应了解其信号频率的适用范围；在设计放大电路时，应能满足信号频率范围的要求。范围的要求。（综合指标）（综合指标）二、频率失真和增益带宽积二、频率失真和增益带宽积1 1、频率失真（线性失真）：、频率失真（线性失真）：幅频失真幅频失真：相频失真相频失真：放大电路对输入信号不同频率放大电路对输入信号不同频率分量的幅值不是等同放大而产分量的幅值不是等同放大而产生的输出波形失真。生的输出波形失真。放大电路对输入信号不同频率放大电路对输入信号不同频率分量的相移不同而产生的输出分量的相移不同而产生的输出波形失真。波形失真。基波基波二次谐波二次谐波5-2 5-2 放大电路的复频域分析放大电路的复频域分析分析放大电路频率特性的方法：分频段复频率分析法分析放大电路频率特性的方法：分频段复频率分析法分频段分频段 ：将电路按：将电路按低低频段、频段、中中频频段段和和高高频段分别进行分析。频段分别进行分析。在每个频在每个频段段分析时，根据其工作特点抓住影响该频分析时，根据其工作特点抓住影响该频段段的主要参的主要参数对电路进行简化，得到各频段的微变等效电路。数对电路进行简化，得到各频段的微变等效电路。复频率分析法复频率分析法 ：将电阻、电容、电感用复阻抗表示，得到各频：将电阻、电容、电感用复阻抗表示，得到各频段增益的传输函数，进而得到频率特性，最后将三个频段的结段增益的传输函数，进而得到频率特性，最后将三个频段的结果综合起来就得到电路的全频段响应。果综合起来就得到电路的全频段响应。一、复频域中放大电路的传输函数一、复频域中放大电路的传输函数1 1、线性网络的复频域传输函数与频率特性、线性网络的复频域传输函数与频率特性线性网络线性网络xi(S)xO(S)=-=njjmiipszsK11)()(令令S=j，系统的稳态频率响应：，系统的稳态频率响应：常数常数零点零点极点极点求出零点和极点后，上式可以表示为：求出零点和极点后，上式可以表示为：=-njjmiipzj K11)()(j 线性网络复频域传输函数的一般表达式线性网络复频域传输函数的一般表达式（2 2）放大电路增益函数的特点）放大电路增益函数的特点 零点数目肯定不会大于极点数目。零点数目肯定不会大于极点数目。所有极点都位于复平面的左半平面上。所有极点都位于复平面的左半平面上。极点数目等于电路中极点数目等于电路中“独立独立”电抗元件的数目。（电抗元件的数目。（P189）（放大电路是可实现的线性时不变系统）（放大电路是可实现的线性时不变系统）（放大电路应该是稳定的系统）（放大电路应该是稳定的系统）2 2、放大电路的增益函数及其特点、放大电路的增益函数及其特点（1）放大电路增益函数的通式：）放大电路增益函数的通式：放大器放大器A（s）ui(s)uO(s)=-=nj jmiipszsK11)()(对于放大器，增益就是放大器的传输函数，对于放大器，增益就是放大器的传输函数，二、高通电路和低通电路二、高通电路和低通电路1、高通电路、高通电路2、低通电路、低通电路1、中频段增益函数、中频段增益函数AumC1C2CeRb1Rb2ReRCRSuSVCC+RL耦合电容和旁路电容由于电容量很大可视为短路；而极间电容、耦合电容和旁路电容由于电容量很大可视为短路；而极间电容、分布电容等小电容的容抗很大，可视为开路。交流通路是一个纯分布电容等小电容的容抗很大，可视为开路。交流通路是一个纯阻性的电路，所以电压增益为一个常数，与频率无关。阻性的电路，所以电压增益为一个常数，与频率无关。cerbe ibrceibb bRbRSuS+RCRL三、三、单管放大电路的频率特性分析单管放大电路的频率特性分析2、低频段增益函数、低频段增益函数AuL（s）放大器的放大器的AuL(s)由低频段的小信号模型导由低频段的小信号模型导出，耦合电容、旁路电容等大电容不能忽出，耦合电容、旁路电容等大电容不能忽略，而极间电容视为开路。略，而极间电容视为开路。C1C2CeRb1Rb2ReRCRSuSVCC+RLcerbe ibrceibb bRbRSuS+RCRLC1C2ReCeRSuSrbe ibRCRCC2C1RL高通电路高通电路cerbe ibrceibb bRbRSuS+RCRL3、高频段增益函数、高频段增益函数AuH（s）AuH(s)由高频小信号模型导出，耦合、旁路由高频小信号模型导出，耦合、旁路电容视为短路，极间电容不能忽略。电容视为短路，极间电容不能忽略。C2CeRb1Rb2ReRCRSuSVCC+RLCiCOcerb egmub erceb bRbRSuS+RCRLCb crbb-ub eCb eRSuSRCCCRLgmub erbb rb e低通低通电路电路cerbe ibrceibb bRbRSuS+RCRL4、全频段增益函数、全频段增益函数Au（s）四、放大电路波特图的近似画法四、放大电路波特图的近似画法波特图波特图：利用利用渐近线渐近线将频率特性曲线画在将频率特性曲线画在半对数坐标系半对数坐标系上。上。横坐标横坐标 f：采用对数坐标，采用对数坐标，lg f 或或 lg 但习惯上在频率轴上仍标出频率但习惯上在频率轴上仍标出频率f或角频率或角频率 的值。的值。幅频特性的纵坐标：幅频特性的纵坐标：20lgA()(dB)相频特性的纵坐标：相频特性的纵坐标：(),线性刻度（线性刻度（）(rad/s)101021031041051060.120lg|Au()|(dB)幅频特性幅频特性2060-40 (rad/s)101021031041051060.1()/相频特性相频特性45135-90纵坐标纵坐标：采用等分刻度。采用等分刻度。幅频特性的纵轴用分贝值幅频特性的纵轴用分贝值扩大视野；扩大视野；将倍数相乘变为分贝数相加；相频特性的纵轴仍用度数表示。将倍数相乘变为分贝数相加；相频特性的纵轴仍用度数表示。扩大视野；扩大视野；+=njmip szsK)()(+=njmip zj K)()(j（稳态响应）（稳态响应）变换为作图标准式变换为作图标准式1 1、作图思路、作图思路 =nm1+j/ziA0)(1+j/pj)(i=1j=1 nm1+j/ziA0)(1+j/pj)(i=1j=1 nm1+j/zi=A0|1+j/pj|i=1j=1 nm=A0i=1j=12)(1iz+2)(1jp+A02)(11z+2)(11p+2)(12z+2)(12p+2)(1mz+2)(1np+幅频特性：幅频特性：21)z(2 m)z(+21)p(2 n)p(结论：结论：幅频特性等于各项基本因子幅频特性的线性叠加。幅频特性等于各项基本因子幅频特性的线性叠加。1 1、作图思路、作图思路相频特性：相频特性：+)Z(tg-11+)Z(tg-1m+)p(n tg-1-)p(1 tg-1-结论：结论：相频特性是各项基本因子相频特性的代数和。相频特性是各项基本因子相频特性的代数和。0是放大器中频段的固定相移，同相：是放大器中频段的固定相移，同相：0=0；反相：；反相：0=180 21)z(2 m)z(+21)p(2 n)p(结论：结论：幅频特性等于各项基本因子幅频特性的线性叠加。幅频特性等于各项基本因子幅频特性的线性叠加。幅频特性：幅频特性：=nm1+j/ziA0)(1+j/pj)(i=1j=1作图标准式作图标准式放大电路的幅频和相频特性波特图等于基放大电路的幅频和相频特性波特图等于基本因子幅频和相频特性波特图的线性叠加。本因子幅频和相频特性波特图的线性叠加。基本因子基本因子常数因子常数因子A0零点因子：零点因子：极点因子：极点因子：已知放大器增益函数如何绘制波特图？已知放大器增益函数如何绘制波特图？绘图前先将增益函数化为作图的标准式：绘图前先将增益函数化为作图的标准式：分别绘制出各项基本因子的波特图，然后线性叠加。分别绘制出各项基本因子的波特图，然后线性叠加。+=)/1()/1()(ji0jjAjAp z mni=1j=12 2、常数因子，一阶非零零、极点因子的波特图、常数因子，一阶非零零、极点因子的波特图首先变换成作图的首先变换成作图的标准式标准式：【例】已知放大器的电压增益函数为：【例】已知放大器的电压增益函数为：Z 0 P 0画出它的幅频波特图和相频波特图。画出它的幅频波特图和相频波特图。常数因子常数因子非零极点因子非零极点因子非零零点因子非零零点因子2 P2zu)(1lg20)(1lg20)0(Alg20 +-+=设设 P=1000 Z Au1()/dB 1()/度度 0 0幅频幅频特性特性相频相频特性特性（1 1）常数因子的波特图）常数因子的波特图2 P2zu)(1lg20)(1lg20)0(Alg20 +-+=同相：同相：0=0，反相：反相：0=180 Au2()/dB 2()/0幅频幅频特性特性相频相频特性特性 0（2 2）一阶非零零点因子的波特图）一阶非零零点因子的波特图2 P2zu)(1lg20)(1lg20)0(Alg20 +-+=当当 =Z，当当 Z，当当 Z，Z0.1 Z10 Z32020dB/10倍频倍频渐进线的转折频率为渐进线的转折频率为 Z；最大误差发生在最大误差发生在 Z处，为处，为-3dB。当当 =Z，当当 0.1 Z，当当 10 Z，斜率为斜率为45/10倍频倍频当当0.1 Z 10 Z Z0.1 Z10 Z45 90最大误差发生在最大误差发生在0.1 Z和和10 Z处，为处，为5.71渐进线的转折频率为渐进线的转折频率为0.1 Z和和10 Z，45/10倍频倍频（3 3）一阶非零极点因子的波特图）一阶非零极点因子的波特图2 P2zu)(1lg20)(1lg20)0(Alg20 +-+=Au3()/dB 3()/0幅频幅频特性特性相频相频特性特性 0 P0.1 P10 P P0.1 P10 P-3-20-20dB/10倍倍频频-45-90 Au2()/dB 2()/0幅频幅频特性特性相频相频特性特性 0 Z0.1 Z10 Z320 Z0.1 Z10 Z45 9020dB/10倍频倍频45/10倍频倍频-45/10倍频倍频幅频特性拐点幅频特性拐点 P Z幅频渐近线斜率幅频渐近线斜率20dB/十倍频十倍频20dB/十倍频十倍频相移范围相移范围0 -90 0 90 相频特性拐点相频特性拐点0.1 P、10 P0.1 Z、10 Z相频渐近线斜率相频渐近线斜率45/十倍频十倍频45/十倍频十倍频（4 4）合成波特图）合成波特图幅频波特图幅频波特图设设 P=1000 Z Au()(dB)Au2()(dB)Z0.1 Z10 Z20 Au3()(dB)P0.1 P10 P-20-20 Au1()(dB)P0.1 P10 P Z0.1 Z10 Z100 Z ()度度 P0.1 P10 P Z0.1 Z10 Z100 Z（4 4）合成波特图）合成波特图相频波特图相频波特图 2()Z0.1 Z10 Z9045 3()P0.1 P10 P-90-45 1()Au4()(dB)幅频幅频特性特性（1）零点因子）零点因子j的波特图的波特图幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：当当 =1rad/s，为经过点（为经过点（1，0），），斜率为斜率为20dB20dB/十倍频的直线。十倍频的直线。值恒为值恒为90，平行于频率轴的一条直线。平行于频率轴的一条直线。4()相频相频特性特性0.111020-2020dB20dB/十倍频十倍频3 3、原点处的零点和极点因子的波特图、原点处的零点和极点因子的波特图Au5()(dB)幅频特性幅频特性 （2）极点因子）极点因子1/j的波特图的波特图幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：当当 =1rad/s，为经过点（为经过点（1，0），），斜率为斜率为-20dB-20dB/十倍频的直线。十倍频的直线。为值为为值为-90，平行于频率轴的一条直线。平行于频率轴的一条直线。5()相频特性相频特性0.111020-20-20dB/B/十倍频十倍频小结：所有基本因子的波特图小结：所有基本因子的波特图 Au3()(dB)P0.1 P10 P-3-20 3()P0.1 P10 P-45-90非零极点因子非零极点因子 Au2()(dB)320 2()Z0.1 Z10 Z4590非零零点因子非零零点因子 Z0.1 Z10 Z Au4()(dB)4()0.111020-20零点因子零点因子Au5()(dB)5()0.111020-20极点因子极点因子Au1()(dB)1()常数因子常数因子Au(0)小结：绘制波特图的规律小结：绘制波特图的规律（1 1）幅频波特图）幅频波特图幅频波特图上每一个拐点对应一个或多重零、极点幅频波特图上每一个拐点对应一个或多重零、极点(Z,P)。每经过一个单个的零点，渐进线的斜率改变每经过一个单个的零点，渐进线的斜率改变+20dB/十倍频。十倍频。双重零点为双重零点为40dB/十倍十倍频。频。每经过一个单个的极点，渐进线的斜率改变每经过一个单个的极点，渐进线的斜率改变-20dB/十倍频。十倍频。双重极点为双重极点为40dB/十倍频。十倍频。（2 2）相频波特图）相频波特图非零零点因子非零零点因子在在 0.1 Z后开始贡献正相位，后开始贡献正相位，=Z时，贡时，贡献的相位为献的相位为45，=10 Z之后，贡献的相位恒为之后，贡献的相位恒为90。非零极点因子非零极点因子在在 0.1 P后开始贡献负相位，后开始贡献负相位，=P时，贡时，贡献的相位为献的相位为45，=10 P之后，贡献的相位恒为之后，贡献的相位恒为90。原点处的零点和极点因子原点处的零点和极点因子贡献的相位恒为贡献的相位恒为90或或90。【例题】已知某三级放大器的电压增益函数为：【例题】已知某三级放大器的电压增益函数为：)jf(Au)10fj1)(1fj1)(1.0fj1(104+-=画出幅频波特图，并确定中频电压增益画出幅频波特图，并确定中频电压增益|A|Aumum|=|=？（频率单位是（频率单位是MHz）)jf(Au)10fj1)(1fj1)(1.0fj1(104+-=f/MHz0.1110Au(f)(dB)0.0180050-20dB/十倍频十倍频6020-40dB-40dB/十倍频十倍频-60dB-60dB/十倍频十倍频【例题】已知级联放大器的电压增益函数为：【例题】已知级联放大器的电压增益函数为：试画出其幅频特性和相频特试画出其幅频特性和相频特性波特图。性波特图。化成作图的标准式：化成作图的标准式：/rad/sAu()(dB)0.10.018040200-20-4060101102104103 /rad/s()度度0.10.01180900-90-180101102104103-1355-3 基本放大器高、低截止频率的估算基本放大器高、低截止频率的估算一、主极点的概念一、主极点的概念二、基本放大器上、下限截止频率的估算二、基本放大器上、下限截止频率的估算三、多级放大器上、下限截止频率的估算方法三、多级放大器上、下限截止频率的估算方法一、主极点的概念一、主极点的概念1 1、基本放大器零、极点的分布特点、基本放大器零、极点的分布特点低频段：低频段：零点通常比极点在数值上小得多。零点通常比极点在数值上小得多。高频段：高频段：零点通常比极点在数值上大得多。零点通常比极点在数值上大得多。零点对高、低截止频率的影响通常可以忽略不计。零点对高、低截止频率的影响通常可以忽略不计。2 2、低频主极点、低频主极点在低频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝在低频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝对值大对值大4 4倍以上，则该极点倍以上，则该极点对低频截止频率起决定作用对低频截止频率起决定作用，称之为称之为低频主极点低频主极点。3 3、高频主极点、高频主极点在高频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝在高频段的极点中，若某极点的绝对值比其它极点的绝对值小对值小4 4倍以上，称之为倍以上，称之为高频主极点高频主极点，它对，它对高频截止频高频截止频率起决定作用率起决定作用。即放大器的高、低截止频率主要由高、低频段的极点决定。即放大器的高、低截止频率主要由高、低频段的极点决定。例如：某放大器高频区的电压增益为：例如：某放大器高频区的电压增益为：20lg|Au|/dB4f/MHz40 96.29624020-20dB/十倍频十倍频-40dB/十倍频十倍频fP1对对BW起主导作用，为主极点。起主导作用，为主极点。fP2对对BW基本无作用，为非主极点。基本无作用，为非主极点。两个极点：两个极点：二、基本放大器上、下限截止频率的估算方法二、基本放大器上、下限截止频率的估算方法C1C2CeRb1Rb2ReRLRCRSuSVCC+u在已知电路参数的情况下，如何估算放大器的上限截止频在已知电路参数的情况下，如何估算放大器的上限截止频率率 fH 和下限截止频率和下限截止频率fL？估算上限截止频率估算上限截止频率 fH 开路时间常数法开路时间常数法估算下限截止频率估算下限截止频率fL 短路时间常数法短路时间常数法适用范围：适合用于不含电感的放大电路。适用范围：适合用于不含电感的放大电路。只含电阻只含电阻和受控源的和受控源的线性网络线性网络C1C2二阶的线性网络模型二阶的线性网络模型1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（1）什么叫开路时间常数）什么叫开路时间常数R1OR2OC2开路时，开路时，C1的开路时间常数。的开路时间常数。C1开路时，开路时，C2的开路时间常数。的开路时间常数。某个电容的开路时间常数某个电容的开路时间常数是指将电路中的是指将电路中的其他电容其他电容开路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。开路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（2）放大电路上限截止频率）放大电路上限截止频率fH与各电容开路时间常数间的关系与各电容开路时间常数间的关系式子的意义：式子的意义：-放大电路上限截止角放大电路上限截止角频率的倒数恒等于相应的高频等效电频率的倒数恒等于相应的高频等效电路中各电容的开路时间常数之和。路中各电容的开路时间常数之和。利用这个开路时间常数法计算得到的利用这个开路时间常数法计算得到的fH总是低于实际的总是低于实际的上限频率，为此引入修正系数上限频率，为此引入修正系数(1.14)以减小误差。以减小误差。修正修正系数系数1、开路时间常数法、开路时间常数法（估算上限截止频率（估算上限截止频率fH）（3）估算放大电路的上限截止频率）估算放大电路的上限截止频率fH 的方法的方法首先首先画出放大电路的在高频段的微变等效电路，此时耦合电画出放大电路的在高频段的微变等效电路，此时耦合电 容、旁路电容等大电容应短路，放大管的极间电容、电路的容、旁路电容等大电容应短路，放大管的极间电容、电路的 分布电容须考虑，因此分布电容须考虑，因此BJT的模型应该用混的模型应该用混模型。模型。分别求出电路中每一个电容的开路时间常数；分别求出电路中每一个电容的开路时间常数；关键是求关键是求RjO：应将：应将Cj以外的其他电容都开路，把独立信以外的其他电容都开路，把独立信号源置零，此时该电容两端的等效电阻即为号源置零，此时该电容两端的等效电阻即为RjO.将所有电容的开路时间常数代入将所有电容的开路时间常数代入 计算公式即可估算出计算公式即可估算出fH。只含电阻只含电阻和受控源的和受控源的线性网络线性网络C1C2二阶的线性网络模型二阶的线性网络模型2、短路时间常数法、短路时间常数法（估算下限截止频率（估算下限截止频率fL）（1）什么叫短路时间常数）什么叫短路时间常数R1SR2SC2短路时，短路时，C1的短路时间常数。的短路时间常数。C1短路时，短路时，C2的短路时间常数。的短路时间常数。某个电容的短路时间常数某个电容的短路时间常数是指将电路中的是指将电路中的其他电容其他电容短路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。短路时，该电容两端的等效电阻与该电容的乘积。（2）放大电路下限截止频率）放大电路下限截止频率fL的估算方法的估算方法修正修正系数系数（3）估算放大电路的下限截止频率）估算放大电路的下限截止频率fL 的步骤的步骤首先首先画出放大电路的在低频段的微变等效电路，此时放大画出放大电路的在低频段的微变等效电路，此时放大 管的极间电容、分布电容视为开路，耦合电容、旁路电容管的极间电容、分布电容视为开路，耦合电容、旁路电容 等大电容必须保留。等大电容必须保留。分别求出电路中每一个电容的短路时间常数；分别求出电路中每一个电容的短路时间常数；将所有电容的短路时间常数将所有电容的短路时间常数 代入代入 计算公式即可估算出计算公式即可估算出fL。四、多级放大器上限频率和下限频率的估算四、多级放大器上限频率和下限频率的估算可以证明：可以证明：级数越多，级数越多，fL越大，越大，fH越小，越小，放大器总的通频带越窄。放大器总的通频带越窄。Au1（fH1，fL1）uiAu2（fH2，fL2）Aun（fHn，fLn）uO放大器总的通频带比任何一级的通频带都要窄，放大器总的通频带比任何一级的通频带都要窄，2 2、若各级放大器的高、低截止频率相差较大（、若各级放大器的高、低截止频率相差较大（4 4倍以上），则：倍以上），则：1 1、若各级放大器的高、低截止频率数值相等，则有：、若各级放大器的高、低截止频率数值相等，则有：第五章第五章 小结小结一、放大器频率响应的基本概念一、放大器频率响应的基本概念1 1、频率特性函数：、频率特性函数：2 2、影响放大器频率特性的主要因素：、影响放大器频率特性的主要因素：低频区：耦合和旁路电容；低频区：耦合和旁路电容；高频区：极间电容和分布电容高频区：极间电容和分布电容3 3、表征放大器频率特性的主要特征参数：、表征放大器频率特性的主要特征参数：（1）中频增益）中频增益Au0及相角及相角 O：（与频率无关）（与频率无关）在整个频段内，在整个频段内，|Au0|是最大的。是最大的。（2）fH和和fL：（3）BW：（4）GBW：综合表征增益综合表征增益与带宽的性能与带宽的性能（5）频率失真：幅频失真、相位失真频率失真：幅频失真、相位失真二、放大电路的增益函数的特点二、放大电路的增益函数的特点n等于电路中独立电等于电路中独立电抗元件的数目。抗元件的数目。三、放大电路波特图的绘制方法三、放大电路波特图的绘制方法（1）将增益函数变换成作图的）将增益函数变换成作图的 标准表达式。标准表达式。（2）将各个基本因子的波特图分别画出，最后进行线）将各个基本因子的波特图分别画出，最后进行线性叠加（合成）。性叠加（合成）。四、用时间常数法估算放大电路的上、下限截止频率四、用时间常数法估算放大电路的上、下限截止频率五、多级放大电路的上、下限截止频率及通频带五、多级放大电路的上、下限截止频率及通频带例题例题1：由个级相同的放大器组成的三级放大器，已知每级电由个级相同的放大器组成的三级放大器，已知每级电压增益为压增益为20dB，上限频率为，上限频率为10MHz，下限频率为，下限频率为1kHz，则多级放大器的总电压增益为则多级放大器的总电压增益为()，上限频率为上限频率为()，下限频率为，下限频率为()，总的通频带为总的通频带为()。例题例题2 2：若两级级联放大电路若两级级联放大电路，它们的上下限频率有下述关系：，它们的上下限频率有下述关系：则总的通频带则总的通频带 f0.7 ()。例题例题3：某放大器的波特图如图所示，则：某放大器的波特图如图所示，则：该电路的耦合方式为该电路的耦合方式为()，中频电压增益为（，中频电压增益为（），），上限截止频率为上限截止频率为()，此频率处电压增益的实际值为此频率处电压增益的实际值为()，3dB带宽为带宽为()。10102103104105106 1 20lg|Au|/dBf/Hz 20 40608010010710102103104105106 1 20lg|Au|/dBf/Hz 20406080107例题例题4：已知放大器的电压增益函数为：已知放大器的电压增益函数为：试画出其幅频特性和相试画出其幅频特性和相频特性渐进波特图，指频特性渐进波特图，指出其上限频率出其上限频率fH和下限和下限频率频率fL及中频增益及中频增益AuO各各为多少？为多少？解：解：将函数化成作图的标准形式：将函数化成作图的标准形式：/rad/sAu()(dB)10.18040200-20-40601021010310510410620dB/十倍频十倍频-20dB/十倍频十倍频AuO /rad/s()度度0.190450-45-90101102104103105106-45/十倍频十倍频-45/十倍频十倍频 fAu()(dB)2020400.5M605M例题例题5：两级放大器中各级的幅频特性的波特图分别如下图所示：两级放大器中各级的幅频特性的波特图分别如下图所示：70 fAu1()(dB)2020400.5M20dB20dB-20dB-20dB fAu2()(dB)5M30-20dB-20dB-40dB-40dB-20dB-20dB20dB20dB50画出该放大器的总的幅频波特图，并确定其中频增益画出该放大器的总的幅频波特图，并确定其中频增益及上、下限截止频率。及上、下限截止频率。