低频电子线路(傅丰林)第3章.pptx

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1、 第第第第 3 3 3 3 章章章章放大器的频率放大器的频率分析分析2021/9/121线性失真的概念（理解）放大器频率特性的分析方法（波特图法）（理解）单级共射放大器幅频特性下限频率 和上限频率单极共基、共集放大器的频率特性（了解）CECB（CSCG）级联电路展宽频带的原理（了解）多级放大器下限频率 和 上限频率的分析和计算（了解）教学要求:分析和计算（掌握）以及相频特性的分析和计算（理解）2021/9/122 299 3.13.1线性失真及其分析方法线性失真及其分析方法3.1.1 3.1.1 线性失真线性失真3.1.2 3.1.2 分析方法分析方法2021/9/123 300 由于放大由于

2、放大电路中存在路中存在电抗元件电抗元件(电容、容、电感等），感等），所以在放大含有所以在放大含有丰富频率成分丰富频率成分的信号（如语音信号、的信号（如语音信号、脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号 的波形，这种在线性系统中产生的失真称为的波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真线性失真。3.1.1 线性失真线性失真1.1.基本概念基本概念丰富频率成分的信号丰富频率成分的信号电路中有电抗元件电路中有电抗元件输出畸变输出畸变线性失真线性失真2021/9/124 301 1.1.基本概念基本概念 例例3 31 1：RCRC电路如路如图所示，当所

3、示，当输入信号入信号为周周期为期为1ms1ms的方波时，画出输出电压波形。的方波时，画出输出电压波形。2021/9/125 302 1.1.基本概念基本概念 对输入信号做傅立对输入信号做傅立 叶分解，可见输入信叶分解，可见输入信 号中包含丰富的频率号中包含丰富的频率 成分。成分。由于电容由于电容C C对于不同频率呈现不同容抗，从而，对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出波形产生了失真。使输出波形产生了失真。由于由于RCRC电路是线性电路，可以用叠加原理，将电路是线性电路，可以用叠加原理，将 输入信号的各个频率分量分别作用于输入信号的各个频率分量分别作用于RCRC电路，最后电路，最后 在输出端求

4、和。在输出端求和。2021/9/126 303 3.1.1 线性失真线性失真幅度失真：幅度失真：(与振幅与振幅频率特性有关率特性有关)放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大 小不同小不同，使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关 系发生了变化，从而导致输出波形失真。系发生了变化，从而导致输出波形失真。2.2.线性失真的分类线性失真的分类例例3 32 2：2021/9/127 304 2.2.线性失真的分类线性失真的分类输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号谐波振幅比为

5、输入信号谐波振幅比为10:6:2 10:6:2 输出信号谐波振幅比为输出信号谐波振幅比为10:3:0.5 10:3:0.5 因此出现失真。因此出现失真。2021/9/128 305 2.2.线性失真的分类线性失真的分类 放大器对输入信号的不同频率分量放大器对输入信号的不同频率分量滞后滞后 时间不相等时间不相等而造成的输出波形失真。而造成的输出波形失真。相位失真：相位失真：(与相位频率特性有关与相位频率特性有关)2021/9/129 306 3.1.1 线性失真线性失真3.3.不失真传输的条件不失真传输的条件即即从幅频特性上看从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关。放大倍数的幅值与频率无关。（1

6、 1）不产生幅度失真的条件）不产生幅度失真的条件2021/9/1210 307 3.3.不失真传输的条件不失真传输的条件从相频特性上看放大器对各频率分量从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同滞后时间相同即即滞后时间滞后时间（2 2）不产生相位失真的条件）不产生相位失真的条件2021/9/1211 308 3.3.不失真传输的条件不失真传输的条件 实际上要完全满足这两个不失真条件是困难实际上要完全满足这两个不失真条件是困难 的，也是没有必要的。因为对于要放大的输入信的，也是没有必要的。因为对于要放大的输入信 号，其主要频率成份总是集中在一定的频率范围号，其主要频率成份总是集中在一定的频率范

7、围 内，通常称为信号带宽。内，通常称为信号带宽。对于幅度失真：只要放大器的通于幅度失真：只要放大器的通频带略大于略大于信信 号带宽，就可以忽略幅度失真。号带宽，就可以忽略幅度失真。对于相位失真：在于相位失真：在话音通信中的中的放大器，音通信中的中的放大器，可以不考虑相位失真，但在图像通信中的放大器，可以不考虑相位失真，但在图像通信中的放大器，则必须考虑。则必须考虑。2021/9/1212 309 3.1.1 线性失真线性失真4.4.和非线性失真的区别和非线性失真的区别 产生原因不同：生原因不同：线性失真是性失真是含有含有电抗元件抗元件的的线性性电路路产生的生的失真。失真。非线性失真是含有非线性

8、失真是含有非线性元件非线性元件（如晶（如晶 体管、场效应管等）的体管、场效应管等）的非线性电路非线性电路产生的产生的 失真。失真。2021/9/1213 310 4.4.和非线性失真的区别和非线性失真的区别 线性失真的大小性失真的大小与与输入信号幅度的大入信号幅度的大小无关小无关，而非线性失真的大小与输入信号，而非线性失真的大小与输入信号幅度大小密切相关（对于放大电路还与幅度大小密切相关（对于放大电路还与Q Q点位置有关）。点位置有关）。产生生结果不同：果不同：线性失真性失真不会不会产生新的生新的频率成分率成分;非非线性失真性失真产生了生了输入信号所没有的入信号所没有的新的频率成分。新的频率成

9、分。2021/9/1214 311 例例3 33 3：某放大器中频电压增益：某放大器中频电压增益 ，下限频率，下限频率 ，上限，上限频率率 ，最大不失真，最大不失真输出出电压为10V10V，当，当输入入 信号为下列情况时，判断输出信号是否失真？如是，为何种信号为下列情况时，判断输出信号是否失真？如是，为何种 失真？失真？3.1.1 3.1.1 线性失真线性失真2021/9/1215 312 该信号包含两个频率信号该信号包含两个频率信号:1.5KHz:1.5KHz和和50KHz50KHz，均处于中频，均处于中频 区，故不会产生线性失真；但区，故不会产生线性失真；但1.5KHz1.5KHz分量的信

10、号幅度远大于分量的信号幅度远大于 线性区允许的输入电压幅度最大值，即信号的最大值为线性区允许的输入电压幅度最大值，即信号的最大值为10V10V，故会产生严重的非线性失真。故会产生严重的非线性失真。解：解：该信号信号为单频信号，信号，虽然然该信号信号 ，放大倍数会，放大倍数会 降低，但输出仍为单频正弦波，不存在线性失真；线性区允降低，但输出仍为单频正弦波，不存在线性失真；线性区允 许的输入电压的最大幅值为许的输入电压的最大幅值为10/10=1V,10/10=1V,故不会产生非线性失真。故不会产生非线性失真。2021/9/1216 313 该信号的两个信号的两个频率分量：率分量：1.5KHz1.5

11、KHz处于中于中频区区,150KHz,150KHz 处于高频区，故会产生线性失真。处于高频区，故会产生线性失真。两个信号分量的幅度均小于允两个信号分量的幅度均小于允许的的输入入电压最大最大值，叠，叠 加之后的信号在加之后的信号在t t为为 处有最大值处有最大值0.1V0.1V，故不产生非，故不产生非 线性失真。线性失真。该信号的两个信号的两个频率分量：率分量：3Hz3Hz处于低于低频区，区，1.5KHz1.5KHz处于于 中频区，故产生线性失真；中频区，故产生线性失真；叠加后的信号在叠加后的信号在t t为 s s有最大有最大值为0.2V0.2V，故不，故不产生生 非线性失真。非线性失真。202

12、1/9/1217 314 3.1.1 线性失真线性失真（1）线性失真的概念（2）分类（3）不失真传输条件（4）和非线性失真的区别小结小结2021/9/1218 315 3.1.2 分析方法分析方法1.1.基本知识：基本知识：设系统的传输函数为设系统的传输函数为将上式因式分解为将上式因式分解为式中式中nmnm2021/9/1219 316 1.基本知识基本知识在式在式中中分子等于零的根分子等于零的根零点零点分母等于零的根分母等于零的根极点极点 因此一个线性系统的传输函数完全由零极因此一个线性系统的传输函数完全由零极 点和比例因子决定，据此可分析线性系统的频点和比例因子决定，据此可分析线性系统的频

13、 率响应。率响应。2021/9/1220 317 1.基本知识基本知识将放大器的增益函数表示为将放大器的增益函数表示为 可将上式改成可将上式改成标准形式标准形式，即，即 2021/9/1221 318 对于正弦输入信号，增益函数可表示为对于正弦输入信号，增益函数可表示为 1.基本知识基本知识 由上述的增益函数表达式可以得到用分由上述的增益函数表达式可以得到用分贝表示表示 的增益函数的幅值与频率的关系的增益函数的幅值与频率的关系(幅频特性）幅频特性）;也可也可 得到增益函数的相位和频率的关系（相频特性）。得到增益函数的相位和频率的关系（相频特性）。2021/9/1222 319 1.基本知识基本

14、知识幅频特性：用分贝表示模值。幅频特性：用分贝表示模值。相频特性：相频特性：2021/9/1223 320 1.基本知识基本知识 幅频特性幅频特性波特图：波特图：横坐标用频率对数刻度，横坐标用频率对数刻度，纵坐标用纵坐标用dBdB表示，描述幅频特性曲线。表示，描述幅频特性曲线。相频特性相频特性波特图波特图：横坐标用频率对数刻度，：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用度纵坐标用度(或弧度或弧度)表示，描述相频特性曲线。表示，描述相频特性曲线。扩展频率扩展频率范围的视范围的视野野 由上式可以看出由上式可以看出:在求增益函数的幅在求增益函数的幅 频和相频特性时，可以先分别求出单个频和相频特性时，可以先分别

15、求出单个 零极点的贡献，最后合成。零极点的贡献，最后合成。2021/9/1224 321 2.渐近线波特图法渐近线波特图法（1 1）一阶零点）一阶零点设一阶零点表达式为：设一阶零点表达式为：幅频特性幅频特性当当 时，幅频特性是斜率为时，幅频特性是斜率为 20dB/20dB/十倍十倍频的斜的斜线。在在 处的模值应为处的模值应为3.01dB3.01dB，因此实际的幅频特，因此实际的幅频特 性曲线如虚线所示。性曲线如虚线所示。当当 时，幅频特性为时，幅频特性为0dB0dB；这样用两线段构成的折线就称为渐近线波特图，它与实际曲线这样用两线段构成的折线就称为渐近线波特图，它与实际曲线 存在一定的误差，如

16、存在一定的误差，如2021/9/1225 322 2.渐近线波特图法渐近线波特图法（1 1）一阶零点）一阶零点相频特性为相频特性为 实际上，在实际上，在 处和处和 处的相处的相 角分别为角分别为5.75.7和和84.384.3，实际的相频特性，实际的相频特性 曲线如虚线所示。曲线如虚线所示。2021/9/1226 323 2.渐近线波特图法渐近线波特图法（2 2）一阶极点）一阶极点设一阶极点表达式为：设一阶极点表达式为：幅频特性幅频特性 当当 时，幅，幅频特性是特性是 斜率为斜率为20dB/20dB/十倍频的斜线。十倍频的斜线。实际上，在实际上，在 处的模值为处的模值为 3.01dB3.01d

17、B。当当 时，幅频特性为时，幅频特性为0dB0dB；2021/9/1227 324 2.渐近线波特图法渐近线波特图法（2 2）一阶极点）一阶极点相频特性为相频特性为2021/9/1228 325 2.渐近线波特图法渐近线波特图法幅频特性为幅频特性为相频特性为相频特性为（3 3）原点处的零点）原点处的零点表达式为表达式为可以看出，零点可以看出，零点则则2021/9/1229 326 2.渐近线波特图法渐近线波特图法幅频特性为幅频特性为相频特性为相频特性为（3 3）原点处的极点）原点处的极点表达式为表达式为可以看出，极点可以看出，极点则则2021/9/1230思路思路:线性失真分两类线性失真分两类

18、:幅度失真幅度失真相位失真相位失真在幅频特性中得到反映在幅频特性中得到反映在相频特性中得到反映在相频特性中得到反映对放大器的线性失真分析对放大器的线性失真分析就转化成就转化成对放大器的频率对放大器的频率响应分析响应分析幅频响应幅频响应相频响应相频响应可以反映幅度失真可以反映幅度失真可以反映相位失真可以反映相位失真两者都可两者都可转化成转化成对零极点因子的幅对零极点因子的幅频特性和相频特性分析和叠加频特性和相频特性分析和叠加,从而从而得到整个放大器的频率响应得到整个放大器的频率响应.用波特图表示用波特图表示波特图波特图横坐标横坐标:频率用对数刻度频率用对数刻度.优点优点:把一个较大的频率范围用一

19、个把一个较大的频率范围用一个 相对较小的坐标范围来描述相对较小的坐标范围来描述纵坐标纵坐标:幅度幅度-用用dB表示表示相位相位-用度表示用度表示对应对应 关系关系2021/9/1231一阶零点一阶零点一阶极点一阶极点原点处的零点原点处的零点原点处的极点原点处的极点两对基本因子的幅频特性和相频特性的波特图两对基本因子的幅频特性和相频特性的波特图2021/9/1232 327 2.渐近线波特图法渐近线波特图法试画出其幅频特性和相频特性渐近线波特图。试画出其幅频特性和相频特性渐近线波特图。例例3 34 4：已知某放大器的增益函数为：已知某放大器的增益函数为 解：解：由增益函数，可以看出由增益函数，可

20、以看出两个一阶极点两个一阶极点2021/9/1233 328 2.渐近线波特图法渐近线波特图法（1 1）将增益函数写成标准形式）将增益函数写成标准形式 幅频特性为：幅频特性为：，则，则相频特性为：相频特性为：2021/9/1234 329 2.渐近线波特图法渐近线波特图法z1p1p2（2 2）画出单个零极点的渐近线幅频特性波特图）画出单个零极点的渐近线幅频特性波特图不产生幅度失真的条件不产生幅度失真的条件:2021/9/1235 330 2.渐近线波特图法渐近线波特图法z1p1p2（2 2）画出单个零极点的渐近线相频特性波特图）画出单个零极点的渐近线相频特性波特图不产生相位失真的条件不产生相位

21、失真的条件:2021/9/1236 331 3.计算机辅助分析法计算机辅助分析法MATLAB语言 由于渐近线波特图分析法存在误差，因此由于渐近线波特图分析法存在误差，因此 为了精确分析放大器增益函数的幅频特性和相为了精确分析放大器增益函数的幅频特性和相 频特性曲线，可以根据增益函数的表达式，用频特性曲线，可以根据增益函数的表达式，用 MATLABMATLAB语言写程序。言写程序。例例3 35 5：已知某放大器的增益函数为：已知某放大器的增益函数为 用用MATLABMATLAB编程画出其幅频特性和相频特性渐编程画出其幅频特性和相频特性渐 近线波特图。近线波特图。2021/9/1237 332 3

22、.计算机辅助分析法计算机辅助分析法解：解：变换增益函数形式为变换增益函数形式为程序如下：程序如下：g=tf(0 10e+8 0,1 100100 10e+7);g=tf(0 10e+8 0,1 100100 10e+7);bode(g,1,10e+7)bode(g,1,10e+7)；g g为增益函数的分子分母的系数。增益函数的分子分母的系数。bodebode是是MATLABMATLAB中中绘制系制系统波特波特图的命令。的命令。2021/9/1238 333 3.计算机辅助分析法计算机辅助分析法MATLAB语言程序运行后得到的波特图如下图所示。程序运行后得到的波特图如下图所示。2021/9/12

23、392021/9/1240小结小结:1.1.掌握线性失真的概念掌握线性失真的概念.2.2.理解波特图的画法理解波特图的画法.2021/9/1241 334 3.2 3.2 单级放大器的频率响应单级放大器的频率响应3.2.1 3.2.1 双极晶体管高频混合双极晶体管高频混合型等效电路型等效电路3.2.2 3.2.2 频率响应分析频率响应分析3.2.3 3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 3.2.4 3.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应2021/9/1242 335 3.2.1 双极晶体管高频混合双极晶体管高频混合型等效电路型等效电路1.1.混合混合型等效电路型等

24、效电路 考虑到考虑到PNPN结的结的 电容效应电容效应及晶体三及晶体三 极管的性质，可得极管的性质，可得 到晶体三极管的物到晶体三极管的物 理模拟电路。理模拟电路。体电阻：体电阻：基区体电阻基区体电阻 通常为通常为1010100100集电区体电阻集电区体电阻发射区体电阻发射区体电阻 一般都小于一般都小于10102021/9/1243 336 1.1.混合混合型等效电路型等效电路：折合到基极支路的：折合到基极支路的 发射结正向电阻发射结正向电阻 :表示输出电压对输表示输出电压对输 入电压的反馈作用，入电压的反馈作用，约为几约为几M M:表示输出电压对输表示输出电压对输 出电流的影响，约出电流的影

25、响，约 为为10-1000k10-1000k:集电结电容，约为集电结电容，约为 2 210pF10pF:发射结电容，约为发射结电容，约为 100100500pF500pF2021/9/1244 337 1.1.混合混合型等效电路型等效电路对应于对应于H H参数等效电路参数等效电路有：有：2021/9/1245 338 1.1.混合混合型等效电路型等效电路 忽略忽略发射区和集电区体电阻，将三极管接发射区和集电区体电阻，将三极管接 成共射接法，可得到晶体管的高频混成共射接法，可得到晶体管的高频混等效电等效电 路。路。由等效电路中由等效电路中 可看出，输入和输可看出，输入和输 出被出被 连到连到 一

26、起，使得分析复一起，使得分析复 杂化，因此需要简杂化，因此需要简 化等效电路。化等效电路。由于由于 约为几约为几M M，通常满足通常满足 所以可以将所以可以将 断开。断开。2021/9/1246 339 2 2密勒定理密勒定理密勒定理是用来对电路进行单向化的。密勒定理是用来对电路进行单向化的。（1 1）原理电路图）原理电路图节点节点0 0为参考节点为参考节点 节点节点1 1为输入节点为输入节点 节点节点2 2为输出节点为输出节点 Z Z为跨接在跨接在输入和入和 输出之间的阻抗输出之间的阻抗目的：将阻抗目的：将阻抗Z Z等效到输入回路和输出回路中。等效到输入回路和输出回路中。2021/9/124

27、7 340 2 2密勒定理密勒定理（2 2）简化分析）简化分析令：令：则：则：即：即：同理同理2021/9/1248 341 2 2密勒定理密勒定理（3 3）等效电路）等效电路 根据上述分析，可以将跨接阻抗等效为一折合根据上述分析，可以将跨接阻抗等效为一折合 到输入端的并联阻抗到输入端的并联阻抗Z Z1 1和输出端的并联阻抗和输出端的并联阻抗Z Z2 2。2021/9/1249 342 例例3-6 3-6 如图电路，用密勒定理将图如图电路，用密勒定理将图(a)(a)电路等效为图电路等效为图(b)(b)，求图求图(b)(b)中的中的C C1 1、C C2 2为何值。为何值。解：解：2021/9/

28、1250例例3-7 3-7 某放大器的交流通路如图所示，试用密勒定理将某放大器的交流通路如图所示，试用密勒定理将R Rf f 等效。等效。343 解：解：等效原理图如图等效原理图如图(b)(b)所示。这里所示。这里 ，由于是，由于是CCCC电电 路，路，小于小于1 1，但接近于，但接近于1 1。因此。因此 是一个绝对值很大是一个绝对值很大 的负电阻，通常满足的负电阻，通常满足 与与 的并联值的并联值 近似为近似为 ，即，即 可视为开路。可视为开路。2021/9/1251 344 3 3简化混合简化混合型等效电路型等效电路根据密勒定理的结论，可得根据密勒定理的结论，可得其中：其中：输入端为输入端

29、为bebe端，输出端端，输出端 为为cece端；端；的容抗即为跨的容抗即为跨 接在输入输出间的阻抗。接在输入输出间的阻抗。2021/9/1252 345 并且其容抗和并且其容抗和r rcece一般均一般均 远大于交流负载电阻远大于交流负载电阻 ，因此可忽略不计。因此可忽略不计。3 3简化混合简化混合型等效电路型等效电路将将 等效到等效到输入和输出端，得到等效电路如图所示。输入和输出端，得到等效电路如图所示。得到简化混合得到简化混合型型 等效电路如图等效电路如图。简化混合简化混合型等效型等效电电路也称路也称为单为单向化模型。向化模型。2021/9/1253忽略忽略发射区和集电区体电阻发射区和集电

30、区体电阻忽略忽略rbcrbc将将 等效到等效到输入和输出端输入和输出端2021/9/1254 346 3.2.2 频率响应分析频率响应分析 分析思路分析思路：电容耦合共射电路电容耦合共射电路输入、输出耦合电容输入、输出耦合电容:旁路电容：旁路电容：三极管极间电容：三极管极间电容：在分析频率响应时，采用分频区分析法，即划分成在分析频率响应时，采用分频区分析法，即划分成 低频、中频和高频三个不同的区域进行分析。低频、中频和高频三个不同的区域进行分析。通常，通常，C C1 1、C C2 2和和C Ce e的容量较大的容量较大(以以 F F为单位位)，而，而 的容量的容量较 小小(以以pFpF为单位为

31、单位)2021/9/1255分频区分频区低频区低频区：考虑：考虑C1,C2,CeC1,C2,Ce的作用的作用 （极间电容视作开路）极间电容视作开路）中频区：中频区：所有电容效应均不考虑。所有电容效应均不考虑。即即C1,C2,CeC1,C2,Ce视作短路，极间电容视作开路视作短路，极间电容视作开路高频区：高频区：考虑考虑极间电容极间电容的作用。的作用。（C1,C2,CeC1,C2,Ce视作短路）视作短路）分析思路分析思路：2021/9/1256 347 1.1.中频区频率响应分析中频区频率响应分析特点：特点：所有电容的影响均可忽略不计。所有电容的影响均可忽略不计。中频区等效电路如下中频区等效电路

32、如下:在中在中频区，由于区，由于 的容量大，即容抗小，的容量大，即容抗小，因此可以视为短路；而极间电容容量小，即容抗大，因此可以视为短路；而极间电容容量小，即容抗大，因此可以视为开路。因此可以视为开路。2021/9/1257 348 1.1.中频区频率响应分析中频区频率响应分析中频区源电压放大倍数：中频区源电压放大倍数：下标下标m m表表示中频示中频区电压区电压放大倍放大倍数数其中：其中：可见，中频区电压放大倍数是一个与频率无关的常数。可见，中频区电压放大倍数是一个与频率无关的常数。因此，其幅频特性为一条水平线，幅值因此，其幅频特性为一条水平线，幅值(dB)(dB)为为 对于共射电路，其相频特

33、性为对于共射电路，其相频特性为 的一条水平直线。的一条水平直线。2021/9/1258 349 2.2.低频区频率响应分析低频区频率响应分析特点：考虑特点：考虑C C1 1,C,C2 2,C,Ce e的作用的作用 根据容抗的根据容抗的计算公式，算公式，由于，由于频率率降低，降低，极间电容更可被视为开路，而耦合电容和旁路电容的容极间电容更可被视为开路，而耦合电容和旁路电容的容 抗增大，不能再视为短路。抗增大，不能再视为短路。低频区等效电路如下低频区等效电路如下:多数情况下，射极旁多数情况下，射极旁 路电容路电容C Ce e的容量很大，因的容量很大，因 此其容抗很小，所以即使在此其容抗很小，所以即

34、使在 低频区仍将其视为短路。低频区仍将其视为短路。分分别位于位于输入回路和入回路和输出回路中，由于出回路中，由于 输入回路和输出回路之间仅有地线连接，按照电路输入回路和输出回路之间仅有地线连接，按照电路 中的理论，可以将输入回路和输出回路分开考虑。中的理论，可以将输入回路和输出回路分开考虑。2021/9/1259 350 2.2.低频区频率响应分析低频区频率响应分析低频区源电压放大倍数：低频区源电压放大倍数：2021/9/1260 351 2.2.低频区频率响应分析低频区频率响应分析式中：式中：根据回路时根据回路时间间常数的概念，即常数的概念，即输入回路时间常数输入回路时间常数输出回路时间常数

35、输出回路时间常数 可见，只要算出有电容的回路的时间常数，即可可见，只要算出有电容的回路的时间常数，即可 可计算由该电容所确定的下限角频率。可计算由该电容所确定的下限角频率。当输入为正弦信号时：当输入为正弦信号时：放大器总的下限角频率放大器总的下限角频率 （见本章第（见本章第3 3节分析）节分析）2021/9/1261 352 2.2.低频区频率响应分析低频区频率响应分析例例3 39 9：画出低频区的幅频特性和相频特性。画出低频区的幅频特性和相频特性。解：解：根据原点处零点和一阶根据原点处零点和一阶 极点的渐近线波特图画法，极点的渐近线波特图画法，即可得到低频区的幅频特性即可得到低频区的幅频特性

36、 和相频特性。和相频特性。2021/9/1262 353 2.2.低频区频率响应分析低频区频率响应分析例例3-93-9：低频区的幅频特性和相频特性如下图所示。低频区的幅频特性和相频特性如下图所示。幅频特性幅频特性相频特性相频特性2021/9/1263 354 3.3.高频区频率响应分析高频区频率响应分析特点：考虑电容特点：考虑电容 的作用。的作用。根据容抗的根据容抗的计算公式，算公式，由于，由于频率率升高，升高，极间电容的容抗减小，不可被视为开路，而耦合电容和极间电容的容抗减小，不可被视为开路，而耦合电容和 旁路电容的容抗减小，更可视为短路。旁路电容的容抗减小，更可视为短路。利用简化的混利用简

37、化的混模型画出的高频区等效电路如下模型画出的高频区等效电路如下:为了简化分析，将由为了简化分析，将由 和信号源构成的电路和信号源构成的电路 做戴维南等效。做戴维南等效。2021/9/1264 355 3.3.高频区频率响应分析高频区频率响应分析高频区源电压放大倍数：高频区源电压放大倍数：当输入为正弦信号时当输入为正弦信号时式中：式中：输入回路时间常数为输入回路时间常数为2021/9/1265 356 3.3.高频区频率响应分析高频区频率响应分析例例3 31010：画出高频区的幅频特性和相频特性。画出高频区的幅频特性和相频特性。解：解：2021/9/1266 357 3.3.高频区频率响应分析高

38、频区频率响应分析例例3-103-10：高频区的幅频特性和相频特性如下图所示。高频区的幅频特性和相频特性如下图所示。幅频特性幅频特性相频特性相频特性2021/9/12671.低频区低频区2.中频区中频区3.高频区高频区幅频特性为一条水平线幅频特性为一条水平线对于共射电路，其相频特对于共射电路，其相频特性为性为-180度的一条水平直线度的一条水平直线2021/9/1268 358 4.4.完整的幅频特性和相频特性曲线完整的幅频特性和相频特性曲线 将三个区域的幅将三个区域的幅频特性和相特性和相频特性曲特性曲线组合在一起，即合在一起，即 可以得到完整的幅频特性和相频特性曲线可以得到完整的幅频特性和相频

39、特性曲线.（1 1）幅频特性）幅频特性称为下限频率称为下限频率称为上限频率称为上限频率称为通频带称为通频带 在放大信号时，通常要求通频带略大于在放大信号时，通常要求通频带略大于 信号带宽，以避免使输出信号出现幅度失真。信号带宽，以避免使输出信号出现幅度失真。2021/9/1269 359 4.4.完整的幅频特性和相频特性曲线完整的幅频特性和相频特性曲线（2 2）相频特性）相频特性 以中频区相移为参考时，低频区相位超前中以中频区相移为参考时，低频区相位超前中 频区，即附加相移为正，其值为频区，即附加相移为正，其值为+90+90；而高频区；而高频区 相位滞后中频区，即附加相移为负，其值为相位滞后中

40、频区，即附加相移为负，其值为-90-90。2021/9/1270 360 计算机辅助分析法计算机辅助分析法WORKBENCH软件 对于具体的放大电路，可以利用对于具体的放大电路，可以利用WORKBENCH WORKBENCH 仿真工具获取放大器的幅频特性和相频特性波特图。仿真工具获取放大器的幅频特性和相频特性波特图。例例3 31111：分析如下放大电路的幅频和相频特性。：分析如下放大电路的幅频和相频特性。2021/9/1271 361 计算机辅助分析法计算机辅助分析法 对于上图的放大电路来说，其仿真幅频特对于上图的放大电路来说，其仿真幅频特 性波特图和相频特性波特图如下所示。性波特图和相频特性

41、波特图如下所示。2021/9/1272 362 5.5.电容耦合电容耦合共集共集放大电路放大电路 电容耦合共集放大容耦合共集放大电路的路的频率特性要率特性要优于共射放大于共射放大电路，路，表现为其上限频率高于共射放大电路。表现为其上限频率高于共射放大电路。电路图电路图高频等效电路高频等效电路2021/9/1273 363 5.5.电容耦合共集放大电路电容耦合共集放大电路电路特点：电路特点：该电路没有密勒倍增效应；该电路没有密勒倍增效应；电路的高频特性，即上限频率是由回路的电路的高频特性，即上限频率是由回路的时间常数决定的，时间常数越小，则上限频率时间常数决定的，时间常数越小，则上限频率越高。越

42、高。共集放大电路的电压放大倍共集放大电路的电压放大倍 数近似为数近似为1 1。折合到输入端的电容折合到输入端的电容 远小于它本身，即输入回路远小于它本身，即输入回路 时常数很小；时常数很小；若考虑负载电容若考虑负载电容 的影响的影响 （包括输出电容），则由于（包括输出电容），则由于 共集电路的共集电路的 很小，即输出很小，即输出 回路时回路时间间常数小，所以高频特性好。常数小，所以高频特性好。2021/9/1274 364 5.5.电容耦合共集放大电路电容耦合共集放大电路电路如下图所示。设放大器的上限频率由电路如下图所示。设放大器的上限频率由C CL L决定，决定，C Cbcbc 和和C Cb

43、ebe的影响可忽略不计。求开关的影响可忽略不计。求开关S S分别接分别接A A端和端和B B端时的端时的 表达式。表达式。例例3-123-12：解解:接到接到A A端时，端时，CECE组态组态接到接到B B端时，端时，CCCC组态组态注意：当注意：当 ，（与（与R Rb b无关）。无关）。显然，在考然，在考虑负载电容容时，CCCC组态的上的上 限频率要高于限频率要高于CECE组态。组态。2021/9/1275 365 6.电容耦合电容耦合共基共基放大电路放大电路电路图电路图高频等效电路高频等效电路2021/9/1276 366 6.电容耦合共基放大电路电容耦合共基放大电路电路特点：电路特点：若

44、忽略若忽略 的影响，则的影响，则 不存在密勒倍增效不存在密勒倍增效应，其中，其中，比共射接法比共射接法 小得多，且共基输入电阻小，小得多，且共基输入电阻小，故输入回路时间常数小；故输入回路时间常数小；若考虑负载电容若考虑负载电容 的影响，则的影响，则由于共基电路和共射电路的输出由于共基电路和共射电路的输出电阻相同，所以输出回路时间常电阻相同，所以输出回路时间常数也相同，因此由负载电容所引数也相同，因此由负载电容所引起的上限频率相同。起的上限频率相同。2021/9/1277 367 7.7.组合电路组合电路 相对于共射放大电路而言，为了展宽放相对于共射放大电路而言，为了展宽放大器的通频带，可以采

45、用组合电路的方式。大器的通频带，可以采用组合电路的方式。主要有两种方式：共射共基电路主要有两种方式：共射共基电路,共射共集电路。共射共集电路。（1 1）CE-CBCE-CB电路电路1.1.共基共基电路的路的输入入电阻很小，阻很小，第一级第一级 密勒电容大大减小，密勒电容大大减小，从而使共射电路的上限频率大从而使共射电路的上限频率大 大提高。大提高。2.2.两两级级联后的上限后的上限频率取率取 决于第一级共射电路的上限决于第一级共射电路的上限 频率。频率。2021/9/1278 368 7.7.组合电路组合电路（2 2）CE-CCCE-CC电路电路适用于容性负载；适用于容性负载；对于容性负载的共

46、对于容性负载的共 射放大器的上限频率很低，射放大器的上限频率很低，但如果容性负载作为共集但如果容性负载作为共集 放大器的负载，则由于其放大器的负载，则由于其 输出电阻很小，输出电阻很小，的影响的影响 将大大减小；将大大减小；两级级联后的上限频率取决于第一级共射电路两级级联后的上限频率取决于第一级共射电路(无无 ）的上限频率。的上限频率。2021/9/1279 369 3.2.3 3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 低频时，低频时，是一个实数，但随着频率的升高，是一个实数，但随着频率的升高，将是将是 个复数，并且个复数，并且的模值会随频率的升高而下降。的模值会随频率的升高而下降。定义：

47、定义：当当的模值下降到低频数值的模值下降到低频数值 的的0.7070.707倍时的频率，倍时的频率，称为晶体管共射截止频率，记为称为晶体管共射截止频率，记为 1.共射截止频率共射截止频率 根据定义，需要求出高频时根据定义，需要求出高频时和频率之间的关系式。根据和频率之间的关系式。根据 的定义（共射短路电流放大系数），其等效电路如下的定义（共射短路电流放大系数），其等效电路如下 2021/9/1280 370 1 1共射截止频率共射截止频率由由的模值可看出：的模值可看出：2021/9/1281 371 2 2特征频率特征频率定义：定义：显见，特征频率远大于共射截止频率。显见，特征频率远大于共射截

48、止频率。2021/9/1282 372 3 3共基截止频率共基截止频率利用利用和和的关系，可以得到的关系，可以得到 为了保证实际电路在高频时仍有较大的电流放大为了保证实际电路在高频时仍有较大的电流放大 系数，必须选择晶体管的特征频率为系数，必须选择晶体管的特征频率为2021/9/1283 373 3.2.4 3.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应1.1.场效效应管的管的高高频等效等效电路路：类似于晶体三极管的高似于晶体三极管的高频等效等效电路，路，需要考需要考虑场效效应管管 极间电容的影响极间电容的影响。（1 1）JFETJFET高高频等效等效电路路（2 2）MOSFET

49、MOSFET高高频等效等效电路路（3 3）MOSFETMOSFET高高频等效等效电路路 (衬源短路源短路）2021/9/1284 374 例例3-133-13 一一JFETJFET放大器如下放大器如下图所示。已知所示。已知I IDSSDSS=8mA=8mA，U UGS(off)GS(off)=-4V =-4V r rdsds=20k=20k,C,Cgdgd=1.5pF,C=1.5pF,Cdsds=5.5pF=5.5pF，试计算算A Aumum、f fL L以及以及f fH H，并画出，并画出渐近线波特图。渐近线波特图。3.2.4 3.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应计算

50、下限频率计算下限频率需要需要低频等效电路，并找到低频等效电路，并找到 有电容的回路，计算该回路的时间常数；有电容的回路，计算该回路的时间常数；计算上限频率计算上限频率需要需要高频等效电路，并找到高频等效电路，并找到 有电容的回路，计算该回路的时间常数。有电容的回路，计算该回路的时间常数。分析：分析：计算中频电压放大倍数计算中频电压放大倍数需要求出需要求出跨导跨导gm,因此需要因此需要做静态分析；做静态分析；2021/9/1285 375 3.2.4 3.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应解解（1 1）静静态分析分析 由由JFETJFET的特性和电路图可得：的特性和电路图可