模拟电子技术基础简明教程(第三版)第三章.ppt

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1、1 1第三章 放大电路的频率响应第一节第一节 频率响应的一般概念频率响应的一般概念幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性下限频率、上限频率和通频带下限频率、上限频率和通频带下限频率、上限频率和通频带下限频率、上限频率和通频带频率失真频率失真频率失真频率失真波特图波特图波特图波特图高通电路和低通电路高通电路和低通电路高通电路和低通电路高通电路和低通电路下页下页总目录总目录一、幅频特性和相频特性A Aumum0.7070.707A Aumumf fHHf fL LBWBW90900 01801800 0-270-2700 0|A Au u|f fO Of f0 0

2、0 0 单管共射放大电路的频率特性幅频特性幅频特性幅频特性幅频特性相频特性相频特性相频特性相频特性由于电抗性元件的作用，由于电抗性元件的作用，由于电抗性元件的作用，由于电抗性元件的作用，使正弦波信号通过放大电路时，使正弦波信号通过放大电路时，使正弦波信号通过放大电路时，使正弦波信号通过放大电路时，不仅信号的幅度得到放大，不仅信号的幅度得到放大，不仅信号的幅度得到放大，不仅信号的幅度得到放大，而且还将产生一个相位移。而且还将产生一个相位移。而且还将产生一个相位移。而且还将产生一个相位移。此时，电压放大倍数可表示如下：此时，电压放大倍数可表示如下：此时，电压放大倍数可表示如下：此时，电压放大倍数可

3、表示如下：下页下页上页上页首页首页二、下限频率、上限频率和通频带A Aumum0.7070.707A Aumumf fHHf fL LBWBW90900 01801800 0-270-2700 0|A Au u|f fO Of f0 00 0 单管共射放大电路的频率特性f fL L ：称为下限频率称为下限频率称为下限频率称为下限频率f fHH ：称为上限频率称为上限频率称为上限频率称为上限频率BWBW ：称为通频带称为通频带称为通频带称为通频带A Aumum ：称为中频电压放大倍数称为中频电压放大倍数称为中频电压放大倍数称为中频电压放大倍数下页下页上页上页首页首页三、频率失真由于放大电路通频带

4、的宽度有一定限制，由于放大电路通频带的宽度有一定限制，由于放大电路通频带的宽度有一定限制，由于放大电路通频带的宽度有一定限制，因此，当输入信号的频率升高或降低时，因此，当输入信号的频率升高或降低时，因此，当输入信号的频率升高或降低时，因此，当输入信号的频率升高或降低时，电压放大倍数的幅值可能减小，电压放大倍数的幅值可能减小，电压放大倍数的幅值可能减小，电压放大倍数的幅值可能减小，同时，可能产生滞后或超前的相位移。同时，可能产生滞后或超前的相位移。同时，可能产生滞后或超前的相位移。同时，可能产生滞后或超前的相位移。所以，当输入信号包含多次谐波时，所以，当输入信号包含多次谐波时，所以，当输入信号包

5、含多次谐波时，所以，当输入信号包含多次谐波时，经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。经过放大电路放大以后，输出波形可能产生频率失真。下页下页上页上页首页首页由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，由于不同谐波通过放大电路后产生的相位移不同，造成造成造成造成u uo o波形产生的失真，称为相频失真。波形产生的失真，称为相频失真。波形产生的失真，称为相频失真。波形产生的失真，称为相频失真。频率失真与非线

6、性失真产生的原因不同。频率失真与非线性失真产生的原因不同。频率失真与非线性失真产生的原因不同。频率失真与非线性失真产生的原因不同。频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而频率失真是由于放大电路对不同频率的信号响应不同而产生的；产生的；产生的；产生的；而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。而非线性失真是由放大器件的非线性特性产生的。由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同，由于放大电路对不同谐波

7、成分的放大倍数的幅值不同，由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同，由于放大电路对不同谐波成分的放大倍数的幅值不同，导致导致导致导致u uo o的波形产生的失真，称为幅频失真。的波形产生的失真，称为幅频失真。的波形产生的失真，称为幅频失真。的波形产生的失真，称为幅频失真。下页下页上页上页首页首页四、波特图在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。这种对数频率特性又称为波特图。这种对数频率特性又称为波特图。这种对数频率特性又称为波特图。这种对数频率特性又称为

8、波特图。所谓对数频率特性是指：所谓对数频率特性是指：所谓对数频率特性是指：所谓对数频率特性是指：绘制频率特性时基本上采用对数坐标。绘制频率特性时基本上采用对数坐标。绘制频率特性时基本上采用对数坐标。绘制频率特性时基本上采用对数坐标。幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。根据电压放大倍数与频率之

9、间关系的表达式，根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式，根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式，根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式，可以画出放大电路的频率特性曲线。可以画出放大电路的频率特性曲线。可以画出放大电路的频率特性曲线。可以画出放大电路的频率特性曲线。下页下页上页上页首页首页五、高通电路和低通电路1.1.RCRC高通电路的波特图高通电路的波特图高通电路的波特图高通电路的波特图U Ui iU Uo o-+-R RC CRC 高通电路时间常数时间常数时间常数时间常数 L L =RCRC令令令令 f fL L =2 2 L L 1 1=2 2 RCRC 1 1A Au u=R R +R

10、R 1 1j j C CA Au u=1 1+1 1 1 1j j R RC C=1 1 +1 11 1j j L L =1 1-j j1 1 f ff fL L下页下页上页上页首页首页f fL L0.10.1f fL L1010f fL Lf f 0 045450 090900 0f fL L0.10.1f fL L1010f fL Lf f20lg|20lg|A Au u|/dB|/dB0 0-20-20-40-40最大误差最大误差最大误差最大误差 5.715.710 0最大误差最大误差最大误差最大误差 3 dB3 dB-45-450 0/十倍十倍十倍十倍频频频频20dB/20dB/十倍频

11、十倍频十倍频十倍频下页下页上页上页首页首页仿真仿真2.2.RCRC低通电路的波特图低通电路的波特图低通电路的波特图低通电路的波特图时间常数时间常数时间常数时间常数 H H=RCRCU Ui iU Uo o-+-R RC CRC 低通电路令令令令下页下页上页上页首页首页f fHH0.10.1f fHH1010f fHHf f 0 0f fHH0.10.1f fHH1010f fHHf f20lg|20lg|A Au u|/dB|/dB0 0-20-20-40-40最大误差最大误差最大误差最大误差 3 dB3 dB最大误差最大误差最大误差最大误差 5.715.710 020dB/20dB/十倍频十

12、倍频十倍频十倍频-45-450 0-90-900 0-45-450 0/十倍十倍十倍十倍频频频频最大误差最大误差最大误差最大误差 5.715.710 0上页上页首页首页仿真仿真第二节第二节 三极管的频率参数三极管的频率参数共射截止频率共射截止频率共射截止频率共射截止频率特征频率特征频率特征频率特征频率共基截止频率共基截止频率共基截止频率共基截止频率下页下页总目录总目录下页下页上页上页三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信号的适应能力。号的适应

13、能力。号的适应能力。号的适应能力。在中频时，在中频时，在中频时，在中频时，一般认为三极管的一般认为三极管的一般认为三极管的一般认为三极管的 基本上是一个常数。基本上是一个常数。基本上是一个常数。基本上是一个常数。当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大作用将被削弱，作用将被削弱，作用将被削弱，作用将被削弱，0 0是三极管低频时的共射电流放大系数。是三极管低频时的共射电流放大系数。是三极管低频时的共射电流放大系数。是三极管低频时的共射电流放大系数

14、。首页首页所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为：所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为：所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为：所以电流放大系数是频率的函数，可以表示为：f f O O20lg20lg|/dB|/dBf ff f -20dB/-20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频20lg 20lg 0 0O O0.10.1f f 1010f f f f -45-450 0-90-900 0 的波特图的波特图的波特图的波特图下页下页上页上页首页首页一、共射截止频率一、共射截止频率|值下降到值下降到值下降到值下降到0.7070.707 0 0 时的频率，时的频率，时的频率，时的频率，用符号用

15、符号用符号用符号 f f 表示。表示。表示。表示。f f T Tf f O O-20dB/-20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频20lg20lg|/dB|/dBf ff f 20lg 20lg 0 0O O0.10.1f f 1010f f f f -45-450 0-90-900 0 的波特图的波特图的波特图的波特图当当当当 f f=f f 时，时，时，时，根据根据根据根据f f 的定义，所谓共射截止频率，的定义，所谓共射截止频率，的定义，所谓共射截止频率，的定义，所谓共射截止频率，并非说明此时三极管已经完全失去并非说明此时三极管已经完全失去并非说明此时三极管已经完全失去并非说明此时三极管已经

16、完全失去放大作用，而只是共射电流放大系放大作用，而只是共射电流放大系放大作用，而只是共射电流放大系放大作用，而只是共射电流放大系数的幅频特性下降了数的幅频特性下降了数的幅频特性下降了数的幅频特性下降了3dB3dB。下页下页上页上页首页首页二、二、特征频率特征频率|值下降到值下降到值下降到值下降到 1 1 时的频率时的频率时的频率时的频率用符号用符号用符号用符号 f fT T 表示。表示。表示。表示。特征频率是三极管的一个重要参数，特征频率是三极管的一个重要参数，特征频率是三极管的一个重要参数，特征频率是三极管的一个重要参数，当当当当f f f fT T 时，三极管已失去放大作用，时，三极管已失

17、去放大作用，时，三极管已失去放大作用，时，三极管已失去放大作用，所以，不允许三极管工作在如此高的所以，不允许三极管工作在如此高的所以，不允许三极管工作在如此高的所以，不允许三极管工作在如此高的频率范围。频率范围。频率范围。频率范围。f fT T=0 0 f f 下页下页上页上页f f T Tf f O O-20dB/-20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频20lg20lg|/dB|/dBf ff f 20lg 20lg 0 0O O0.10.1f f 1010f f f f -45-450 0-90-900 0 的波特图的波特图的波特图的波特图首页首页三、三、共基截止频率共基截止频率f f =（1

18、 1+0 0 ）f f 考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频考虑三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也是频率的函数。率的函数。率的函数。率的函数。通常将通常将通常将通常将 值下降为低频时值下降为低频时值下降为低频时值下降为低频时 0 0的的的的 0.7070.707倍时的频率定倍时的频率定倍时的频率定倍时的频率定义为义为义为义为共基截止频率共基截止频率共基截止频率共基截止频率，用符号，用符号，用符号，用符号 f f 表示。表示。表示。表示。下页下页上页上页首页首页上页上页三极管的频率参

19、数也是选用三极管的重要依据之一。三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。三极管的频率参数也是选用三极管的重要依据之一。通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，通常，在要求通频带比较宽的放大电路中，应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。应该选用高频管，即频率参数值较高的三极管。如对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。如对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。如对通频带没有特殊要求，则可选

20、用低频管。如对通频带没有特殊要求，则可选用低频管。一般小功率三极管的一般小功率三极管的一般小功率三极管的一般小功率三极管的f f 值约为几十至几百千赫，值约为几十至几百千赫，值约为几十至几百千赫，值约为几十至几百千赫，高频小功率三极管的高频小功率三极管的高频小功率三极管的高频小功率三极管的f fT T 约为几十至几百兆赫。约为几十至几百兆赫。约为几十至几百兆赫。约为几十至几百兆赫。首页首页第三节第三节 单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应三极管的混合三极管的混合三极管的混合三极管的混合型等效电路型等效电路型等效电路型等效电路阻容耦合单管共射放大电路的频率响应阻容耦合单管共射放大

21、电路的频率响应阻容耦合单管共射放大电路的频率响应阻容耦合单管共射放大电路的频率响应直接耦合单管共射放大电路的频率响应直接耦合单管共射放大电路的频率响应直接耦合单管共射放大电路的频率响应直接耦合单管共射放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应下页下页总目录总目录中频段：中频段：中频段：中频段：各种容抗的影响可忽略不计，电压放大倍数基本与频率无关。低频段：低频段：低频段：低频段：隔直电容构成RC高通电路，电压放大倍数将降低。高频段：高频段：高频段：高频段：极间电容构成RC低通电路，电压放大倍数将降低。定性分析频率响应定性分析频率响应

22、RbRcVT+-考虑极间电容时的单管共射放大电路+-C1C2+VCCRs+-下页下页上页上页首页首页一、三极管的混合型等效电路r rb bcc 很大可忽略不计。很大可忽略不计。很大可忽略不计。很大可忽略不计。C Cb bee 发射结结电容。发射结结电容。发射结结电容。发射结结电容。C Cb bcc 集电结结电容。集电结结电容。集电结结电容。集电结结电容。g gm m 跨跨跨跨导导导导 g gmmU Ub b e e受受受受控源。控源。控源。控源。b b b bc ce er rb beer rb bccr rb bb b C Cb bccC Cb bee结构示意图下页下页上页上页r rb bb

23、 b r rb beeC Cb beeC Cb bccb b b bc ce eU Ubebeg gmmU Ub b e eU UceceU Ub b e e+-+三极管的混合型等效电路I Ib bI Ic c首页首页r rb bb b +r rb bee =r rb be e可得：可得：可得：可得：r rb bee =（1 1+）2626I IEQEQg gmmU Ub b e e=g gm m I Ib br rb bee =I Ib b可得：可得：可得：可得：g gm m=r rb bee=（1 1+）2626I IEQEQ 2626I IEQEQr rb bb b =r rb be e

24、 -r rb beeC Cb bee 2 2 f fT Tg gmmC Cb bcc可查到可查到可查到可查到混合参数与h参数之间的关系2626I IEQEQ=r rb bb b +（1 1+）下页下页上页上页r rb bb b r rb beeb b b bc ce eU Ubebeg gmmU Ub b e eU UceceU Ub b e e+-+-I Ib bI Ic cr rb be eb bc ce eU UbebeU Ucece+-+I Ic cI Ib bI Ib b 首页首页C C =C Cb bee +（1 1-K K）C Cb bcc应用密勒定理将电路简化应用密勒定理将电路

25、简化应用密勒定理将电路简化应用密勒定理将电路简化K K U UceceU Ub b e e将将将将C Cb bcc分别等效到输入回路和输出回路。分别等效到输入回路和输出回路。分别等效到输入回路和输出回路。分别等效到输入回路和输出回路。下页下页上页上页r rb bb b r rb beeC C b b b bc ce eU Ubebeg gmmU Ub b e eU UceceU Ub b e e+-+C Cb bccK K-1-1K K简化的混合型等效电路首页首页二、阻容耦合单管共射放大电路的频率响应可将可将可将可将C C2 2 和和和和R RL L 看成是下一级的看成是下一级的看成是下一级的

26、看成是下一级的输入端耦合电容和输入电阻。输入端耦合电容和输入电阻。输入端耦合电容和输入电阻。输入端耦合电容和输入电阻。U Ui i+-U Uo o-+R Rc cR Rb b先分别讨论中频、低频和高频先分别讨论中频、低频和高频先分别讨论中频、低频和高频先分别讨论中频、低频和高频时的频率响应，时的频率响应，时的频率响应，时的频率响应，然后综合得到完整的波特图。然后综合得到完整的波特图。然后综合得到完整的波特图。然后综合得到完整的波特图。R Rs s U Us s+-下页下页上页上页R Rb bR Rc c+-+-C C1 1C C2 2+V+VCCCCR Rs sU Us sU Uo oU Ui

27、 iR RL L+-+r rb bb b c ce eU Ub b e er rb beeC C b b b bg gmmU Ub b e eC Cb bccK K-1-1K K首页首页1.1.中频段中频段中频段中频段其中其中其中其中U Ub b e e=r rb beer rb be eU Ui i=r rb beer rb be eU Us sR Ri iR Ri iR Ri i+R Rs s=r rb beer rb be eU Uo o=U Ub b e e-g gm m R Rc c=-=-U Us sR Ri i+R Rs sr rb beer rb be eg gm m R Rc

28、 cA Ausmusm=U Us sU Uo oR Ri i=-=-R Ri i+R Rs sr rb beer rb be eg gm m R Rc cR Ri i=-=-R Ri i+R Rs sr rb be e R Rc cR Ri i =R Rb b/r rbebe 下页下页上页上页+-R Rs sU Us s+-r rb bb b r rb beeb b b bc ce eU Uo og gmmU Ub b e eU Ui iU Ub b e e-+-I Ib bI Ic cRcR Rb b中频等效电路首页首页2.2.低频段低频段低频段低频段下页下页上页上页+-R Rs sU Us

29、 s+-r rb bb b r rb beeb b b bc ce eU Uo og gmmU Ub b e eU Ui iU Ub b e e-+-I Ib bI Ic cRcR Rb b低频等效电路首页首页3.3.高频段高频段高频段高频段一般情况下，输出回路的时间常数比输入回路的小得多，一般情况下，输出回路的时间常数比输入回路的小得多，因此，输出回路的电容可忽略不计。输入回路可简化。因此，输出回路的电容可忽略不计。输入回路可简化。开路电压：开路电压：等效电阻：等效电阻：下页下页上页上页+-RsUs+-r rb bb b r rb beeb b b bc ce eU Uo og gmmU U

30、b b e eU Ui iU Ub b e e-+-I Ib bI Ic cRcRbC C 高频等效电路C Cb beeK KK K-1-1首页首页下页下页上页上页C C c ce eU Us s g gmmU Ub b e eU Uo oU Ub b e e+-+高频等效电路的简化R Rc cR R+-首页首页4.4.完整的波特图完整的波特图完整的波特图完整的波特图20lg20lg|A Ausmusm|20dB/20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频-90-900 0-225-2250 0-135-1350 0-180-1800 0-270-2700 0 f fO O20lg20lg|A Au

31、u|/dB|/dBf fO Of fHH1010f fHHf fL L0.10.1f fHH0.10.1f fL L1010f fL L阻容耦合单管共射放大电路的波特图-20dB/-20dB/十倍十倍十倍十倍频频频频下页下页上页上页首页首页仿真仿真5.5.增益带宽积增益带宽积增益带宽积增益带宽积使通频带既宽，放大倍数又高使通频带既宽，放大倍数又高,首要问题是选用首要问题是选用r rbbbb 和和C Cb bcc 均小的高频三极管。均小的高频三极管。20lg20lg|A Au u|/dB|/dBf fO O20lg20lg|A Ausmusm|-90-900 0-225-2250 0-135-1

32、350 0-180-1800 0-270-2700 0 f f20204040f fHHf fL LBWBW下页下页上页上页首页首页三、直接耦合单管共射放大电路的频率响应20lg20lg|A Aumum|-180-1800 0-270-2700 0 f f0 020lg20lg|A Au u|/dB|/dBf fO Of fHH1010f fHH0.10.1f fHH直接耦合单管共射放大电路的波特图低频特性好低频特性好-20dB/-20dB/十倍频十倍频十倍频十倍频下页下页上页上页首页首页四、多级放大电路的频率响应已知多级已知多级已知多级已知多级放大电路总的电压放大倍数是各个放大级电放大电路总的电压放大倍数是各个放大级电放大电路总的电压放大倍数是各个放大级电放大电路总的电压放大倍数是各个放大级电压放大倍数的乘积。压放大倍数的乘积。压放大倍数的乘积。压放大倍数的乘积。多级放大电路总的相位移为：多级放大电路总的相位移为：多级放大电路总的相位移为：多级放大电路总的相位移为：仿真仿真下页下页上页上页首页首页