放大器的频率特性.ppt

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1、第 3章放大器的频率放大器的频率特性特性退出退出目目 录录3.1 线性失真及其分析方法线性失真及其分析方法 3023.3 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应 3853.4 放大器的阶跃响应放大器的阶跃响应 3933.2 单级放大器的频率响应单级放大器的频率响应 338退出退出3013.1 线性失真及其分析方法线性失真及其分析方法3.1.1 线性失真线性失真3.1.2 分析方法分析方法退出退出返回返回302 由于放大电路中存在由于放大电路中存在电抗元件电抗元件(电容、电感等），电容、电感等），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

2、号等）时，导致输出信号不能重现输入信号的脉冲信号等）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.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退出退出返回返回303 例例3-1：RC电路如图所示，当输入信号为周期为电路如图所示，当输入信号为周期为1ms的方波时，的方波时，试分析输出电压试分析输出电压波形产生失真波形产生失真的原因。的原因。3.1.1 线性失真线性失真1.基本概念基本概念退出退出304 对输入信号做傅

3、里叶分解，可见输入信号中包对输入信号做傅里叶分解，可见输入信号中包含丰富的频率成分。含丰富的频率成分。由于电容由于电容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RC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RC电路，最后电路，最后在输出端求和。在输出端求和。1.基本概念基本概念退出退出3.1.1 线性失真线性失真305幅度失真：幅度失真：(与振幅频率特性有关与振幅频率特性有关)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

4、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.线性失真的分类线性失真的分类例例3-2：退出退出3.1.1 线性失真线性失真306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基波、二次和三次谐波振幅比为输入信号基波、二次和三次谐波振幅比为10:6:2；输出信号输出信号基波、二次和三次基波、二次和三次谐波振幅比为谐波振幅比为10:3:0.5；因此出现失真。因此出现失真。退出退出3.1.1 线性失真线性失真307

5、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滞后放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而造成的输出波形失真。时间不相等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)退出退出3.1.1 线性失真线性失真3083.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放大倍数的幅值与频率无关。从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关。（1 1）不产生幅度失真的条件）不产生幅度失真的条件退出退出3.1.1 线性失真线性失真3093.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滞后时间相同从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时

6、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退出退出3.1.1 线性失真线性失真3103.不失真传输的条件不失真传输的条件 对于要放大的输入信号，其主要频率成分总对于要放大的输入信号，其主要频率成分总是集中在一定的频率范围内，通常称为信号带宽。是集中在一定的频率范围内，通常称为信号带宽。对于幅度失真：只要放大器的通频带略大于信对于幅度失真：只要放大器的通频带略大于信号带宽，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：在话音通信中的中的放大器，对于相位失真：在话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

7、，但在图像通信中的放大器，则必须考虑。则必须考虑。退出退出3.1.1 线性失真线性失真3114.和非线性失真的区别和非线性失真的区别 产生原因不同产生原因不同 线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的失真。失真。非线性失真是含有非线性失真是含有非线性元件非线性元件（如晶体管、（如晶体管、场效应管等）的非线性电路产生的失真。场效应管等）的非线性电路产生的失真。退出退出3.1.1 线性失真线性失真3124.和非线性失真的区别和非线性失真的区别 线性失真的大小与输入信号幅度的大小无线性失真的大小与输入信号幅度的大小无关，而非线性失真的大小与输入信号幅度大小关，而非

8、线性失真的大小与输入信号幅度大小密切相关（对于放大电路还与密切相关（对于放大电路还与Q Q点位置有关）。点位置有关）。(2)产生结果不同产生结果不同 线性失真不会产生新的频率成分线性失真不会产生新的频率成分;非线性失真产生了输入信号所没有的新的非线性失真产生了输入信号所没有的新的频率成分。频率成分。退出退出3.1.1 线性失真线性失真313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 ，上限频率上限频率 ，最大不失真输出电压为，最大不失真输出电压为10V10V，当输入，当输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

9、是否失真？如是，为何种失真？失真？3.1.1 线性失真线性失真退出退出314 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：该信号为单频信号，虽然该信号该信号为单频信号，虽然该信号 ，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

10、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。退出退出3.1.1 线性失真线性失真315 该信号的两个频率分量：该信号的两个频率分量：1.5kHz1.5kHz处于中频区处于中频区,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许的输入电压最大值，叠两个信号分量的幅度均小于允许的输入电压最大值，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

11、非，故不产生非线性失真。线性失真。该信号的两个频率分量：该信号的两个频率分量：3Hz3Hz处于低频区，处于低频区，1.5kHz1.5kHz处于处于中频区，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为为 s s有最大值为有最大值为0.2V0.2V，故不产生，故不产生非线性失真。非线性失真。退出退出316（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。小结小结退出退出3.1.1 线性失真线性失真3173.1.2 分析方法分析方法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n nm

12、m退出退出返回返回3181.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率响应。率响应。退出退出3.1.2 分析方法分析方法3191.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标准形式，即可将上式改成标准形式，即退出退出3.1.2 分析方法分析方法320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

13、函数表达式可以得到用分贝表示由上述的增益函数表达式可以得到用分贝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）；也可幅频特性）；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）。退出退出3.1.2 分析方法分析方法321幅频特性：用分贝表示模值。幅频特性：用分贝表示模值。相频特性相频特性退出退出1.基本知识基本知识3.1.2 分析方法分析方法3221.基本知识基本知识 幅频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用幅频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用dBdB表示，表示，描述幅频特性曲线。描述幅频特性曲线。相频特性波特

14、图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用度相频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，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。扩展频率范扩展频率范围的视野围的视野 由上式可以看出，在求增益函数的幅频和相频特由上式可以看出，在求增益函数的幅频和相频特性时，可以先分别求出单个零极点的贡献，最后合成。性时，可以先分别求出单个零极点的贡献，最后合成。退出退出3.1.2 分析方法分析方法3232.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/十倍频的斜

15、线。十倍频的斜线。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，如存在一定的误差，如退出退出3.1.2 分析方法分析方法3242.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

16、。曲线如虚线所示。退出退出斜率为斜率为4545/十倍频程的直线。十倍频程的直线。3.1.2 分析方法分析方法325折线误差幅值误差幅值误差/dB相位误差相位误差/0.10.04+5.70.51-4.013.01021+4.0100.04-5.7退出退出3.1.2 分析方法分析方法3262.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，幅频特性是斜率时，幅频特性是斜率为为-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-3.01dB-3.01dB。当当 时，幅频特性为时，幅

17、频特性为0dB0dB；退出退出3.1.2 分析方法分析方法3272.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退出退出斜率为斜率为-45-45/十倍频程的直线。十倍频程的直线。3.1.2 分析方法分析方法328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，零点则则退出退出2.渐近线波特图法渐近线波特图法3.1.2 分析方法分析方法329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，极点则则退出退出2.渐近线波特图法渐近线波

18、特图法3.1.2 分析方法分析方法330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3-4：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，可以看出两个一阶极点两个一阶极点退出退出一个原点处的零点一个原点处的零点2.渐近线波特图法渐近线波特图法3.1.2 分析方法分析方法331（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：退出退出3.1.2 分析方法分析方法332（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

19、退出退出3.1.2 分析方法分析方法333（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退出退出3.1.2 分析方法分析方法3343.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。语言写程序。例例3-5：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MATLAB编程画出其幅频特性和

20、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。退出退出3.1.2 分析方法分析方法335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);bode(g,1,10e+7)；g为增益函数的分子分母的系数。为增益函数的分子分母的系数。bode是是MATLAB中绘制系统波特图的命令。中绘制系统波特图的命令。退出退出3.1.2 分析方法分析方法336MATLAB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。退出退出3.1.2 分析方法分析方法3373.2 单级放大器的频率响应单级放大器的

21、频率响应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 频率响应分析频率响应分析3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数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退出退出返回返回3383.2.1 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.混合混合型等效电路型等效电路 考虑到考虑到PNPN结的结的电容效应及晶体管电容效应及晶体管的性质，可得到晶的性质，可得到晶体管的物理模拟电体管的物理模拟电路。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

22、，一般都小于一般都小于1010。退出退出返回返回339: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，约出电流的影响，约 为为10101000k1000k；:集电结电容，约为集电结电容，约为 2 210pF;10pF;:发射结电容，约为发射结电容，约为100100500pF500pF。退出退出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340对应于对应于H H参数等效电路参数等效电路有有退出退出3.2.1 双极晶

23、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341 忽略发射区和集电区体电阻，将晶体管接成共射接法，忽略发射区和集电区体电阻，将晶体管接成共射接法，可得到晶体管的高频混可得到晶体管的高频混等效电路。等效电路。由等效电路中可看出，由等效电路中可看出，输入和输出被输入和输出被 连到一起，使得分析复杂化，连到一起，使得分析复杂化，因此需要简化等效电路。因此需要简化等效电路。由于由于 约为几约为几MM，通常满足通常满足所以可以将所以可以将 断开。断开。退出退出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3422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

24、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为跨接在输入和为跨接在输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。退出退出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343 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退出退出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344（3 3）等效电路）等效电路 根据上述分析，可以将跨接阻抗

25、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Z1和输出端的并联阻抗和输出端的并联阻抗Z2。退出退出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345例例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)电路等效为图电路等效为图(b)，求图求图(b)中的中的C1、C2为何值。为何值。解：解：退出退出346例例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Rf等效。等效。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

26、，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 的并联值近似为的并联值近似为 ，即，即 可视为开路。可视为开路。退出退出3473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 输入端为输入端为b b e e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。退出退出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348并且其容抗和并且其容抗和rce一般均一般均远大于交流负载电阻远大于交流负载

27、电阻 ，因此可忽略不计。因此可忽略不计。将将 等效到输入和输出端，得到等效电路如图所示。等效到输入和输出端，得到等效电路如图所示。简化混合简化混合型等效电路型等效电路简化混合简化混合型等效电路也称为单向化模型。型等效电路也称为单向化模型。退出退出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3493.2.2 频率响应分析频率响应分析定性分析：定性分析：由于要考虑电路中的电抗性元件对不同频率成分的响应由于要考虑电路中的电抗性元件对不同频率成分的响应不同，因此在分析放大器的频率响应时应充分考虑电路中的不同，因此在分析放大器的频率响应时应充分考虑电路中的每个电抗元件在不同频率区

28、域内的不同影响。每个电抗元件在不同频率区域内的不同影响。图示电路为电容耦合共射电路图示电路为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：晶体管极间电容：晶体管极间电容：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频率区域进行分析。低频、中频和高频三个不同的频率区域进行分析。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FF为单位为单位)，而，而 的容量较的容量较小小(以以pFpF为单位为单位)。退出退出返回返回3501.中频区频率响应分析中频区频率响应分析特点：

29、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如下:在中频区，由于在中频区，由于 和和 的容量很大，即容抗很小，的容量很大，即容抗很小，因此可以视为短路；而极间电容容量很小，即容抗很大，因此因此可以视为短路；而极间电容容量很小，即容抗很大，因此可以视为开路。可以视为开路。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析351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

30、，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。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3522.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C1,C2,Ce的作用的作用 根据容抗的计算公式，根据容抗的计算公式，由于频率，由于频率降低，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。低频区等效电路低频区等效电路 多数情况下，射极旁路多数情况下，射极旁路电容电容Ce的容量很大，其容的

31、容量很大，其容抗很小，所以即使在低频抗很小，所以即使在低频区仍将其视为短路。区仍将其视为短路。分别位于输入回路和输出回路中，由于分别位于输入回路和输出回路中，由于输入回路和输出回路之间仅有地线连接，可以将输入输入回路和输出回路之间仅有地线连接，可以将输入回路和输出回路分开考虑。回路和输出回路分开考虑。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析353低频区源电压放大倍数低频区源电压放大倍数退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3543.2.2 频率响应分析频率响应分析355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输出

32、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）退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析356例例3-8：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极点的渐近线根据原点处零点和一阶极点的渐近线波特图画法，即可得到低频区的幅频波特图画法，即可得到低频区的幅频特性和相频特性。特性和相频特性。退出退出3.2.2

33、频率响应分析频率响应分析357例例3-8：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退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3583.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。根据容抗的计算公式，根据容抗的计算公式，由于频率，由于频率升高，升高，极间电容的容抗减小，不可视为开路，而耦合电容和旁路极间电容的容抗减小，不可视为开路，而耦合电容和旁路电容的容抗减小，更可视为短路。电容的容抗减小，更可视为短路。利用简化的混利用简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

34、了简化分析，将为了简化分析，将 和信号源构成的电路和信号源构成的电路做戴维宁等效。做戴维宁等效。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析359高频区源电压放大倍数高频区源电压放大倍数3.2.2 频率响应分析频率响应分析退出退出360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3.2.2 频率响应分析频率响应分析361例例3-9：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：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。

35、越高。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析362例例3-9：高频区的幅频特性和相频特性如下图高频区的幅频特性和相频特性如下图所所示。示。幅频特性幅频特性相频特性相频特性退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3634.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 将三个区域的幅频特性和相频特性曲线组合在一起，即将三个区域的幅频特性和相频特性曲线组合在一起，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

36、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。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析364（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；而高频区；而高频区相位滞后中频区，即附加相移为负，其值为相位滞后中频区，即附加相移为负，其值为-90。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析365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Workbe

37、nch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3-10：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。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析366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波特图如下所示。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3675.电容耦合共集放大电路电容耦合共集放大电路 电容耦合共集放大电路的频率特性要优于共射放大电路，电容耦合共集放大电路的频率特性要优于共射放大电路，

38、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退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析368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；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

39、。3.2.2 频率响应分析频率响应分析退出退出 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。越高。369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CL决定，决定，和和 的影响可忽略不计。求开关的影响可忽略不计。求开关S分别接分别接A端和端和B端时的端时的表达式。表达式。例例3-11：解解:接到接到A端时，端时，CE组态组态接到接到B端时，端时，CC组态组态注意：当注意：当 ，（与（与R Rb b无关）。无关）。显然，在考虑负载电容时，显然，在考虑负载电

40、容时，CCCC组态的上组态的上限频率要高于限频率要高于CECE组态。组态。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析3706.电容耦合共基放大电路电容耦合共基放大电路电路图电路图高频等效电路高频等效电路退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析371电路特点：电路特点：若忽略若忽略 的影响，则的影响，则 不存在密勒倍增效应，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

41、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。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析372 7.组合电路组合电路 相对于共射放大电路而言，为了展宽放大器的相对于共射放大电路而言，为了展宽放大器的通频带，可以采用组合电路的方式。通频带，可以采用组合电路的方式。主要有两种方式：共射主要有两种方式：共射-共基电路共基电路,共射共射-共集电路。共集电路。（1）CE-CB电路电路共基电路的输入电阻很小，共基电路的输入电阻很小，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

42、路的上限频率大大提高。大提高。两级级联后的上限频率取两级级联后的上限频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。退出退出3.2.2 频率响应分析频率响应分析373（2）CE-CC电路电路适用于容性负载；适用于容性负载；对于容性负载的共射放大对于容性负载的共射放大器的上限频率很低，但如器的上限频率很低，但如果容性负载作为共集放大果容性负载作为共集放大器的负载，则由于其输出器的负载，则由于其输出电阻很小电阻很小,CL的影响将大大的影响将大大减小；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）的上限频率。上限频率。退出退出3

43、.2.2 频率响应分析频率响应分析3743.2.3 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，将是个复将是个复数，并且数，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：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

44、射短路电流放大系数），其等效电路如下：退出退出返回返回375由由的模值可看出：的模值可看出：1.共射截止频率共射截止频率退出退出3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 3762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止频率。退出退出3.2.3 晶体管的高频参数晶体管的高频参数 3773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退出退出3.2.3 晶体管的高频参数晶体管

45、的高频参数 3783.2.4 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.场效应管的高频等效电路场效应管的高频等效电路 类似于晶体管的高频等效电路，需要考虑场效应管类似于晶体管的高频等效电路，需要考虑场效应管极间电容的影响。极间电容的影响。（1 1）JFETJFET高频等效电路高频等效电路（2 2）MOSFETMOSFET高频等效电路高频等效电路（3 3）MOSFETMOSFET高频等效电路高频等效电路 (衬源短路）衬源短路）退出退出返回返回379 例例3-12 一一JFET放大器如下图所示。已知放大器如下图所示。已知IDSS=8mA，UGS(off)=-4V rds=20k,Cgd=

46、1.5pF,Cds=5.5pF，试计算，试计算Aum、fL以及以及fH，并画出，并画出渐近线波特图。渐近线波特图。分析：计算中频电压放大倍数需要分析：计算中频电压放大倍数需要求出跨导求出跨导g gm m,因此需要做静态分析；因此需要做静态分析；计算下限频率需要低频等效电路，计算下限频率需要低频等效电路，并找到有并找到有耦合耦合电容的回路，计算该电容的回路，计算该回路的时间常数；计算上限频率需回路的时间常数；计算上限频率需要高频等效电路，并找到有极间电要高频等效电路，并找到有极间电容的回路，计算该回路的时间常数。容的回路，计算该回路的时间常数。退出退出3.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管

47、放大器的频率响应3803.2.4 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）静态分析静态分析由由JFETJFET的特性和电路图可得：的特性和电路图可得：（2 2）中频电压放大倍数）中频电压放大倍数退出退出3813.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应（3 3）下限频率）下限频率低频等效电路低频等效电路有电容的回路是输出回路，计算出该有电容的回路是输出回路，计算出该回路的时间常数，下限角频率就是时回路的时间常数，下限角频率就是时间常数的倒数。间常数的倒数。在低频区，极间电容可看为开路，耦合电容在低频区，极间电容可看为开路，耦合电容 不能再视为不能再视为短

48、路，必须予以考虑，但在本题中，短路，必须予以考虑，但在本题中，因此只考虑，因此只考虑 。退出退出3823.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应 在高频区等效电路中，用密勒定理对在高频区等效电路中，用密勒定理对Cgd其进行单向化。其进行单向化。（4 4）上限频率）上限频率由于输入为恒压源，即由于输入为恒压源，即 对高频特性没对高频特性没有影响。有影响。退出退出3833.2.4 场效应管放大器的频率响应场效应管放大器的频率响应（5）幅频特性和相频特性曲线）幅频特性和相频特性曲线退出退出3843.3 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应3.3.1 幅频特性和相频特性幅频特性和

49、相频特性3.3.2 多级放大器的通频带多级放大器的通频带退出退出返回返回3853.3.1 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性1.多级放大器框图多级放大器框图2.多级放大器幅频特性多级放大器幅频特性多级放大器的放大倍数是各级放大倍数的乘积多级放大器的放大倍数是各级放大倍数的乘积所以，其幅频特性为所以，其幅频特性为退出退出返回返回3863.多级放大器相频特性多级放大器相频特性 结论：在绘制多级放大器的幅频特性和相频特性曲线时，只结论：在绘制多级放大器的幅频特性和相频特性曲线时，只需要将各级的特性曲线在同一坐标系下叠加即可。需要将各级的特性曲线在同一坐标系下叠加即可。4.定性分析定性分析例例3-1

50、33-13：将两个具有同样特性的放大电路串联起来，绘制其幅频特性和相频特性。：将两个具有同样特性的放大电路串联起来，绘制其幅频特性和相频特性。由图看出，叠加后由图看出，叠加后两级放大器的下限频率两级放大器的下限频率fL提高了，而上限频率提高了，而上限频率fH下降了，导致通频带下降了，导致通频带fBW变变窄了。窄了。退出退出3.3.1 幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性3873.3.2 多级放大器的通频带多级放大器的通频带设放大器的低频电压增益函数与中频电压放大倍数之比的表达式为：设放大器的低频电压增益函数与中频电压放大倍数之比的表达式为：对于正弦输入：对于正弦输入：1.计算计算退出退出，忽略