模拟电子技术简明教程(第三版)第3章

第3章放大电路的频率响应教学内容§3.1频率响应的一般概念§3.2三极管的频率参数§3.3单管共射放大电路的频率响应§3.4多级放大电路的频率响应教学要求了解单管共射放大电路fL、fH与电路参数间的定性关系，熟悉波特图的一般知识，以及多级放大电路与单管放大电路频宽的定性关系。§3.1频率响应的一般概念3.1.1频率特性频率响应（频率特性）：放大电路对不同频率信号的稳态响应。幅频特性：电压放大倍数的幅值与频率的函数关系。相频特性：电压放大倍数的相角与频率的函数关系。阻容耦合共射放大电路的频率特性3.1.2下限频率、上限频率和通频带下限频率fL：当电压放大倍数下降到0.707Au时，相应的低频频率。上限频率fH：当电压放大倍数下降到0.707Au时，相应的高频频率。通频带：上限频率和下限频率之间的频率范围称为通频带BW。BW=fH－fL3.1.3频率失真幅频失真：幅频特性偏离中频值的现象。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真。相频失真：相频特性偏离中频值的现象。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅频失真和相频失真是线性失真。产生频率失真的原因是:1.放大电路中存在电抗性元件。例如：耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;2.三极管的()是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。3.1.4波特图实际工程中常用的是波特图（即对数频率特性），其横坐标为频率f，幅频特性的纵坐标，单位为分贝（dB);相频特性的纵坐标是相角，不取对数。uAlg20阻容耦合放大电路波特图。超前，时；，当超前9000iooioUUUfUU（2）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。Ui.Uo.I.。滞后，时；，当滞后900iooioUUUfUU使输出电压幅值下降到70.7%，相位为±45º的信号频率为截止频率。Ui.Uo.I.（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。3.1.5高通电路和低通电路下限频率1、高通电路上限频率2、低通电路在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率上限频率结电容§3.2三极管的频率参数ffj10当20lgβ下降3dB时,频率f称为共射截止频率当β=1时对应的频率称为特征频率fT，且有fT≈β0f在低频和中频段，;频率升高时，值随之下降，β是f的函数。0一、共射截止频率fβ—值下降到0.707β0时的频率。二、特征频率fT—值下降为1时的频率。f=fT时，＝1，20lg=0ffT时，1,三极管失去放大作用。可求出：fT≈β0f三、共基截止频率fα—值下降到0.707α0时的频率。ff)1(0fffT§3.3单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路在低频时耦合电容容抗大，不能忽略，隔直电容与放大电路的输入电阻构成一个RC高通电路；高频时，极间电容并联在电路中，构成一个RC低通电路，产生0~-90°滞后的相移。3.3.1三极管的混合π型等效模型gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。阻值小阻值大连接了输入回路和输出回路1.混合π模型'Lmμeb'μceeb'μ)1(RgkXUkXUUICCC'Lmμμeb'μ'1RgXIUXCCCμ'Lm'μ)1(CRgCμ''μ1CkkC同理可得，等效变换后电流不变2.混合π模型的单向化（使信号单向传递）3.混合π模型的主要参数EQTebIUr)1(TEQebmUIrg0bebmcIUgI0C对于如图所示的共射放大电路，下面分低、中、高三个频段加以研究。3.3.2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应共射放大电路1.中频段所有的电容均可忽略。可用前面讲的h参数等效电路分析。中频电压放大倍数：beCiSiCmbeebiSirRRRRRgrrRRRUUASOusm2.低频段在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电容C1、C2不能忽略。方便分析，现在只考虑C1，将C2归入第二级。画出低频等效电路如图所示。该电路有一个RC电路高通环节。sbeebisiebUrrCjRRRU11其中Ri=Rb//rbescmbeebisicebmoURgrrCjRRRRUgU11siscmbeebisiUCRRjRgrrRRR1)(111上下同除（Rs+Ri)siscmbeebisiURRCjRgrrRRR)(1111有下限频率：可推出低频电压放大倍数：)(1111isusmsousLRRCjAUUA1L)(21CRRfsi因此，低频时间常数为：1)(CRRisLffjAALusmusL11fL越小，放大电路的低频响应越好。低频段频率响应分析)arctan90(180)(1lg20lg20lg20L2smslffffAALuu135dB3lg20sL，下降时，uAff。，时，9000suAfsmslLlg20lg20uuAAff时，中频段20dB/十倍频；下降倍，每降低时，dB20lg2010slLuAfff3.高频段在高频段，耦合电容C1、C2可以可视为短路，三极管的极间电容不能忽略。这时要用混合π等效电路，用“密勒定理”将集电结电容单向化,并忽略C’’可简化为下图。将b’e左边部分用戴维南定理等效，电路变为：sbeebisisUrrRRRU)]//(//[bsbbebRRrrR该电路有一个RC电路低通环节ssebUCRjUCjRCjU1111scmbeebisicebmoUCRjRgrrRRRRUgU11上下同乘jωC’CRjAUUAusmsousH11高频时间常数为：CRH有上限频率：CRfH21可推出高频电压放大倍数：HusmusHffjAA11C’↓→fH↑,∴选极间电容小的三极管高频段频率响应分析-225dB3lg20shH，下降时，uAff；下降倍，每增大时，dB20lg2010shHuAfff。，时，-2700shuAf；时，smshHlg20lg20uuAAffH2Hmsharctan180)(1lg20lg20lg20ffffAAuu4.完整的波特图)1()1(1usmusHLffjffjAA对数幅频特性：中频区：从fL到fH作一条高度为20lg|Ausm|的水平直线。低频区：从fL开始，向左下方作一条斜率为20dB/十倍频的直线。高频区：从fH开始，向右下方作一条斜率为-20dB/十倍频的直线。中频区：从10fL到0.1fH作一条φ=-180°的水平直线。高频区：f10fH时，φ=-270°；f=fH时，φ=-225°；0.1fHf10fH时，作一条斜率为-45°/十倍频的水平直线。低频区：f0.1fL时，φ=-90°；f=fL时，φ=-135°；0.1fLf10fL时，作一条斜率为-45°/十倍频的水平直线。对数相频特性：5.增益带宽积增益带宽积是指中频电压放大倍数与通频带的乘积。cbbbsHusmCrRfA)(21如欲得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用rbb’和Cb’c均小的高频三极管。由上式可看出，三极管确定后，增益带宽积即确定了。因此，当电压放大倍数增大时，通频带则会变窄。3.3.3直接耦合单管共射放大电路的频率响应在集成放大电路中，一般采用直接耦合的方式。其下限频率fL=0,低频段的频率响应好。§3.4多级放大电路的频率响应uNuuuAAAA21已知多级放大电路总的电压放大倍数是各级的乘积。其对数幅频特性为：)(lg20lg20lg20lg2021dBAAAAuNuuu多级放大电路总的相移为：n216dB3dBfLfH121lg40lg20lg20lg20uuuuAAAA一个两级放大电路每一级（已考虑了它们的相互影响）的幅频特性均如图所示。222211111.11HnHHHffff222211.1LnLLLfffffLfL1,fHfH1,因此，多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带要窄。第三章结束