1、(4-1)3.12 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應3.12.13.12.1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念3.12.33.12.3 放大器的低頻響應放大器的低頻響應3.12.23.12.2 單級共射放大器的高頻響應單級共射放大器的高頻響應3.12.43.12.4 多級放大電路的頻率響應多級放大電路的頻率響應(4-2)3-12-1 3-12-1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念 實際信號為正弦信號的疊加：實際信號為正弦信號的疊加：nUinuSintnUuSint以前討論電路的輸入為正弦信號：以前討論電路的輸入為正弦信號：n0U()innuSintnnA U()onnuSint即：

2、即：3.12 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應(4-3)一、頻率失真（線性失真）一、頻率失真（線性失真）對不同頻率的信號增益對不同頻率的信號增益不同，產生的失真。不同，產生的失真。O t IO t O基波基波二次諧波二次諧波輸入信號輸入信號輸出信號輸出信號基波基波二次諧波二次諧波 幅度失真：幅度失真：3-12-1 3-12-1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念放大倍數不同(4-4)一、頻率失真（線性失真）一、頻率失真（線性失真） 對不同頻率的信號產生相對不同頻率的信號產生相移不同，引起的失真。移不同，引起的失真。 O t I O t O 基波基波二次諧波二次諧波輸入信號輸入信號輸出信號

3、輸出信號基波基波二次諧波二次諧波相位失真：相位失真：3-12-1 3-12-1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念相移不同(4-5)二、線性失真和非線性失真二、線性失真和非線性失真線線 性性失失 真真線線 性性元元 件件非線性非線性失失 真真非線性非線性元元 件件電阻、電容、電感電阻、電容、電感半導體器件半導體器件起因不同起因不同不產生新不產生新頻率分量頻率分量 產生新產生新頻率分量頻率分量結結 果果3-12-1 3-12-1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念(4-6)( )dj tuAke |AV|2202 1022 1032 104f/Hz )(/度度f/Hz幅度特性幅度特性相位特性

4、相位特性vovi系統系統 AV( )()oidu tku tt傳遞函數傳遞函數( )()udA tktt頻域頻域三、不失真條件三、不失真條件() ()ddjtt為常數() ()uAjKK為常數3-12-1 3-12-1 頻率響應的基本概念頻率響應的基本概念(4-7)四、四、 頻率響應的特性及帶寬定頻率響應的特性及帶寬定A.A.頻率響應頻率響應電壓增益可表示為電壓增益可表示為oiU ()()U ()ujAjj 在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續變化的穩態在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續變化的穩態響應，稱為放大電路的頻率響應。響應，稱為放大電路的頻率響應。Rs放大電路放大電路

5、IoIi+Vo+Vs+ViRLooiiU ()( )( )U ()jj 或寫為或寫為( )( )uuAA 其中其中oiU ()( )U ()ujAj稱為幅頻響應稱稱為為相相頻頻響響應應)()()(io (4-8)03dB20lg|AV|/dB帶寬帶寬2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH3dB 頻率點頻率點（半功率點）（半功率點）3dB 頻率點頻率點（半功率點）（半功率點）根據放大器所放大的信根據放大器所放大的信號不同，最大容許值有所不同。號不同，最大容許值有所不同。對于為人們感官所直接對于為人們感官所直接感受的信號，如人耳感受音響，感受的信號，如人耳感受音響，人眼感

6、受光亮等當聲或光的人眼感受光亮等當聲或光的功率的變化不超過一倍時不功率的變化不超過一倍時不會給人造成以感覺上明顯的變會給人造成以感覺上明顯的變化。因此，人們確定一個半功化。因此，人們確定一個半功率點作為放大倍數下降的最大率點作為放大倍數下降的最大容許值。容許值。 對于某些專用放大器，例如微波接力通信設備中的中頻對于某些專用放大器，例如微波接力通信設備中的中頻放大器，在信號占據的頻率內，即放大器，在信號占據的頻率內，即70MHz6MHz的頻率范圍的頻率范圍內，放大倍數的幅模變化只容許幾個百分點。對相頻特性的要內，放大倍數的幅模變化只容許幾個百分點。對相頻特性的要求，容許的時延差不得超過求，容許的

7、時延差不得超過 1ns。四、四、 頻率響應的特性及帶寬定頻率響應的特性及帶寬定(4-9)C. C. 帶寬帶寬 其中其中上上限限頻頻率率Hf普通音響系統放大電路的幅頻響應普通音響系統放大電路的幅頻響應03dB20lg|AV|/dB帶寬帶寬2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH高頻區高頻區中頻區中頻區低頻區低頻區3dB 頻率點頻率點（半功率點）（半功率點）3dB 頻率點頻率點（半功率點）（半功率點）下下限限頻頻率率Lf稱稱為為帶帶寬寬LHffBW 四、四、 頻率響應的特性及帶寬定頻率響應的特性及帶寬定 當信號頻率降低或升高使得增益當信號頻率降低或升高使得增益A(A( )

8、) 下降到中頻增下降到中頻增益益A A0 0 的的0.7070.707倍時對應的頻率倍時對應的頻率, ,分別稱為增益的低端截止分別稱為增益的低端截止頻率頻率f fL L和高端截止頻率和高端截止頻率f fH H1()0.7072uHuIuIAjfAA1()0.7072uLuIuIAjfAA3dB3dB帶寬、帶寬、半功率頻帶半功率頻帶(4-10)D D、增益帶寬積、增益帶寬積GBGB 定義：定義： GB = |AuI BW |在一定的條件下在一定的條件下 GB = 常數常數 增益的提高是以犧牲帶寬為代價增益的提高是以犧牲帶寬為代價或者說或者說 帶寬的擴展是以犧牲增益為代價帶寬的擴展是以犧牲增益為代

9、價 四、四、 頻率響應的特性及帶寬定頻率響應的特性及帶寬定(4-11)E. 頻率響應的頻率響應的描述方法描述方法020lg|AV|/dB2204060202 1022 1032 104lgf/Hz0o )(/度度220o40o60o202 1022 1032 104lgf/Hz波特圖波特圖四、四、 頻率響應的特性及帶寬定頻率響應的特性及帶寬定(4-12)0()innnuU Sint()onnnnuA U Sint頻率響應頻率響應uu( )( )AA ()()u()iUjoAUj幅頻響應相頻響應)()()(io描述量描述量描述方法描述方法020lg|AV|/dB2204060202 1022 1

10、032 104lgf/Hz0o )(/度度220o40o60o202 1022 1032 104lgf/Hz波特圖波特圖研究意義研究意義幅度失真幅度失真相位失真相位失真E. 頻率響應的頻率響應的描述方法描述方法(4-13)03dB20lg|AV|/dB帶寬帶寬2204060202 1022 1032 104f/HzfLfH高頻區高頻區中頻區中頻區低頻區低頻區E. 頻率響應的頻率響應的描述方法描述方法大電容大電容小電容小電容純電阻純電阻(4-14)因因 值隨頻率升值隨頻率升高而降低，高頻高而降低，高頻下不能采用下不能采用 H 參數等效電路。參數等效電路。B EBCrbb rb erb cCb c

11、Cb eCb e ：不恒定，不恒定，與工作狀態有關與工作狀態有關Cb c ：幾幾 pF，限制著，限制著放大器頻帶的展寬放大器頻帶的展寬3-12-2 單級共射放大器的高頻響應單級共射放大器的高頻響應一、晶體管的頻率參數和高頻等效電路一、晶體管的頻率參數和高頻等效電路1、高頻等效電路、高頻等效電路混合混合型等效電路型等效電路re和rc較小而被忽略。(4-15)一、晶體管的頻率參數和高頻等效電路一、晶體管的頻率參數和高頻等效電路1、高頻等效電路、高頻等效電路混合混合型等效電路型等效電路a）、re和和rc較小而被忽略。較小而被忽略。b)、gm為跨導，它不隨信號為跨導，它不隨信號 頻率的變化而變。頻率的

12、變化而變。B EBCrbb rb erb cCb cCb e(4-16)晶體管簡化的高頻等效電路晶體管簡化的高頻等效電路bbbe0U(1)TEQrCrI、可從手冊查得0bmbemb beEQmbeTU UIgg I rIgr(4-17)2、電流放大倍數的頻率響應、電流放大倍數的頻率響應CEbc UIIcbebMLm 0CCCRgk所以，因為mbebebebcbeU 1U ()gjCCrffj1 0)( 21cbebebCCrf從IEQ估算從手冊查得(4-18)電流放大倍數的頻率特性曲線電流放大倍數的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 0 時，ffo0 ffff時，-45 707.

13、 02 00，時，ff-90 0 ，時，f(4-19) = 0.707 0共發射極截止共發射極截止頻率頻率f )(21 Cbebeb CCrf f f o0.707 o1fTO3、晶體管的頻率參數、晶體管的頻率參數。、)(obTCCfff(4-20)(21 cbebe CCrf ff)1 (0 11j1j100ffffffj)1 (11000ffj10共基共基 極截止極截止頻率頻率f (4-21)特征頻率特征頻率 fT fCCgf0cbebmT )(2 fff T 。時的頻率稱為特征頻率使 1 Tf得：由1 Tf1)(120ffTfff002T 1 (4-22)4、 晶體管單級放大電路的高頻特

14、性晶體管單級放大電路的高頻特性+UCCRCC1C2VoRL+RB1RB2RSVS1)中頻特性中頻特性C1、C2 可視為短路可視為短路極間電容可視為開路極間電容可視為開路LUSUS0bes RAArR 180 (4-23)EBB Cb eUoUrbb rb eCb eCb cmb eUgR LRSUSrbb EBB CoUrb eCb emb eUgR LCMRSUSb eU密勒等效密勒等效單級放大器的高頻特性單級放大器的高頻特性( (C1，C2 視為視為短路短路) )(4-24)密密勒勒定定理理11221Y (s)Y(s)1 A(s)Z s11Y (s)Y(s)1Z sA(s)（ ）（ ）(4

15、-25)cbLmcb1)1 (A1 (CRgCCM）cbcb2A1ACCCM同理可得，由密勒定理得由密勒定理得(4-26)EBB CbeUoUrbb rb eCb eCb cmbeUgR LRSUSrbb EBB CoUrb eCb embeUgR LCMRSUSbeU密勒等效密勒等效( (C1，C2 視為視為短路短路) )在輸出回路略去在輸出回路略去 Cb cR L = RC / RL H = 1/RCfH = 1/2 RCCM= (1 + gmR L ) Cb c單級放大器的高頻特性單級放大器的高頻特性(4-27)os0sU UuAos0sfsHfU U1juuAAHs0j1ffuA Rt

16、 = (RS + r bb )/rb eCt = Cb e + CM = Cb e+(1 + gmR L ) Cb c結論：頻率升高，結論：頻率升高， Au 減小減小 輸出相位滯后輸出相位滯后rbb EBB CoVrb eCb embeUgR LCMRSUSbeUtCtR21fH式中：式中：(4-28)0VA Hf )1()(2cmcbebbbscmRgCCrRRg BJT 一旦確定，一旦確定， 帶寬增益積基本為常數帶寬增益積基本為常數( (常數常數) )增益帶寬積增益帶寬積G BW =)(21bbtLm rRCRgS(4-29)3-12-3 單級放大器的低頻特性單級放大器的低頻特性+UCCR

17、CC1C2TRL+RB1RB2RSUS1. 中頻特性中頻特性C1、C2 可視為短路可視為短路極間電容可視為開路極間電容可視為開路s0sbeLs uuARrRA 180 (4-30)3-123-12-3 單級放大器的低頻特性單級放大器的低頻特性+UCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS2. 低頻特性：低頻特性：極間電容視為開路極間電容視為開路耦合電容耦合電容 C1、C2 與電路中電阻串聯與電路中電阻串聯容抗不能忽略容抗不能忽略(4-31)bISRSUberCRLR1C2CBRcIbI SUSRberCRLR1C2CbICRIb oIiUoU )(211beS 1L；CrRf 2L L2)(

18、21 CRRfC R B rbes0sL1L2 1j/1j/uuAAffffs0sbeLs uuARrRA (4-32)存在電容存在電容C CE E時時+UCCRCC1C2TRL+RB1RB2RSUS(4-33)SUSRberCRLR1C2CbICRIb oIiUoUs0s22L1L2 1 ( / )1 ( / )uuAAffff)/(arctan180 Lff ),(max L2 L1 Lfff : 頻率降低頻率降低, Aus 隨之減小隨之減小, 輸出比輸入電壓相位超前。輸出比輸入電壓相位超前。(4-34)3-112-4 場效應管放大器的高頻響應場效應管放大器的高頻響應1. 場效應管的小信號

19、等效模型場效應管的小信號等效模型(4-35)3-112-4 場效應管放大器的高頻響應場效應管放大器的高頻響應2. 共源極放大電路的高頻響應共源極放大電路的高頻響應(4-36)1)(1 ()1)(1 ()(21HHuIsLLisLmsoujjACRjCRjRgUUjALmuIsRgAisHCR11LL21CRH2212111212HHHHf3-112-4 場效應管放大器的高頻響應場效應管放大器的高頻響應(4-37)完整的單管共射放大電路的頻率特性完整的單管共射放大電路的頻率特性 將前面畫出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段將前面畫出的單管共射放大電路頻率特性的中頻段 、低頻段和高頻段畫在同一張圖

20、上就得到了如圖所示低頻段和高頻段畫在同一張圖上就得到了如圖所示的的的頻率特性（波特）圖的頻率特性（波特）圖。 共射電路完整波特圖 實際上，同時也可得實際上，同時也可得出單管共射電路完整的出單管共射電路完整的電壓放大倍數表達式，電壓放大倍數表達式， 即即: HLLusmusffjffjffjAA 11(4-38)共射放大電路的頻率特性共射放大電路的頻率特性f-180fHfL-225-270 ffHfL|A|U|A|UO-135-90 |A|21UO（1）通頻帶：）通頻帶：HLHbwffff （2 2）帶寬）帶寬- -增益積：增益積：fbwAuO三極管一旦確定，帶寬增益積基本為常數三極管一旦確定，

21、帶寬增益積基本為常數(4-39)3-12-5 多極放大電路的頻率響應多極放大電路的頻率響應Ri1Ro11io1VAV-+1iV-+Ri2Ro2RLi2o2VAV-+O1V-+OV-+1. 多級放大電路的增益多級放大電路的增益oi(j )(j )(j )VUAUo1o2onio1o(n-1)(j )(j )(j )(j )(j )(j )UUUUUUn21)j ()j (VVVAAA 前級的開路電壓是下級的信號源電壓前級的開路電壓是下級的信號源電壓 前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗前級的輸出阻抗是下級的信號源阻抗 下級的輸入阻抗是前級的負載下級的輸入阻抗是前級的負載(4-40)3-12-4 多級放大器的多級放大器的頻率響應頻率響應 如果放大器由多級級聯而成，那么，總增益如果放大器由多級級聯而成，那么，總增益U121()()()()(