第五章放大電路的頻率響應5.1頻率響應概述5.2晶體管的高頻等效模型5.3場效應管的高頻等效模型5.4單管放大電路的頻率響應5.5多級放大電路的頻率響應5.6頻率響應與階躍響應5.1頻率響應概述5.1.1研究放大電路頻率響應的必要性在放大電路中，由于電抗元件及晶體管極間電容的存在，放大倍數則變成了頻率的函數，這種函數關系稱為頻率響應。在設計電路時，必須考慮這一問題，才能根據需要設計出合適的電路。5.1.2頻率響應的基本概念由于耦合電容存在，當信號頻率低到一定程度時，電容的容抗不可忽略，從而導致放大倍數下降，且產生相移。由于三極管極間電容存在，當信號頻率高到一定程度時，極間電容將分流，從而導致放大倍數下降，且產生相移。對低頻段,由于耦合電容的容抗變大,高頻時1/ωC<<R,可視為短路,低頻段時1/ωC<<R不成立。我們定義:當放大倍數下降到中頻區放大倍數的0.707倍時,即時的頻率稱為下限頻率fL。

對高頻段,由于三極管極間電容或分布電容的容抗較小,低頻段視為開路,高頻段處1/ωC較小,此時考慮極間電容的影響。當頻率上升時,容抗減小,使加至放大電路的輸入信號減小,輸出電壓減小,從而使放大倍數下降。同時也會在輸出電壓與輸入電壓間產生附加相移。同樣我們定義:當放大倍數下降到中頻區放大倍數的0.707倍,即Auh=(1／)Aum時的頻率稱為上限頻率fh。

共射基本放大電路的頻率特性共發射極放大電路的電壓放大倍數將是一個復數,即其中幅度Au和相角φ都是頻率的函數,分別稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性。我們稱上、下限頻率之差為通頻帶fbw,即fbw=fh-fl

通頻帶的寬度,表征放大電路對不同頻率的輸入信號的響應能力,它是放大電路的重要技術指標之一。頻率失真及不失真條件頻率失真我們知道，待放大的信號，如語音信號、電視信號、生物電信號等等，都不是簡單的單頻信號，它們都是由許多不同相位、不同頻率分量組成的復雜信號，即占有一定的頻譜。如圖所示，若某待放大的信號是由基波(ω1)和二次諧波(2ω1)所組成，由于電抗元件存在使放大器對二次諧波的放大倍數小于對基波的放大倍數，那么放大后的信號各頻率分量的大小比例將不同于輸入信號。線性失真和非線性失真線性失真和非線性失真同樣會使輸出信號產生畸變，但兩者有許多不同點：

1.起因不同線性失真由電路中的線性電抗元件引起，非線性失真由電路中的非線性元件引起(如晶體管或場效應管的特性曲線的非線性等)。2.結果不同線性失真只會使各頻率分量信號的比例關系和時間關系發生變化，或濾掉某些頻率分量的信號，但決不產生輸入信號中所沒有的新的頻率分量信號。不失真條件––理想頻率響應綜上所述，若放大器對所有不同頻率分量信號的放大倍數相同，延遲時間也相同，那么就不可能產生頻率失真，故不產生頻率失真的條件為下圖給出了不產生線性失真的振幅頻率響應和相位頻率響應，稱之為理想頻率響應。理想頻率響應(a)理想振幅頻率響應；(b)理想相位頻率響應實際的放大器幅頻響應一、高通電路二、低通電路5.1.3波特圖5.2晶體管的高頻等效模型5.2.1晶體管的混合π模型一、完整的混合π模型混合π型參數和h參數之間的關系二、簡化的混合π型模型Cμ的等效過程令此式表明,從b′、e兩端看進去,跨接在b′、c之間的電容Cμ的作用,和一個并聯在b′、e兩端,其電容值為的電容等效。這就是密勒定理。如圖(c)所示。5.2.2晶體管電流放大倍數的頻率響應共基極電流放大系數α的截止頻率fα定義當下降為中頻α0的0.707倍時的頻率fα為α的截止頻率。

場效應三極管的高頻小信號模型如圖（a）所示。它是在低頻模型的基礎上增加了三個極間電容而構成的，其中Cgs、Cgd一般在10pF以內，Cds一般不到1pF。為了分析方便，用密勒定理將Cgd折算到輸入和輸出側。

(a)場效應三極管高頻小信號模型(b)單向化高頻小信號模型圖場效應三極管高頻小信號模型5.3場效應管的高頻等效模型5.4單管放大電路的頻率響應5.4.1單管共射放大電路的頻率響應具體分析時,通常分成三個頻段考慮:(1)中頻段:全部電容均不考慮,耦合電容視為短路,極間電容視為開路。

(2)低頻段:耦合電容的容抗不能忽略,而極間電容視為開路。

(3)高頻段:耦合電容視為短路,而極間電容的容抗不能忽略。這樣求得三個頻段的頻率響應,然后再進行綜合。這樣做的優點是,可使分析過程簡單明了,且有助于從物理概念上來理解各個參數對頻率特性的影響。一、中頻電壓放大倍數二、低頻電壓放大倍數三、高頻電壓放大倍數四、波特圖電壓放大倍數的表達式為：5.4.2單管共源放大電路的頻率響應5.4.3放大電路頻率響應的改善和增益帶寬積1.為了改善放大電路頻率響應，應降低下限頻率，放大電路可采用直接耦合方式，使得fL

＝02.為了改善單管放大電路的高頻特性，應增大上限頻率fH。問題：fH的提高與Ausm的增大是相互矛盾。

可以看到，當晶體管選定之后，參數隨之而定，因而增益帶寬積也就大體確定，即增益增大多少倍，帶寬幾乎就要變窄多少倍。5.5多級放大電路的頻率響應5.5.1多級放大電路頻率特性的定性分析對于n極放大電路：兩級放大電路中頻電壓增益低頻電壓放大倍數高頻電壓放大倍數例：已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數幅頻特性如圖所示。求下限頻率、上限頻率和電壓放大倍數。

解：（1）低頻段只有一個拐點，說明影響低頻特性的只有一個電容，故電路的下限頻率為10Hz。（2）高頻段只有一個拐點，斜率為-60dB/十倍頻程，電路中應有三個電容，為三級放大電路。（3）電壓放大倍數

例5.5.2,分別求出圖2.4.2(B)所示Q點穩定電路中C1,C2,Ce所確定的下限頻率的表達式及上限頻率的表達式.將耦合電容和旁路電容短路,將極間電容開路考慮C1,將C2,Ce短路,開路考慮C2,將C1,Ce短路,開路比較C1,C2,Ce所在回路的時間常數,可知,當C1=C2=Ce時,fLe>>fL1,fL2,fLe為下限頻率.考慮Ce,將C1,C2短路,開路,見圖d5.6頻率響應與階躍響應頻率響應是描述放大電路對不同頻率正弦信號放大的能力.即在輸入信號幅值不變的情況下改變信號的頻率,來考察輸出信號幅值與相位的變化,這種方法稱為頻域法.可以用階躍函數作為放大電路的輸入,考察輸出信號前沿和頂部的變化.來研究電路的放大能力,這種方法稱為時域法.5.7.1階躍響應的指標上升時