清华模电课件第11讲-多级放大电路

1、第二节 放大电路的频率响应,一、基本概念,(一)频率响应（频率特性） 放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应,Au（复数）= |Au| |Au|（f）： 放大电路的幅频特性 （f）： 放大电路的相频特性,图3-9 共射电路的频率响应 (a)共射基本放大电路； (b)幅频特性； (c)相频特性,(二)中频段、低频段和高频段,当全面分析频率响应时，常分为三个频段进行： 中频段、低频段与高频段。,1、中频段-在通频带以内的频率范围,各种容抗忽略不计； u为常数，与频率无关AuM ； 无其他附加相移， 晶体管反相，= 180。,通频带,耦合、旁路电容的容抗不可忽略， 损耗一 部分信号,使放大倍数u下降， 相移超前90。,2、低频段- 的频率范围,下限截止频率,晶体管的极间电容、接线电容使信号旁路掉一部分； 晶体管的值也随频率升高而减小， 均使电压放大倍u数下降， 相移滞后90。,3、高频段- 的频率范围,上限截止频率,(三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbw,通频带,通频带的宽度表征放大电路对不同频率输入信号的响应能力，是放大电路的重要技术指标之一。,半功率频率,(四)增益带宽积,定义为放

2、大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即 增益带宽积=,可见，欲使增益带宽积大，必须选用 及 小的高频管。当管子选定后，增益带宽积大体上就一定了。因此，若把放大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍数，即增益带宽积为一个常数。,常量,由理论分析推导知,二、频率特性曲线及其画法,1.共射电路全频段频率响应,分三个频段进行 先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段。 将三个频段的频率特性(或称频率响应)合起来就是全频段的幅频特性， 再根据幅频特性画出相应的相频特性来。,(1)中频段,与频率无关的常数， 就是一条水平线。,短路,断路,为什么短路？,为什么断路？,(2)低频段,起作用,断路,起主要作用,幅频特性,相频特性,(3)高频段,短路,起作用,起主要作用,幅频特性,相频特性,(4)全频段,2、波特图（Bode）,采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线,(1) 幅频特性：,(2) 相频特性：,横轴：f 单位HZ,纵轴：20lg|u| 单位dB,纵轴：（线性） 单位度,横轴：f 单位HZ,采用对数坐标系,3、幅频特性波特图（低频段）,斜率为+20dB/十倍频程,折线近似带来的误差不超

3、过3dB,发生在 fL处。,注意折线化曲线的误差,4、相频特性波特图（低频段）,这种折线的近似误差为 发生在 和 处。,斜率为-450/十倍频程,lg f,斜率为-20dB/十倍频程,折线近似带来的误差不超过3dB,发生在 fH处。,高频段幅频波特图,斜率为-45/十倍频程,这种折线的近似误差为 发生在 和 处。,高频段相频波特图,波特图的一般画法 (a)幅频特性； (b)相频特性,注意： 1、图上的“ss”符号为任意延长符号； 2、图上的0dB只代表纵坐标的坐标原点，不代表横坐标的坐标原点。,全频段波特图,1、一般画法：,三、波特图画法总结：,先求中频电压放大倍数fH 、fL和AuSM,幅频特性：,从fH向右作一条斜率为20dB/十倍频程的斜直线,从fL向左作一条斜率为20dB/十倍频程的斜直线,在fL与fH之间作一条LA=20lg|AuSM|的水平线,两个趋势(左趋势、右趋势) 一个特殊点(拐点) 取十倍频程,三折线幅频特性,0.1fL至10fL 及0.1fH至10fH之间，作两条斜率为 45/十倍频程的直线,相频特性：,10fL和0.1fH之间作一条=180的水平直线,0.1fL

4、向左作一条= 90的水平直线,10fH向右作一条= 270的水平直线,五折线相频特性,2. 归一化画法,波特图的归一化画法,波特图的一般画法,2. 归一化画法,图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性,电压放大倍数表达式采用归一化方法表示，即求下面的比值 所不同的是在第一步只需计算fL及fH两个要素就行了，无需计算中频电压放大倍数AuSM。 中频段的幅频特性就是一条与横坐标(0dB)相重合的水平线。,注意原点的值,2. 归一化画法,图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性,在相频特性中，纵坐标必须用附加相移表示。所谓附加相移就是指除晶体管反相(180)作用以外的相移。,注意原点的值,四、多级放大电路的频率特性,(一)多级放大电路的幅频特性与相频特性,如前所述，多级放大电路总的电压放大倍数为各单级放大倍数的乘积，即 n=0,1,2 将上式取绝对值后再取对数，就可得到多级放大电路的对数幅频特性。 多级放大电路的总相移为 ,以上表达式中的 和 分别为第k级放大电路的放大倍数和相移。 多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和，而相移也是等于各级相移

5、之和。 根据叠加原理，只要把各级特性曲线在同一横坐标上的纵坐标相加，就可描绘出多级放大电路的幅频特性与相频特性。,两级放大电路幅频特性与相频特性的合成 (a)幅频特性； (b)相频特性,把具有同样参数的两级放大器串接起来，只要把每级曲线的每一点的纵坐标增加一倍，就得到总的幅频特性和相频特性曲线。,从曲线上可以看到，原来对应每级下限3dB的频率fL和fH，现在比中频段要下降6dB。,结论：多级放大电路下降的3dB的通频带，总比组成它的每一级的通频带要窄。,可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各级上限频率之间的关系，由下面近似公式确定 其中，1.1为修正系数。一般级数越多，误差越小。,(二)多级放大电路的上限频率和下限频率,1.上限频率fH,2.下限频率fL,计算多级放大电路的下限频率的近似公式为 其中，1.1也是修正系数。,多级放大电路的频率响应：分析举例,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。,6dB,3dB,fL,fH,0.643fH1,fL fL1， fH fH1，频带变窄！,1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f 1

6、04Hz 时，增益下降多少？附加相移？ 4. 在 f 105Hz 时，附加相移？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH？,已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：,第三节： 放大电路的线性与非线性失真问题,由于放大电路中存在电抗元件(电容、电感等）， 所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、 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线性失真。,1.线性失真基本概念,丰富频率成分的信号,电路中有电抗元件,输出畸变,线性失真,例 RC电路如图所示，当输入信号为周期为1ms的方波时，画出输出电压波形。,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。,由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出 波形产生了失真。,由于RC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RC电路，最后在输出端求和。,幅度失真：(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 小不同，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。,2. 线性失真的分类,例,输入信号由

7、基波、二次谐波和三次谐波组成,输入信号谐波振幅比为10:6:2 输出信号谐波振幅比为10:3:0.5 因此出现失真。,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。,相位失真：(与相位频率特性有关),3. 不失真传输的条件,即,从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关，,（1）不产生幅度失真的条件,从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同,即,滞后时间,（2）不产生相位失真的条件,实际上要完全满足这两个不失真条件是困难 的，也是没有必要的。因为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。,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。 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， 则必须考虑。,4. 和非线性失真的区别, 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失真。,非线性失真产生的主要原因来自两个方面: 晶体管等特性的非线性; 静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。 由于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4 种:饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真.,固有失真,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密切相关（对于放大电路还与Q点位置有关）。, 产生结果不同 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频率成分。,

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