第五章放大电路的频率响应111.ppt

主讲：物理与电子工程学院周 功 明第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应§5.1 5.1 频率响应概述频率响应概述 §5.2 5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型 §5.3 5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型 §5.4 5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应 §5.5 5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 §5.6 5.6 集成运放的频率响应和频率补偿集成运放的频率响应和频率补偿 §5.7 5.7 频率响应与阶跃响应频率响应与阶跃响应  教学要求教学要求重重点点：：讨论影影响响放放大大电路路频率率响响应的的因因素素、、研研究究频率率响响应的的必必要要性性、、求求解解单管管放放大大电路路下下限限频率率、、上上限限频率率和和波波特特图的的方方法法、、多多级放放大大电路路的的频率率参参数数与与各各级放大放大电路路频率参数的关系率参数的关系难点点：：如如何何理理解解在在分分析析下下限限频率率时结电容容相相当当于于开开路路,而而分分析析上上限限频率率时将将耦耦合合电容容和和旁旁路路电容容相相当当于于短短路路；；为什什么么截截止止频率率决决定定于于电容容所所在在回回路路的的时间常常数数；；如如何何求求解解电容容所所在在回回路路的的等等效效电阻阻；；如如何何根根据据波波特特图写写出出放放大大倍倍数数的的表表达达式式和和根根据据放放大大倍倍数数的的表表达达式式画画出出波波特特图等等。

等等第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束§5.1 频率响应概述频率响应概述5.1.1 研究放大电路频率响应的必要性研究放大电路频率响应的必要性1.放大电路的放大倍数是信号频率的函数，这种放大电路的放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为函数关系称为频率响应频率响应或或频率特性频率特性2.放大电路应具有适合信号频率范围的通频带放大电路应具有适合信号频率范围的通频带3.获得放大电路上限频率、下限频率及通频带的获得放大电路上限频率、下限频率及通频带的计算方法计算方法5.1.2 频率响应的基本概念频率响应的基本概念1.耦合电容的存在，对信号构成了高通电路耦合电容的存在，对信号构成了高通电路第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束 对低频段对低频段, 由于耦合电容的容抗变大由于耦合电容的容抗变大, 高频高频时时1/ ω C<

所示 当频率上升时当频率上升时,容抗减小容抗减小, 使加使加至放大电路的输入信号减小至放大电路的输入信号减小, 输出电压减小输出电压减小, 从而使放大倍数下降从而使放大倍数下降 同时也会在输出电压与同时也会在输出电压与输入电压间产生附加相移输入电压间产生附加相移2.极间电容的存在，对信号构成了低通电路极间电容的存在，对信号构成了低通电路U i R U o C ( b ) 高频段极间电容的影响 ＋ － ＋ － 一一. . RC高通网络高通网络（（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：（（2）） RC高通网络的波特图高通网络的波特图f0.01fL00.1fL fL10fL-20-40最大误差最大误差 -3dB斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：20dB/十倍频十倍频 可见：当频率较高时，可见：当频率较高时，│AU │ ≈1，，输出与输入电压之间的输出与输入电压之间的相位差相位差=0随着频率的降低，随着频率的降低， │AU │下降，下降，相位差增大，且输相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前出电压是超前于输入电压的，最大超前9090o o。

其中，其中，fL L是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为下限截止频率下限截止频率f0.01fL00.1fL fL10fL-20-4020dB/十倍频十倍频相频响应相频响应f0.01fL0°0.1fL fL10fL90°45°第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束一、高通电路一、高通电路图5.1.1 高通电路及频率响应二、二、 RC低通网络低通网络（（1）频率响应表达式：）频率响应表达式：令：令：则：则：幅频响应：幅频响应：相频响应：相频响应：（（2）） RC低通电路的波特图低通电路的波特图最大误差最大误差 -3dB0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线幅频响应：幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程相频响应相频响应 可见：当频率较低时，可见：当频率较低时，│AU │ ≈1，，输出与输入电压之间的相位差输出与输入电压之间的相位差=0随着频率的提高，着频率的提高， │AU │下降，相位差下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后的，最大滞后9090o o。

其中其中fH H是一个重要的频率点，称为是一个重要的频率点，称为上限截止频率上限截止频率 f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程十倍频程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°这种对数频率特性曲线称为波特图这种对数频率特性曲线称为波特图第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束二、低通电路二、低通电路图5.1.2 低频电路及其频率响应第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束5.1.3 波特图波特图在研究放大电路的在研究放大电路的频率响应频率响应时，采用对数坐标画时，采用对数坐标画出的频率特性曲线就称为出的频率特性曲线就称为波特图波特图高通电路的对数幅频特性为高通电路的对数幅频特性为低通电路的对数幅频特性为低通电路的对数幅频特性为第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束§5.2 晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.2.1 5.2.1 晶体管的混合晶体管的混合ππ模型模型一、完整的混合一、完整的混合π模型模型图图5.2.1 晶体管结构示意图及混合晶体管结构示意图及混合π模型模型第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束模型的引出模型的引出 rb'e---发射结电阻发射结电阻re归算到基极回路的电阻归算到基极回路的电阻 ---发射结电容发射结电容---集电结电阻集电结电阻 ---集电结电容集电结电容 rbb' ---基区的体电阻，基区的体电阻，b'是假想的基区内的一个是假想的基区内的一个点。

点互导互导 二、简化的混合二、简化的混合π模型模型bce(a)rbb′rb′eb′Ub′e.CpCmgmUb e′.c(b)I′Ub′e.Cmb′eUc e.eI″c(c)Ub′ e.b′(1- K)CmCmK- 1KUce.e令 模型的简化模型的简化第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束此此式式表表明明, 从从b′、、e两两端端看看进进去去, 跨跨接接在在b′、、c之之间间的的电电容容Cμ的作用的作用, 和一个并联在和一个并联在b′、、e两端两端, 其电容值为其电容值为 的的电电容容等等效效这这就就是是密密勒勒定定理理如如图图c所所示 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束图5.2.2简化的混合π模型低频时，忽略电容，混合低频时，忽略电容，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效所以所以三、混合三、混合π模型的主要参数模型的主要参数由：由：又因为又因为从手册中查出从手册中查出所以所以第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束三、混合三、混合π模型的主要参数模型的主要参数模型参数的获得模型参数的获得（（与与H H参数的关系参数的关系））低频时，混合低频时，混合π模型与模型与h参数模型等效参数模型等效 所以所以从手册中查出从手册中查出第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束5.2.2 5.2.2 晶体管电流放大倍数晶体管电流放大倍数ββ的频率响应的频率响应由由h h参数可知参数可知即即根据混合根据混合 模型得模型得所以所以第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束低频时低频时截止频率截止频率第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束令令即即第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束因因所以所以其中：其中：第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束§5.3 场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型图5.3.1 场效应管的高频等效模型第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束§5.4 单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.4.15.4.1单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应图图5.4.1 单管共射放大电路及其等效电路单管共射放大电路及其等效电路 具体分析时具体分析时, 通常分成三个频段考虑通常分成三个频段考虑:  (1) 中中频频段段: 全全部部电电容容均均不不考考虑虑, 耦耦合合电电容容视视为为短短路路, 极间电容视为开路。

极间电容视为开路  (2) 低低频频段段: 耦耦合合电电容容的的容容抗抗不不能能忽忽略略, 而而极极间间电电容容视视为开路  (3) 高高频频段段: 耦耦合合电电容容视视为为短短路路, 而而极极间间电电容容的的容容抗抗不不能忽略  这这样样求求得得三三个个频频段段的的频频率率响响应应, 然然后后再再进进行行综综合合 这这样样做做的的优优点点是是, 可可使使分分析析过过程程简简单单明明了了, 且且有有助助于于从从物物理理概念上来理解各个参数对频率特性的影响概念上来理解各个参数对频率特性的影响 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数图图5.4.2 单管共射放大电路的中频等效电路单管共射放大电路的中频等效电路第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束其中：其中：电路空载时的中频电压放大倍数为电路空载时的中频电压放大倍数为第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束输入电阻为输入电阻为二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数图图5.4.3 单管共射放大电路的低频等效电路单管共射放大电路的低频等效电路输出电阻为输出电阻为第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束将（将（5.4.2）代入上式得）代入上式得将上式分子、分母同除以将上式分子、分母同除以Rc+RL得得 第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束与与 中频电压放大倍数（中频电压放大倍数（5.4.1）比较得）比较得下限截止频率为下限截止频率为第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数图图5.4.4 单管共射放大电路的高频等效电路单管共射放大电路的高频等效电路第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束令：令：第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束四、波特图四、波特图第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束图图5.4.5 单管共射放大电路的波特图单管共射放大电路的波特图完整的共射放大电路的频率响应完整的共射放大电路的频率响应f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程十倍频程（（1）通频带：）通频带：（（2 2）带宽）带宽- -增益积：增益积：│fbw×Aum│BJT BJT 一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数5. 频率失真频率失真——由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同由于放大器对不同频率信号的放大倍数不同而产生的失真。

而产生的失真频率失真动画演示频率失真动画演示两个频率响应指标：两个频率响应指标：f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍频程十倍频程-135°-90°20dB/十倍频程十倍频程第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束5.4.25.4.2单管共源放大电路的频率响应单管共源放大电路的频率响应( (bujiangbujiang) )图5.4.7 单管共源放大电路及其等效电路第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数二、高频电压放大倍数二、高频电压放大倍数第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束三、低频电压放大倍数三、低频电压放大倍数第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束5.4.35.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积则则设设则则设设且且则则一、晶体管共射放大电路的增益带宽积一、晶体管共射放大电路的增益带宽积第第5 5章章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应结束整理得整理得BJT 一旦确定，带宽增益积基本为常数一旦确定，带宽增益积基本为常数# # 如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？ 带宽增益积：定性分析fbw＝ fH－ fL≈ fH矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。

带宽将变宽5.4.35.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积放大电路频率响应的改善和增益带宽积带宽增益积：定量分析带宽增益积：定量分析若若rbe<

互影响）的幅频特性均如图所示6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL> fL1，， fH< fH1，，频带变窄！频带变窄！5.5 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1～～ fLn、、 fH1～～ fHn，，整个电路的下、上限频率分别为整个电路的下、上限频率分别为fL、、 fH，则，则由于由于求解使增益下降求解使增益下降3dB的频的频率，经修正，可得率，经修正，可得3Home（具体推导过程见教材（具体推导过程见教材 P230P230）） 当当各各级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，，多多级级放放大大电电路路的的下下限限频率按下式计算：频率按下式计算： 当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的下下限限频频率率远远大大于于其其它它各各级级的的下下限限频频率率时时，，则则多级放大电路的下限频率近似等于该级放大电路的下限频率多级放大电路的下限频率近似等于该级放大电路的下限频率具体推导过程见教材（具体推导过程见教材 P231P231）） 当当各各级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率相相同同或或很很接接近近时时，，多多级级放放大大电电路路的的上上限限频率按下式计算：频率按下式计算： 当当其其中中一一级级放放大大电电路路的的上上限限频频率率远远小小于于其其它它各各级级的的上上限限频频率率时时，，则则多级放大电路的上限频率近似等于该级放大电路的上限频率。

多级放大电路的上限频率近似等于该级放大电路的上限频率Back小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：Ø 频率响应的基本概念频率响应的基本概念Ø 频率响应的分析、计算方法频率响应的分析、计算方法Ø 波特图的画法波特图的画法HomeBack8作业：作业：P243-244 P243-244 自测题自测题 【例1】共e极放大电路如图5 - 18所示, 设三极管的β=100, rbe=6kΩ, rbb′=100Ω, fT=100MHz, Cμ=4pF  (1) 估算中频电压放大倍数Ausm;  (2) 估算下限频率fl;  (3) 估算上限频率fh  解解 (1) 估算Ausm  由公式(5 - 18)图5-18 例1电路图故其中 (2) 估算下限频率fl电路中有两个隔直电容C1和C2以及一个旁路电容Ce, 先分别计算出它们各自相应的下限频率fl1、 fl2和fle由于，所以 (3) 估算上限频率fh高频等效电路如图5 - 19所示。

根据给定参数可算出 图5 – 19 例1高频等效电路 输入回路的时间常数为则 输出回路的时间常数为 则 总的上限频率可由下式近似估算: 第五章第五章 结束结束教学参考书：教学参考书：1.1.模拟电子技术基础简明教程，杨素行主编，高等教育出版社模拟电子技术基础简明教程，杨素行主编，高等教育出版社2.2.康华光主编，电子技术基础康华光主编，电子技术基础- -模拟部分（第四版），高等教育模拟部分（第四版），高等教育出版社，出版社，2000.82000.83.3.陈大钦主编，电子技术基础，模拟部分陈大钦主编，电子技术基础，模拟部分( (第四版第四版) )教师手册教师手册 ，，高等教育出版社，高等教育出版社，1999.10 1999.10 4.4.宋学君，邬鸿彦宋学君，邬鸿彦 主编，模拟电子技术，科学出版社，主编，模拟电子技术，科学出版社，199919995.5.江晓安，董秀峰江晓安，董秀峰 主编，模拟电子技术，西安电子科技大学出主编，模拟电子技术，西安电子科技大学出版社，版社，2002 2002 6.6.张英全主编，模拟电子技术张英全主编，模拟电子技术 ，机械工业出版社，，机械工业出版社，2000.92000.97.7.王远主编，模拟电子技术王远主编，模拟电子技术 ，机械工业出版社，，机械工业出版社，2000.8 2000.8 8.8.孙肖子，张企民孙肖子，张企民 主编，模拟电子技术，西安电子科技大学出主编，模拟电子技术，西安电子科技大学出版社，版社，200120019.9.陈大钦，彭容修陈大钦，彭容修 主编，赵曾贻；模拟电子技术，武汉工业大主编，赵曾贻；模拟电子技术，武汉工业大学出版社，学出版社，2001 2001 10.10.汪忠仁等编，电子线路实验汪忠仁等编，电子线路实验》》，重庆，科学技术文献出版社，重庆，科学技术文献出版社11.11.模拟电子技术基础教师手册模拟电子技术基础教师手册 华成英主编高等教育出版华成英主编高等教育出版 20022002年年8 8月月。