清华模电第11讲多级放大电路ppt课件.ppt

模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二节第二节 放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应一、根本概念一、根本概念 ( (一一) )频率呼应〔频率特性〕频率呼应〔频率特性〕 放大电路对不同频率正弦信号的稳态呼应放大电路对不同频率正弦信号的稳态呼应 Au Au〔复数〕〔复数〕= |Au|∠φ= |Au|∠φ |Au| |Au|〔〔f f〕：〕： 放大放大电路的幅路的幅频特性特性 φ φ〔〔f f〕：〕： 放大放大电路的相路的相频特性特性  模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学图图3-9 3-9 共射电路的频率呼应共射电路的频率呼应(a)(a)共射根本放大电路；共射根本放大电路； (b) (b)幅频特性；幅频特性； (c) (c)相频特性相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 ( (二二) )中频段、低频段和高频段中频段、低频段和高频段 当全面分析频率呼应时，常分为三个频段进展：当全面分析频率呼应时，常分为三个频段进展：中频段、低频段与高频段。

中频段、低频段与高频段 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、中频段、中频段----在通频带以内的频率范围在通频带以内的频率范围 各种容抗忽略不计； Àu为常数，与频率无关AuM ； 无其他附加相移， 晶体管反相，Φ= –180° 通频带通频带 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学耦合、旁路耦合、旁路电容的容抗不可忽略，容的容抗不可忽略，损耗一耗一 部分信号部分信号, ,使放大倍数使放大倍数ÀuÀu下降，下降，相移相移ΦΦ超前超前90°90°2 2、低频段、低频段-- -- 的频率范围的频率范围下限截止频率下限截止频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 晶体管的极晶体管的极间电容、接容、接线电容使信容使信号旁路掉一部分；号旁路掉一部分；晶体管的晶体管的ß值也随也随频率升高而减小，率升高而减小，均使均使电压放大倍放大倍Àu数下降，数下降，相移相移Φ滞后滞后90°3 3、高频段、高频段-- -- 的频率范围的频率范围上限截止频率上限截止频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学( (三三) )下限频率下限频率fLfL、上限频率、上限频率fHfH及通频带及通频带fbw fbw 通频带通频带 通频带的宽度表征放大电路对通频带的宽度表征放大电路对不同频率输入信号的呼应才干，不同频率输入信号的呼应才干，是放大电路的重要技术目的之是放大电路的重要技术目的之一。

一半功率频率半功率频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学( (四四) )增益带宽积增益带宽积定义为放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即定义为放大电路的中频增益幅值和通频带乘积的绝对值，即 增益带宽积增益带宽积= =可见，欲使增益带宽积大，必需选用可见，欲使增益带宽积大，必需选用 及及 小的高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，频管当管子选定后，增益带宽积大体上就一定了因此，假设把放大倍数提高几倍，通频带也几乎变窄同样的倍数，假设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即增益带宽积为一个常数常量常量由实际分析推导知由实际分析推导知 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、频率特性曲线及其画法二、频率特性曲线及其画法1.1.共射电路全频段频率呼应共射电路全频段频率呼应 分三个频段进展分三个频段进展 先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段 将三个频段的频率特性将三个频段的频率特性(或称频率呼应或称频率呼应)合起来就是全合起来就是全频段的幅频特性，频段的幅频特性， 再根据幅频特性画出相应的相频特性来。

再根据幅频特性画出相应的相频特性来 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(1)中频段中频段与频率无关的常数，与频率无关的常数，就是一条程度线就是一条程度线 短路短路断路断路为什么短路？为什么短路？为什么断路？为什么断路？ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)低频段低频段起作用起作用断路断路起主要作用起主要作用幅频特性幅频特性相频特性相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(3)高频段高频段短路短路起作用起作用起主要作用起主要作用幅频特性幅频特性相频特性相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(4)全频段全频段 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、波特图〔、波特图〔BodeBode〕〕采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线采用折线近似的方法画出的对数频率特性曲线(1) (1) 幅频特性：幅频特性：(2) (2) 相频特性：相频特性：横轴：横轴：f f 单位单位HZHZ纵轴：：20lg|Àu| 20lg|Àu| 单位位dBdB纵轴：：ΦΦ〔〔线性〕性〕 单位度位度横轴：横轴：f f 单位单位HZHZ采用对数坐标系采用对数坐标系 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3 3、幅频特性波特图〔低频段〕、幅频特性波特图〔低频段〕斜率为斜率为+20dB/十倍频程十倍频程 折线近似带来的误差不超越折线近似带来的误差不超越3dB,3dB,发生在发生在 fL fL处。

处留意折线化曲线的误差留意折线化曲线的误差 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、相频特性波特图〔低频段〕、相频特性波特图〔低频段〕这种折线的近似误差为这种折线的近似误差为 发生在发生在 和和 处斜率为斜率为-450/-450/十倍频程十倍频程 lg f 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 折线近似带来的误差不超越折线近似带来的误差不超越3dB,3dB,发生在发生在 fH fH处高频段幅频波特图高频段幅频波特图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学斜率斜率为-45°/-45°/十倍十倍频程程这种折线的近似误差为这种折线的近似误差为 发生在发生在 和和 处高频段相频波特图高频段相频波特图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学波特图的普通画法波特图的普通画法 (a)(a)幅频特性；幅频特性； (b) (b)相频特性相频特性 留意：留意：1 1、、图上的上的“ss“ss〞符号〞符号为恣意延伸符号；恣意延伸符号；2 2、、图上的上的0dB0dB只代表只代表纵坐坐标的坐的坐标原点，不代原点，不代表横坐表横坐标的坐的坐标原点。

原点 全频段波特图全频段波特图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、普通画法：、普通画法：三、波特图画法总结：三、波特图画法总结：①①先求中先求中频电压放大倍数放大倍数fH fH 、、fLfL和和AuSM AuSM ②②幅幅频特性：特性：从从fHfH向右作一条斜率为－向右作一条斜率为－20dB/20dB/十倍频程的斜直线十倍频程的斜直线从从fLfL向左作一条斜率为向左作一条斜率为20dB/20dB/十倍频程的斜直线十倍频程的斜直线在在fLfL与与fHfH之间作一条之间作一条LA=20lg|AuSM|LA=20lg|AuSM|的程度线的程度线两个趋势两个趋势(左趋势、右趋势左趋势、右趋势)一个特殊点一个特殊点(拐点拐点)取十倍频程取十倍频程三折三折线————幅幅频特性特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学0.1fL0.1fL至至10fL 10fL 及及0.1fH0.1fH至至10fH10fH之之间间，作两条斜率，作两条斜率为为 –45°/–45°/十倍十倍频频程的直程的直线线③③相相频特性：特性：10fL10fL和和0.1fH0.1fH之之间间作一条作一条Φ=Φ=－－180°180°的程度直的程度直线线0.1fL0.1fL向左作一条向左作一条Φ= –90°Φ= –90°的程度直的程度直线线10fH10fH向右作一条向右作一条Φ= –270°Φ= –270°的程度直的程度直线线五折五折线————相相频特性特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 归一化画法归一化画法波特图的归一化画法波特图的归一化画法波特图的普通画法波特图的普通画法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 归一化画法归一化画法图图3-14 3-14 波特图的归一化画法波特图的归一化画法(a)(a)幅频特性；幅频特性；(b)(b)相频特性相频特性电压放大倍数表达式采用归一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所不同的是在第一步只需计算fLfL及及fHfH两个要素就行了，无需两个要素就行了，无需计算中频电压放大倍数计算中频电压放大倍数AuSMAuSM。

中频段的幅频特性就是一条与中频段的幅频特性就是一条与横坐标横坐标(0dB)(0dB)相重合的程度线相重合的程度线留意原点的值留意原点的值 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2. 2. 归一化画法归一化画法图图3-14 3-14 波特图的归一化画法波特图的归一化画法(a)(a)幅频特性；幅频特性；(b)(b)相频特性相频特性在相在相频特性中，特性中，纵坐坐标必需必需用附加相移用附加相移ΔΦΔΦ表示所谓附加相移就是指除晶体管反附加相移就是指除晶体管反相相(–180°)(–180°)作用以外的相移作用以外的相移 留意原点的值留意原点的值 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、多级放大电路的频率特性四、多级放大电路的频率特性( (一一) )多级放大电路的幅频特性与相频特性多级放大电路的幅频特性与相频特性如前所述，多如前所述，多级放大放大电路路总的的电压放大倍数放大倍数为各各单级放大倍放大倍数的乘数的乘积，即，即 n=0,1,2… n=0,1,2…将上式取将上式取绝对值后再取后再取对数，就可得到多数，就可得到多级放大放大电路的路的对数数幅幅频特性。

特性 多多级放大放大电路的路的总相移相移为 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学• 以上表达式中的以上表达式中的 和和 分别为第分别为第k k级放大电路级放大电路的放大倍数和相移的放大倍数和相移• 多级放大电路的对数增益等于各级对数增益之和，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之和而相移也是等于各级相移之和• 根据叠加原理，只需把各级特性曲线在同一横坐标根据叠加原理，只需把各级特性曲线在同一横坐标上的纵坐标相加，就可描画出多级放大电路的幅频特上的纵坐标相加，就可描画出多级放大电路的幅频特性与相频特性性与相频特性 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学两级放大电路幅频特性与相频特性的合成两级放大电路幅频特性与相频特性的合成(a)(a)幅频特性；幅频特性； (b) (b)相频特性相频特性把具有同样参数的两级把具有同样参数的两级放大器串接起来，只需放大器串接起来，只需把每级曲线的每一点的把每级曲线的每一点的纵坐标添加一倍，就得纵坐标添加一倍，就得到总的幅频特性和相频到总的幅频特性和相频特性曲线。

特性曲线从曲线上可以看到，原从曲线上可以看到，原来对应每级下限来对应每级下限3dB3dB的的频率频率fLfL和和fHfH，如今比中，如今比中频段要下降频段要下降6dB6dB结论结论：多：多：多：多级级放大放大放大放大电电路路路路下降的下降的下降的下降的3dB3dB3dB3dB的通的通的通的通频带频带，，，，总总比比比比组组成它的每一成它的每一成它的每一成它的每一级级的通的通的通的通频带频带要窄 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学可以证明，多级放大电路的上限频率和组成它的各可以证明，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级上限频率之间的关系，由下面近似公式确定 其中，其中，1.11.1为修正系数普通级数越多，误差越小为修正系数普通级数越多，误差越小 (二二) )多级放大电路的上限频率和下限频率多级放大电路的上限频率和下限频率 1.1.上限频率上限频率fHfH2.2.下限频率下限频率fLfL计算多级放大电路的下限频率的近似公式为计算多级放大电路的下限频率的近似公式为其中，其中，1.11.1也是修正系数。

也是修正系数  模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学多级放大电路的频率呼应：分析举例多级放大电路的频率呼应：分析举例 一个两级放大电路每一级〔已思索了它们的相一个两级放大电路每一级〔已思索了它们的相互影响〕的幅频特性均如下图互影响〕的幅频特性均如下图6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL> fL1，， fH< fH1，频带变窄！，频带变窄！ 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1. 该该放大放大电电路路为为几几级级放大放大电电路路?2. 耦合方式耦合方式?3. 在在 f ＝＝104Hz 时时，增益下降多少？附加相移，增益下降多少？附加相移φ’＝？＝？4. 在在 f ＝＝105Hz 时时，附加相移，附加相移φ’≈？？5. 画出相画出相频频特性曲特性曲线线；；6. fH＝？＝？ 知某放大电路的幅频特知某放大电路的幅频特性如下图，讨论以下问题：性如下图，讨论以下问题： 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第三节：第三节：放大电路的线性与非线性失真问题放大电路的线性与非线性失真问题 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 由于放大电路中存在电抗元件由于放大电路中存在电抗元件( (电容、电感等〕，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、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，这种性系统中产生的失真称为线性失真。

的波形，这种性系统中产生的失真称为线性失真1.1.线性失真根本概念线性失真根本概念丰富频率成分的信号丰富频率成分的信号电路中有电抗元件电路中有电抗元件输出畸变输出畸变线性失真线性失真 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 例例 RC电路如下图，当输入信号为周期为电路如下图，当输入信号为周期为1ms的方波时，的方波时，画出输出电压波形画出输出电压波形 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对输入信号做傅里对输入信号做傅里叶分解，可见输入信叶分解，可见输入信号中包含丰富的频率号中包含丰富的频率成分 由于电容由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出波形产生了失真波形产生了失真 由于由于RC电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号的各个频率分量分别作用于的各个频率分量分别作用于RC电路，最后在输出端求和电路，最后在输出端求和 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学n幅度失真：幅度失真：( (与振幅频率特性有关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。

系发生了变化，从而导致输出波形失真2. 2. 线性失真的分类线性失真的分类例例 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号谐波振幅比为输入信号谐波振幅比为10:6:210:6:2输出信号谐波振幅比为输出信号谐波振幅比为10:3:0.510:3:0.5因此出现失真因此出现失真 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而呵斥的放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而呵斥的输出波形失真输出波形失真相位失真：相位失真：( (与相位频率特性有关与相位频率特性有关) ) 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3. 3. 不失真传输的条件不失真传输的条件即即从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关，从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关，〔〔1 1〕不产生幅度失真的条件〕不产生幅度失真的条件 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间一样从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间一样即即滞后时间滞后时间〔〔2 2〕不产生相位失真的条件〕不产生相位失真的条件 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 实践上要完全满足这两个不失真条件是困难实践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。

由于对于要放大的输入信的，也是没有必要的由于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，通常称为信号带宽内，通常称为信号带宽 对于幅度失真：只需放大器的通频带略大于信对于幅度失真：只需放大器的通频带略大于信号带宽，就可以忽略幅度失真号带宽，就可以忽略幅度失真 对于相位失真：在话音通讯中的中的放大器，对于相位失真：在话音通讯中的中的放大器，可以不思索相位失真，但在图像通讯中的放大器，可以不思索相位失真，但在图像通讯中的放大器，那么必需思索那么必需思索 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4. 4. 和非线性失真的区别和非线性失真的区别 ⑴⑴ 产生生缘由不同由不同 线性失真是含有性失真是含有电抗元件的抗元件的线性性电路路产生的失真生的失真非非线性失真性失真产生的主要生的主要缘由来自两个方面由来自两个方面: : ①①晶体管等特性的非晶体管等特性的非线性性; ; ②②静静态任任务等位置等位置设置的不适宜或置的不适宜或输入信号入信号过大 由于放大器件任由于放大器件任务在非在非线性区而性区而产生的非生的非线性失真性失真有有4 4 种种: :饱和失真、截止失真、交越失真和不和失真、截止失真、交越失真和不对称失称失真真. .固有失真固有失真 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 线性失真的大小与输入信号幅度的大小无关，而非线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亲密相关〔对于放大性失真的大小与输入信号幅度大小亲密相关〔对于放大电路还与电路还与Q点位置有关〕。

点位置有关〕 ⑵ ⑵ 产生生结果不同果不同 线性失真不会性失真不会产生新的生新的频率成分率成分; ; 非非线性失真性失真产生了生了输入信号所没有的新的入信号所没有的新的频率成分。