5放大电路的频率响应

高频时，输出滞后输入
图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图
5.2 晶体管的高频等效模型
5.2.1 晶体管的混合模型
gm
iC vBE
VCE
iC vBE
VCE
图5.2.1 晶体管结构示意图及混合π模型
简化的混合π模型
rce远大于c-e间所接的负载电阻， r b`c远大于C的容抗， 可 认为rce和r b`c开路，如图(a)。
幅频特性 ＋ 相频特性 ＝频率特性
幅频特性：描述输入信号幅度固定，输出信号的幅 度随频率而变化的规律。
相频特性：描述输入信号和输出信号之间相位差随 频率变化的规律。
频率特性／频率响应：描述输入信号和输出信号之 间幅度及相位差随频率变化的规律。
放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线
|Au| Aum
中频区
线性失真只会使各频率分量信号的比例关 系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分量的 信号，但决不产生输入信号中所没有的新的频率 分量信号。
3.增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电 源能量转换为输出信号能量的能力，放大倍数常用 分贝(dB)做单位。在画频率特性曲线时采用对数坐 标,称为波特图。
电压增益 20lg AV
放大电路的频率响应
5.1 频率响应概述
5.1.1 研究放大频率响应的必要性 待放大的信号，如语音信号、电视信号、
生物电信号等等，都不是简单的单频信号，它们 都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂 信号，即占有一定的频谱。
放大倍数是信号频率的函数，耦合电容、 旁路电容和极间电容影响带宽。
5.1.2 频率响应的基本概念 1.AV＝｜AV(f )｜V(f ) 放大器的放大倍数对频率的关系描述
33ddBB 频频率率点点 （（半半功功率率点点））
0.7Aum
低频区
高频区
外部电容： 耦合电容 旁路电容
fL 下限截 止频率
内部电容：
上限截 止频率
fH
极间电f 容
接线电容
通频带／带宽BW＝ fH–fL 当fH >> fL时，BW fH
2.频率失真
若某待放大的信号是由基波(ω1)和三次谐波(3ω1)所组成，由于放 大器对基波和三次谐波的放大倍数不同，那么放大后的信号各频 率分量的大小比例将不同于输入信号。
当0.1 fL f 10 fL 时， 斜率为 45 / 十倍频程的直线
因为 所以
AV
Vo Vi
AV
o i 表示输出与输入的相位差
低频时，输出超前输入
5.RC低通电路的频率响应
①增益频率函数（电路理论中的稳态分析）
RC电路的电压增益（传递函数）：
AVH (s)
Uo(s) Ui(s)
1/ sC R1 1/ sC
当 f fH 时，AVH
1 0.707
21 1 ( f / fH )2
1
0分贝水平线 20 lg AVH 20 lg AVH1 0 dB
当 f fH 时，AVH
1 1( f /
fH )2
fH /
f
20 lg AVH 20 lg( fH / f )
斜率为 -20dB/十倍频程 的直线
最大误差 -3dB
②频率响应曲线描述相频响应
H arctan ( f / fH )
当 f fH 时， H 45 当 f fH 时， H 0 当 f fH 时， H 90
当 0.1 fH f 10 fH 时，
斜率为 45 / 十倍频程的直线
因为 所以
AV
Vo Vi
AV
o i 表示输出与输入的相位差
4.RC高通电路的频率响应
①增益频率函数（电路理论中的稳态分析） RC电路的电压增益（传递函数）：
AVL (s)
Uo (s) Ui (s)
R R 1/ sC
1
1 1/ sRC
又 s=j=j2f 且令fL=1/2RC，即1/RC= 2fL
AVL
Uo Ui
1
j(
1 fL
/
f
)
电压增益的幅值（模） AVL
当f<<fL时 AVL 1 ( fL / f )2 f / fL
20 lg AVL 20 lg( f / fL )
斜率为 20dB/十倍频程 的直线
最大误差 -3dB
②频率响应曲线描述相频响应
L arctan ( fL / f )
当 f fL 时， L 45 当 f fL 时，L 0 当 f fL 时，L 90
2
频率失真
3dB 带宽
20 2 102 2 103 2 104 f/Hz
fL
fH
补充
非线性失真
I
t
非线性失真由元器件非 O 线性特性引起的失真。
O
t
O
补充
线性失真和非线性失真
同样会使输出信号产生畸变，但有不同：
• 1. 起因不同 线性失真由电路中的线性电抗元件引起，
非线性失真由电路中的非线性元件引起(如晶体 wk.baidu.com或场效应管的特性曲线的非线性等)。 • 2. 结果不同
幅值失真：对不同频率的信号增益不同，产生的失真。 相位失真：对不同频率的信号相移不同，产生的失真。
频率失真：属于线性失真，由线性电抗元件所引起。
对于具有此图幅频响应的放大
20lg|AV|/dB
电路，若输入50MHz的正弦波， 60
是否会产生频率失真？
40
频率失真是至少有
20
2个不同频率信号，
0
单频率信号不能谈
1
1 sRC
又 s=j=j2f 且令fH=1/2RC
AVH
Uo Ui
1
1 j( f
/
fH )
电压增益的幅值（模） AVH
1 1 ( f / fH )2
电压增益的相角
H arctan(f / fH )
（幅频响应） （相频响应）
②频率响应曲线描述幅频响应
AVH
1 1 ( f / fH )2
当 f fH 时，AVH
1 1 ( fL / f )2
（幅频响应）
电压增益的相角
L arctan( fL / f ) （相频响应）
②频率响应曲线描述幅频响应
AVL
1 1 ( fL / f )2
当f=fL时
AVL
1 0.707
2
1
当f>>fL时 AVL
1 1 ( fL / f )2
0分贝水平线20 lg AVL 20 lg AVL1 0 dB 1
(dB) 功率增益 10 lg AP
(dB)
放大器的放大倍数为10倍……………20dB 放大器的放大倍数为100倍………… 40dB 放大器的放大倍数为1000倍…………60dB 放大器的放大倍数为0.707倍……… -3dB
波特图的优点:
• 放大倍数相乘转化为相加 • 对数坐标图绘制频率特性曲线简便 • 符合人耳对声音感觉的状况，适于电声设备