第三章多级放大电路与频率响应

率为－20dB/十倍频程的直线折向右下方。以
上三段直线构成的折线即是放大电路的幅频特
பைடு நூலகம்
性。
22
③再画相频特性。 在10fL至0.1fH之间的中频区，Φ =－180°； 当f<0.1fL时，Φ = –90°； 当f>10fH前，Φ = –270°； 在0.1fL至10fL 之间以及0.1fH至10fH之间，相频特 性分别为两条斜率为 –45°/十倍频程的直线。以 上五段直线构成的折线就是放大电路的相频特性。
(﹣1)ⁿ, n为电路中共射电路的级数。 共集、共基电路同相位。
7
3.2 放大电路的频率响应 一、基本概念
(一)幅频特性与相频特性 共射基本放大电路为例建立频率特性的一般概念。 将放大电路对不同频率正弦信号的稳态响应称放 大电路的频率响应，简称频响或频率特性。 频率特性包括幅频特性与相频特性两部分：描写 放大倍数之模与频率的关系曲线称幅频特性；而 描写相位与频率的关系曲线称相频特性。
18
可以证明，这种折线近似带来的误差不超过3dB，发生在 f=fL处。再来分析低频段的相频特性，当f>> fL时， arctan趋于0，则Φ =–180°；当f<<fL时，arctan趋于 90°，则Φ ≈–90°；当f=fL时，arctan=45°，Φ =– 135°。为了作图方便，可以用以下三段直线构成的折线 近似低频段的相频特性曲线，如图3-11(b)所示。 f≥10fL时，Φ =–180°；f≤0.1fL时，Φ =–90°； 0.1fL<f<10fL时，斜率为–45°/十倍频程的直线。 可以证明，这种折线近似的最大误差为±5.71°，分别 发生在0.1fL和10fL处。
fbw=fH-fL≈fH
(3-3)
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。 11
(四)频率失真与相位失真
由于放大电路对不同频率信号的放大倍数不同而产生的 波形失真，称作频率失真。
同样，当放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时 产生的波形失真叫相位失真。
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(3)高频段
高频段电压放大倍数表达式及fH计算公式：
AuSH
AuSM 1 j f
fH
fH

1
2 RC'

将 AuSH 表达式也用模和相角表示，即
AuSH
|AuSM | 1 ( f )2
fH
总相 1800 arctan f
fH
对式(3-9) 两边取对数，得
(3-9) (3-10)
它是一个与频率无关的常数，其波特图就是一条水平线。
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(2)低频段
低频时电压放大倍数是频率的函数，它的表达式是一个复数，
即


AuSL

U

o
Us
AuSM 1 j fL f
其中 fL

1 2 (RS
ri )C1
将

AuSL
表达式用模和相角来表示，得
AuSL
|A uSM | 1 ( fL )2
低频段是指 f fL 的频率范围。耦合、旁路电容的容抗不 可忽略,损耗一 部分信号,使放大倍数下降ÀusL,相移超前90°.
高频段是指f fH 的频率范围。引起高频段放大倍数下降 的原因有两个：一方面三极管的极间电容及接线电容起作用， 将信号旁路掉一部分；另一方面，晶体管的值也随频率升高而 减小，从而使电压放大倍数下降。相移滞后90°。
作图步骤： ①根据电路参数及计算公式先求出中频电压 放大倍数AuSM、下限频率fL和上限频率fH。
②在幅频特性的横坐标上，找到对应于fL和fH
的两点；在fL与fH之间的中频区作一条
LA=20lgAuSM的水平线；从f=fL点开始，在低
频区作一条斜率为20dB/十倍频程的直线折向
左下方；又从f=fH点开始，在高频区作一条斜
图3-10 频率失真与相位失真
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(a)频率失真； (b)相位失真
(五)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
增益带宽积= AusM fbW
(3-4)
由理论分析推导知
可见，欲使增益带宽积大，必须选用Cμ及rbb′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。
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(二)波特图的画法
1.一般画法
画波特图时，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，然后再根据幅 频特性画出相应的相频特性来。
(1)中频段
中频时电压放大倍数的表达式为
AusM
ri RS ri
Pgm，Rc'
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图3-12 高频段对数频率响应 (a)高频对数幅频特性；(b)高频相频特性
图3-13 波特图的一般画法 (a)幅频特性； (b)相频特性
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2.归一化画法
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

AuS
1
AuSM (1 j fL )(1 f )
f
fH
(3-12)
与一般画法相比较，所不同的是在第一
中间级：一般承担着主要的电压放大的任务，故称之为 电压放大级，常采用共射电路。
输出级：为适应负载变动而输出电压不变的要求，选用 输出电阻较小的共集电路为宜。有时为了向负载供给足 够大的功率，往往在输出级前面再加上一级推动级(也 称末前级)。
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二、级间耦合方式
在多级放大器中各级之间、放 大电路与信号源之间、放大电路与负载 之间的连接方式称耦合方式。
这种耦合方式在分立元件交流放大电路中却获得了广泛应 用。
3. 变压器耦合
级与级之间利用变压器传递交流信号。 （1）优点:匹配好、耗能少、Q点独立、可阻抗转换 （2）缺点:频带窄、体积大、笨重、非线性失真大、只传 递交流、无法 集成
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三、多级放大电路的性能指标
(一）放大倍数:
Au＝Au1×Au2×Au3×…×Aun
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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
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(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。
中频段是指在通频带以内的频率范围 ( fL f fH )。各种容 抗影响极小，可忽略不计。此时电压放大倍数基本上是一个与 频率无关的常数，用 表示。除了晶体管的反相作用外，无 其他A附uM 加相移，所以中频电压放大倍数的相角Φ= –180°。
第三章 多级放大电路与频率响应
3.1多级放大电路 一、多级放大电路 (一)多级放大电路的组成
图3-1 多级放大电路的组成框图
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一、多根据每级所处的位置和作用的不同，多级放大电 路大致可分为三部分：输入级、中间级和输出级。
输入级（前置级）：一般要求有较高的输入阻抗，使它 与信号源相接时，索取电流很小。所以常采用高输入阻 抗的放大电路，如射极输出器、场效应管放大电路等。
的相移。
图3-14 波特图的归一化画法 (a)幅频特性；(b)相频特性 25
三、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
Au Au1 Auc
n
Aun Ank k 1
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。
(3-1)
在计算前一级的放大倍数时,应将后级的输入电阻作为前一级负载或 将前一级作为后一级的信号源来考虑,其电压为前一级的开路电压， 内阻为前一级的输出电阻。
(二)输入电阻、输出电阻:
ri→输入级ri1
ro→输出级ron
注意: 输入级为CC，rI还和下一级有关
输出级为CC，ro还和前一级有关
(三)输出、输入电压的相位关系:
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。此时，中频
段的幅频特性就是一条与横坐标(0dB)相
重合的水平线。相当于把一般画法中的
中频段特性向下平移了AuSM倍(或
20lgAuSMdB)。在相频特性中，纵坐标必
须用附加相移Δ Φ 表示。所谓附加相移 就是指除晶体管反相(–180°)作用以外
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二、波特图
(一)什么是波特图
做图时不是用逐点描绘曲线，而是采用折线近似的 方法画出的对数频率特性，通常称为波特图。就是 横坐标频率f采用lgf对数刻度，这样将频率的大幅 度的变化范围压缩在一个小范围内(例如用1～6代 表10～106)，幅频特性的纵坐标电压增益，用分贝 (dB)表示为20lgA，(当A从10倍变化到103倍时，分 贝值只从20变化到60)。这样绘出的20lgA−lgf的关 系曲线称为对数幅频特性。而相频特性的纵坐标相 移Φ 采用线性刻度，绘制出的Φ −lgf关系曲线称为 对数相频特性。两者合起来，称为对数频率特性。
f
(3-6)
总相角为 1800 arctan fL
f
(3-7)
现在，我们用折线近似的方法，画低频段的幅频特性和相频
特性。
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图3-11 低频段对数频率响应 (a)低频对数幅频特性； (b)低频对数相频特性 17
先看式(3-8)中的第二项。f>>fL时，

LA 20 lg AuSL 20 lg AuSM 20 lg
10
(三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbw
工程上规定，当放大倍数下降到中频值的
0.707(即 2 )时所对应的低频频率和高频频率 分别称为下限频率fL及上限频率fH。 在f=fH(或f=fL)时，其输出功率只有中频功率的 一半。因此，fH及fL亦称为半功率频率。
定义上限频率fH与下限频率fL之间的频率范 围为通频带fbw。其实fH>>fL，则
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图3-17 两级放大电路幅频特性曲线与相频特性曲线的合成
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(a)幅频特性； (b)相频特性
(二)多级放大电路的上限频率和下限频率 1.上限频率fH
1.直接耦合 级与级之间直接连接。
（1）优点：传递直流或交流等各种信号，频率特性好， 易于集成。 （2）缺点：各级静态工作点互相影响，电路的设计和 调试比较复杂。出现零点漂移现象，抑制零漂的方法：
1、选用优质元件 2、采用温度补偿 3、调制方法 4、差动放大
5
2.阻容耦合
多级放大电路级与级之间，通过电阻和电容连接起来 传送信号， （1）优点：各级静态工作点彼此独立，互不影响。 （2）缺点：只传递交流、不易集成和匹配、低频响应不好。
对级间耦合电路的要求：一 是耦合电路必须保证信号通畅地、不失 真地传输到下一级，尽量减少损失；二 是保证各级有合适的静态工作点。
3
图3-2 三种级间耦合方式 (a)直接耦合； (b)阻容耦合； (c)变压器耦合 4
(二)耦合方式
多级放大电路的耦合方式通常有三种：直接耦合、 阻容耦合及变压器耦合。
即

Aus

(1
j
AuSM fL )(1
j
f
)
f
fH
图中的“ss”符号为任意延长符号。0dB只代表纵坐标的 坐标原点，而不代表横坐标的坐标原点。频率坐标f也用对
数刻度。
最后将共射基本放大电路折线化对数频率响应(波特图) 的作图原理 及步骤归纳如下。
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波特图的作图原理是抓住两个趋势(左趋势、右趋势)， 一个特殊点(拐点)，取十倍频程。

20 lg Au 20 lg Au1 20 lg Au2 20 lg Aun 20 lg | Auk |
多级放大电路的总相移为
1 2
n
n k k 1
(3-15)
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以上表达式中的 Auk和 k 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。
将式(3-6)两边取对数，得
20lg 1 ( fL )2 0 f
(3-8)
因此，它将以横轴作为渐近线；当f<<fL时，
20lg 1 ( fL )2 0 20lg fL 20lg f
f
f
fL
其渐近线也是一条直线，该直线通过横轴上f=fL的一点，斜率为 20dB/十倍频程，即当横坐标频率每增加十倍时，纵坐标就增加20dB。
LA 20 lg AuSH
20 lg AuSH 20 lg
1 ( f )2 fH
(3-11)
利用与低频时同样的方法，可以画出高频段折线化的对数幅频特
性和相频特性。折线近似的最大误差为3dB，发生在f=fH处。
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(4)完整的频率响应曲线
共射基本放大电路在全部频率范围内放大倍数表达式，