放大电路的频率响应
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放大电路的频率响应
（2）增益－带宽积
BJT及电路参数一旦选定后， 增益－带宽的乘积基本上是常数。 即：通带增益要增大多少倍，其
带宽就要变窄多少倍。
共射放大电路 完整的频率响应
10
5.4 多级放大电路的频率特性
多级放大电路
总的频率特性的表达式，等于其各级频率特性 表达式的乘积； 总电压增益增大了，但通频带比其任何一级都 窄。级数越多，则fL越高、fH越低、通频带越窄。
其中：
( j ) U Au ( ) o ( j ) U i
称为幅频响应 电压增益的模与角频率
ห้องสมุดไป่ตู้之间的关系
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应 放大电路输出信号与输入
信号的相位差，与角频率 之间的关系
2
幅频响应的中间一段是平坦的， 增益保持为一个常数，这段区域 称为中频区。
2RC
V i
幅频响应： A VH
1
f 1 j f H
1 ( f / f H )2
相频响应： H arctg( f / f H )
注：幅频响应图中，纵坐标是20lg|AVH|，单位dB；横坐标是频率 f，单位Hz， 按对数分度。
频率每变化10倍（变化一个单 位长度），称为一个十倍频程。
注：用折线表示的近似幅频响应 与实际的幅频响应之间，存在一定 的误差。在 f = fH 处误差最大。
1 AVH 0.707 ，而20lg0.707 3dB f f H 时， 2
fH ：上限截止频率
7
当 f fH 时， H 0
H 90 当 f fH 时，
当 f fH 时， H 45
因为 o i 表示输出与输入的相位差。 所以，高频时，输出信号滞后 于输入信号。
BJT及电路参数一旦选定后， 增益－带宽的乘积基本上是常数。 即：通带增益要增大多少倍，其
带宽就要变窄多少倍。
共射放大电路 完整的频率响应
10
5.4 多级放大电路的频率特性
多级放大电路
总的频率特性的表达式，等于其各级频率特性 表达式的乘积； 总电压增益增大了，但通频带比其任何一级都 窄。级数越多，则fL越高、fH越低、通频带越窄。
其中：
( j ) U Au ( ) o ( j ) U i
称为幅频响应 电压增益的模与角频率
ห้องสมุดไป่ตู้之间的关系
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应 放大电路输出信号与输入
信号的相位差，与角频率 之间的关系
2
幅频响应的中间一段是平坦的， 增益保持为一个常数，这段区域 称为中频区。
2RC
V i
幅频响应： A VH
1
f 1 j f H
1 ( f / f H )2
相频响应： H arctg( f / f H )
注：幅频响应图中，纵坐标是20lg|AVH|，单位dB；横坐标是频率 f，单位Hz， 按对数分度。
频率每变化10倍（变化一个单 位长度），称为一个十倍频程。
注：用折线表示的近似幅频响应 与实际的幅频响应之间，存在一定 的误差。在 f = fH 处误差最大。
1 AVH 0.707 ，而20lg0.707 3dB f f H 时， 2
fH ：上限截止频率
7
当 f fH 时， H 0
H 90 当 f fH 时，
当 f fH 时， H 45
因为 o i 表示输出与输入的相位差。 所以，高频时，输出信号滞后 于输入信号。
放大电路频率响应
放大电路频率响应放大电路频率响应是指放大电路对输入信号频率的响应程度。
在实际应用中，我们通常会使用放大电路来放大特定频率范围内的信号。
因此，了解和研究放大电路的频率响应对于电子工程师来说至关重要。
1. 频率响应的定义放大电路的频率响应是指输出信号的幅度和相位与输入信号幅度和相位之间的关系。
频率响应通常以幅频特性和相频特性来描述。
幅频特性表示了放大电路在不同频率下的增益变化情况，而相频特性则表示了输出信号与输入信号之间的相位差随频率变化的情况。
2. 低频放大电路的频率响应低频放大电路通常是指对低频信号进行放大的电路，如音频放大器。
在低频范围内，放大电路的增益通常是比较高的，且相位差变化较小，可以近似认为是线性的。
因此，在低频范围内，放大电路的频率响应一般是比较平坦的。
这也是为什么音频放大器可以将输入信号的音频频率范围放大到可听的范围。
3. 高频放大电路的频率响应高频放大电路通常用于对高频信号进行放大，如射频放大器。
在高频范围内，放大电路的增益会随着频率的增加而下降，并且相位差也会随之变化。
这是因为高频信号的传输特性会受到电感、电容和电阻等因素的影响。
因此，在设计和应用高频放大电路时，需要考虑这些因素，以获得所需的频率响应。
4. 频率响应测量与分析为了准确测量和分析放大电路的频率响应，常用的方法包括频率响应曲线测量和Bode图分析。
在频率响应曲线测量中，会对放大电路输入不同频率的测试信号，然后测量输出信号的幅度和相位差。
通过将这些数据绘制成曲线，可以得到放大电路在不同频率下的频率响应特性。
而Bode图则将频率响应的幅度和相位差以对数坐标的形式绘制出来，更直观地反映了放大电路的频率响应情况。
总结：放大电路的频率响应对于实际应用具有重要意义。
了解放大电路的频率响应可以帮助我们选择适合的放大电路来满足特定的需求。
通过频率响应测量和分析，我们可以更好地研究和设计放大电路，以实现所需的频率响应特性。
第五章 放大电路的频率响应-new
放大电路中有电容,电感等电抗元件 放大电路中有电容 电感等电抗元件, 电感等电抗元件 阻抗随f 阻抗随 变化而变化
1 ZC = jωC
C1
& Ib I& c
& Ib
V&O
前面分析, 前面分析 隔直电容 处理为:直流开路 交流短路 处理为 直流开路,交流短路 直流开路
f 1Hz 10Hz 100Hz 1kHz 10kHz
60 40
带宽 20 0 2
2. 频率响应的分析任务
20 fL
2× 102
2× 103
2× 104 fH
f/Hz
（1）频率响应表达式 AV = AV (ω )∠ϕ (ω ) ）频率响应表达式: & 下限频率f （2）带宽 ）带宽BW、上限频率 f H、下限频率 L 、
继续
3. AV随 f 变化的原因
继续
（1）高通电路：频率响应 ）高通电路：
fL
& Uo jωRC & = Au = & U i 1 + jωRC
1 & = j f fL 令f L = ，则Au 2 πRC 1 + j f fL
f>>fL时放大 倍数约为1 倍数约为
f fL & Au = 1 + ( f f L )2 ϕ = 90° − arctan( f f L )
由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器 耦合电容 极间电容的存在 使放大倍数为频率的函数。 的存在， 件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。
继续
5.1 频率响应概述
频率响应——放大器的电压放大倍数 放大器的电压放大倍数 频率响应 与频率的关系
1 ZC = jωC
C1
& Ib I& c
& Ib
V&O
前面分析, 前面分析 隔直电容 处理为:直流开路 交流短路 处理为 直流开路,交流短路 直流开路
f 1Hz 10Hz 100Hz 1kHz 10kHz
60 40
带宽 20 0 2
2. 频率响应的分析任务
20 fL
2× 102
2× 103
2× 104 fH
f/Hz
（1）频率响应表达式 AV = AV (ω )∠ϕ (ω ) ）频率响应表达式: & 下限频率f （2）带宽 ）带宽BW、上限频率 f H、下限频率 L 、
继续
3. AV随 f 变化的原因
继续
（1）高通电路：频率响应 ）高通电路：
fL
& Uo jωRC & = Au = & U i 1 + jωRC
1 & = j f fL 令f L = ，则Au 2 πRC 1 + j f fL
f>>fL时放大 倍数约为1 倍数约为
f fL & Au = 1 + ( f f L )2 ϕ = 90° − arctan( f f L )
由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导体器 耦合电容 极间电容的存在 使放大倍数为频率的函数。 的存在， 件极间电容的存在，使放大倍数为频率的函数。
继续
5.1 频率响应概述
频率响应——放大器的电压放大倍数 放大器的电压放大倍数 频率响应 与频率的关系
第五章 放大电路的频率响应
1 fH 2 RC
1 fL 2 RC
当信号频率等于上（下）限频率时，放大电路的 增益下降3dB，且产生±45°相移
近似分析时，可用折线化的波特图表示电路的频 率特性
一个电容对应的渐进线斜率为20dB/十倍频
简单 RC 电路的频率特性
Ui
•
R C
Uo
•
Ui
•
C R
Uo
•
RC 低通电路
RC 高通电路
Au
• |Au |
1 0.707
1 f 1 j fH
1 0.707
Au
1 fL 1 j f
|Au |
fL
f
•
O
fH f
f
O
O –45° –90°
90° 45° O
f
研究频率响应的方法 (1) 三个频段的划分 1) 中频区(段) 特点:Aus与f无关
与f无关
5.4 单管放大电路的频率响应
本节以单管共射电路为例，介绍频率响应的一般 分析方法。
5.4.1 单管共射放大电路的频率响应
1、画出全频段的微变等效电路
+VCC RB C1 + . Ui VT RL . Uo RC C2 + + . Ui _ RB rb′e
C1
rbb′ . gmUb'e Cπ′
C2 + RC . RL U o _
R
fL
L 1 1 下限截止频率 2 2 2 RC
Au பைடு நூலகம்
1
L 1 j
1 fL 1 jf
f j fL f 1 j fL
1、RC高通电路的频率响应
第3章 放大电路的频率响应
例2
已知某电路电压放大倍数为：
( f ) A 100 f (1 j 3 ) 2 10
画出其幅频波特图。
例3
已知某放大电路的波特图如图所示，填空：
| |A um
| （1）电路的中频电压增益 20 lg | A um
（2）电路的下限频率fL≈
| / dB 20 lg | A u
e U b e 为加在发射结上的电压； gmU be 表示发射结电压对集电 b e 引起 I c 的大 极电流的控制作用，其中，gm称为跨导，U 小，表示发射结电压转变为集电极电流的能力。 rb′c很大（集电极反偏），rce也很大，可视为开路。
二、混合 参数与 h 参数的关系
j ( f ) ( f ) ( f ) Au Au ( f ) e A u
电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。
( f ) ：幅频特性 A u
( f )：相频特性
典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性： Aum 0.707Aum BW O fL fH f f
小，低频信号不能通过。
对数相频特性 fL 由式 arctan( ) 可得，
f
f f L 时， 0; f f L 时， 90; f f L 时， 45
90º 45º 0
误差 5.71º 45º/十倍频
5.71º 0.1 fL fL 10 fL f
A u
135º 225º
0 90º
180º 270º 图 3.1.1
3.1.2
Aum 0.707Aum
A u
下限频率、上限频率和通频带
BW
图 3.1.1 放大电路在中频段的电压放大倍数为中频电压放大倍数。 下限频率fL ：电压放大倍数下降0.707Aum时相应的低频频率。 上限频率fH ：电压放大倍数下降0.707Aum时相应的高频频率。 通频带BW ：上限频率和下限频率之间的频率范围。即
放大电路的频率响应
20 lg A V (dB)
0dB ； 称之为波特图。 ①当 f 0.1 f H 时， 20 lg A V 3dB ； ②当 f f 时， 20 lg A
H V
20 dB ； ③当 f 10 f H 时， 20 lg A V
0.01fH
低通电路的相频特性曲线 fH 称之为上 f arctan 限截止频率 f H （上限频率） ①当f 0.1 f H 时， 0o； ②当f f H 时， 45o； ③当f 10 f L时， 90o
极间电容的存在，
耦合电容的存在，对
对信号构成了低通电
路，即对频率足够低
信号构成了高通电路，
即对频率足够高的信号
的信号相当于开路，
对电路不产生影响。
相当于短路，信号几乎
无损耗地通过。
U i
U o
U i
U o
一. 频率响应的基本概念
1.RC高通电路的频率响应 图中：
V i V o
1 AV ( ) 2 f 1 f H f ( ) arctan f H
幅频特性
相频特性
( ) A V
1 f 1 f H
2
幅频特性
f ( ) arctan f H
gm U be rbe UT 将 rbe 1 代 入 g m， 有 : IE I b
IE gm UT
3.确定混合π 模型的主要参数： 混合π模型
Cbc I Cbc
h参数模型 b
U ce
ib
ic βib
放大电路的频率响应
1 .中频段 所有的电容均可忽略。 中频电压放大倍数：
共射放大电路
Ausm
VO Ri RL VS RS Ri rbe
2. 低频段
在低频段，三极管的极间电容可视为开路，耦合电 容C1、C2不能忽略。 方便分析，现在只考虑C1，将C2归入第二级。画出低频 等效电路如图所示。 该电路有 一个RC电路高通环节。有下限截止频率：
高通电路及频率响应
fL
可见：当频率较高时，Au ≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着 频率的降低， Au下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最 大超前90o。在此频率响应中，下限截止频率fL是一个重要的频率点。
二. 阻容耦合共射放大电路的频率响应
对于如图所示的共射放大电路， 分低、中、高三个频段加以研究。
共射放大电路高频段的波特图
幅频响应 ： 相频响应 ：
20lg | AusH | 20lg | Ausm | 20lg
1 1 ( f
180 arctg( f
fH
)
fH
)2
4. 完整的共射放大电路的频率响应
Aus Ausm
1 1 f f (1 j L ) (1 j f ) f H
2. RC 高通网络
（1）频率响应表达式：
. . Vo A= .
v
Vi
R 1 1 R 1/ jwC 1 j / wRC 1 jwL / w
RC 高通电路
式中 wL 1 。
RC
下限截止频率、模和相角分别为
1 fL 2RC
1 │v A│ 1 ( fL f )2
arctg( f L f )
第五章 放大电路频率响应
ωH 2π
1 2 ππ o C o
fH为RoC’o低通电路的上限频率。 那么
Au
1 j 1 （ f
f fH ）
2
1 1 j ω ωH
1 1 j f fH
（2）频率特性
fH
①幅频特性分析
Au
1 1 ( f fH )
2
当f<<fH时（即中频及以下）： A u 1； 当f=fH时：
R rbe //rbb ( Rs // Rb )
Ausm Uo rbe Ri gm Rc Rs Ri rbe Us
二、单管共源放大电路及其等效电路
单管共源放大电路及其等效电路
在中频段 C 开路，C短路，中频电压放大倍数为
gs
A um
Uo
gm U
gs
( R d // R L )
gs
g m RL
Ui
U
在高频段，C短路，考虑 C gs 的影响，Rg和 C 组成 低通电路，上限频率为：
其近似波特图自行画出。
四、高频段的频率特性
1.高频段交流通路
2.电路的输出电阻Ro与管子的结电容Ccb、Cbe以及输出电 路元件分布电容Co组成低通电路
C o 为Ccb、Cbe以及Co的等效电容。考虑
它们的影响后，uce中不同频率成分在 等效电容上的分压不同。利用相量分压 法讨论分压，进而得频率特性。
和低频段下降的主要原因分别是什么。
本章讨论的问题：
1.为什么要讨论频率响应？如何讨论一个RC网络的频 率响应？如何画出频率响应曲线？
2.晶体管与场效应管的h参数等效模型在高频下还适应吗？ 为什么？ 3.什么是放大电路的通频带？哪些因素影响通频带？如何 确定放大电路的通频带？ 4.如果放大电路的频率响应窄，应该怎么办？ 5.对于放大电路，通频带愈宽愈好吗？ 6.为什么集成运放的通频带很窄？有办法展宽吗？
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g 式中fT是三极管的特征频率，可由手册直m接给出。通常，例如，一个三极管的
C Cπ=100pF，而Cμ=3pF。
π
2 f 三极管的高频响应取决于混合π型等效模T 型的参数gm、 rb’c 、 rb’e 、Cπ和Cμ。
而这些参数又可用β、rbe、fT和Cob来表示。因此，我们可以用β、rbe、fT和Cob来
4.1 频率响应的概念
研究放大电路频率响应的必要性
由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电 容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系 称为频率响应或频率特性。
小信号等效模型只适用于低频信号的分析。 本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限 频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应 的描述方法。
•
U ce
e
e
简化混合π型等效模型
4.2.2 混合π型等效模型参数的获得
•
•
g U m be Ib
•
•
U be Ib rbe
gmrbe
rbe
gm
(1 ) UT
IE
•
Ib b
•
U be
rbb b
•
rbe
U be
•
Ic
•
gm U be
c
•
U ce
•
Ib b
•
U
be
rbe
•
Ic • c
5.71
0
0.1 fL fL 10 fL
º
f
图 5.1.3(a) 相频特性
在低频段，高通电路产生 0 ~ 90° 的超前相移。
【小结】
（1）电路的截止频率决定于电容所在回路的时间 定了fL和fH。
常数τ，即决
（2）当信号频率等于fL或fH放大电路的增益下降 生+450或-450相移。
3dB，且产
（3）近似分析中，可以用折线化的近似波特图 路的频率特性。
频率响应的概念 1.频率响应与通频带
放大电路的电压放大倍数Au是频率的函数，这种函数关系称为放大电 路的频率响应或( j) Ui ( j)
•
Au Au ( f )( f )
Au( f )表示电压放大倍数的模与频率f的关系，称为幅频响应
φ( f )表示放大电路输出电压与输入电压之间的相位差与频率f的关系，称为相 频响应
rbb b
•
U be rbe
Cμ
rbc Cπ
e
•
gm U be
•
Ic c
rce
•
U
ce
e
1.完整的混合 模型
be
rce
•
Ib
b
rbb b
•
•
U be
U be rbe
Cμ
rbc Cπ
•
gm U be
•
Ic c
rce
•
U
ce
e
e
•
•
高频时由于结电容的影响 和 ，已Ic 不能I保b 持正比关系，所以用放射结上
40
幅频特性
最大误差为 3 dB， 发生在 f = fL处
当 f ≥ fL(高频)， Au 1
当 且
频f <率fL愈(低低频，)A，u 的
Au 1 值愈小
，
低频信号不能通过。
对数相频特性
相角： 90 arctan f
fL
误差
90º
5.71
º
45º/十倍
45º
频
f fL 时， 0; f fL 时， 90; f fL 时， 45
表示放大电
4.2 晶体三极管的高频等效模型
4.2.1 高频混合π型等效模型的引出
c
•
Ic
通常情况下，rce远大于c--e间所接的负载电阻， 而rb’c也远大于Cμ的容抗，因而可认为rce和rb’c开 路。
•
b Ib
Cμ rbc
•
rbb
b
gm U be rce
Cπ rbe
•
Ie
e
•
Ib b
•
U be
•
AuH
1
2
1
f fH
相频响应：
H
arctan
f fH
（1）幅频响应：
•
AuH
1
2
1
f fH
当f<<fH 时，
•
AuH
1
1
2
1
f fH
当f>>fH 时，
•
AuH
1
fH
2
1
f fH
f
•
20lg AuH dB 3dB
0
-20
-20dB/十倍频程
-40 （a）
H
0o
•
U ce0
4.2.3 三极管的频率参数
1.共射极截止频率fβ
•
•
Ic (gm jCπ )U be
•
•
Ib
rbe //
U be 1 //
jCπ
1
jCμ
•
•
Ic
•
Ib
1 rbe
gm jCπ j(Cπ Cμ )
•
g rm be
1 j(Cπ Cμ)rbe
•
b
Ib
rbb
b
•
U be rbe
•
I Cπ
Cμ
Cπ
•
c Ic
•
gm U be
e
•
图5.10 计算 的模型
•
0
1 j(Cπ Cμ)rbe
0 gmrbe
f
2
1
2
1
2 rbe (Cπ
Cμ)
•
0
1 j f
f
（截止频率）
•
0
1 j f
f
其模值为
•
20 lg | | dB
20 lg 0
•
| |
0
2
1
f f
-20dB/十倍频程
20lg / dB
20lg 0
20dB/十倍频
O
arctan f
f
对数相频特性
0 45º
f
f fT
0.1f
10 f
f
90º 图5.2.4 的波特图
2. 特征频率fT
•
20 lg | | dB
20lg 20lg 0 20lg
1
f f
2
20 lg 0
-20dB/十倍频程
fT 0 f
f
当 f fH 时， 20 lg Au 20 lg
H
f
当 f fH 时， 20lg Au 20lg 2 3dB
（3）低通电路的波特图
对数幅频特性：
20lg Au / dB
0
0.1 fH 3dB
fH 10 fH
f
20
20dB/十倍频
40
对数相频特性：
在高频段，低 通电路产生0~ 0
0.1 fH fH 10 fH
L
arctan
fL f
当f>>fH 时， H 0
当f<<fH 时， 当f = fH 时，
H 90
H
45O
可以利用RC高通电路来模拟放大电 路的低频响应。
随着f的下降，
越来越小
H
(3) 高通电路的波特图
Au
f
fL
1
f 2
fL
放大电路的对数频率特性称为波特图。
2
20 lg A 20 lg f 20 lg
(a) 幅频失真
(b) 相频失真
4.1.2 RC电路的频率响应
1. RC低通电路
R1
+
+
•
Ui
C1
•
Uo
_
_
时间常数τH=R1C1，令
fH
H 2
1
2 H
1
2 R1C1
•
1
1
AuH 1 j
1 j
f
H
fH
图5.3 RC低通电路
1
•
•
AuH
U
•
o
Ui
jC1
R1
1
jC1
1
1
jR1C1
幅频响应：
的电压 来控制集电极电流Ic,
•
U be
（b） 用电流源 g来m U表• be示基极回路对集电极回路的控制作用。 图5.7 三极管的混合π型等效模型
2.简化的混合 模型
gm为低频互导：
gm
ic ube
UCE
ic ube
UCE
•
Ib b
rbb b
•
U be
•
U be
rbe
Cμ Cπ
•
Ic c
• gm U be
第四章 放大电路的频率响应
4.1 频率响应的概念 4.2 晶体管的高频等效模型 4.3 场效应管的高频等效模型 4.4 单管放大电路的频率响应 4.5 多级放大电路的频率响应 4.6 放大电路的阶跃响应
本章重点：
1、晶体管、场效应管的混合π模型。
2、单管共射放大电路混合π模型等效电路图、 频率响应的表达式及波特图绘制 。
fT
gm
2 (Cπ Cμ )
0
f
fT f / Hz
•
图5.11 的幅频响应
一般 Cπ Cμ ，故
fT
gm
2 Cπ
fT的典型数据约在100~1000MHz之间。