模电第5章 放大电路的频率响应

一、 RC高通电路
RC高通电路如图所示。 其电压传输函数 Au 为：
Au
Uo Ui
j / L 1 j / L
jf / 1 jf
fL / fL
式中 L
1 RC
1
。
下限截止频率、模和相角分别为
f0
fL
1
2RC
Au
f / fL 1 ( f fL)2
RC 高通电路
90o arctg( f fL )
由此可做出RC高通电 路的近似频率特性曲线。
RC 高通电路
Au
f / fL 1 ( f fL)2
90o arctg( f fL ) RC高通电路的近似频率特性曲线
图5.1.1 高通电路及频率响应
二、 RC低通电路
R
RC低通电路如图所示。 + 其电压放大倍数(传递函数)为 UV.ii
+
C
Au = Au(f) Φ(f) 其中 Au(f) 为幅频响应、Φ(f)为相频响应。
放大电路的频率特性包括两部分：
幅度频率特性
幅频特性是描绘输入信号幅度
固定，输出信号的幅度随频率变化
而变化的规律。即
相位频率特性 ∣A∣= ∣Uo /U∣i = f ( )
相频特性是描绘输出信号与输入
信号之间相位差随频率变化而变化
2.三极管的()是频率的函数。 在研究频率特性时，三极管的低频小信号
模型不再适用，而要采用高频小信号模型。
5.1 RC电路的频率响应 5.2 双极型三极管的高频小
信号模型 5.3 共发射极接法放大电路
的频率特性 5.4 多级放大器的频率响应
5.1.2 频率响应的基本概念
• 一、 RC高通电路 • 二、 RC低通电路
UV.oo
Au
Uo Ui
1
1
jRC
1 1 j
式中
H
1 RC
1
0
-
-
RC低通电路
上限截止频率、模、和相角分别为：
1
f0 fH 2RC
Au
1 1 ( f fH)2
arctg( f f H )
R
+
+
UV.ii
C
UV.oo
-
-
RC低通电路
由以上公式可做出RC低 通电路的近似频率特性曲线：
Av
1 1 ( f fH)2
第5章 放大电路的频率响应
[问题提出] 前面所讲述的均以单一频率的正弦信号来研
究，事实上信号的频率变化比较宽（例如声音信 号、图象信号），对一个放大器，当Ui 一定时，f 变化 Uo变化，即Au=Uo/Ui 变化，换句话说： Au与f有关。
为什么Au与f有关呢？什么是频率响应？
频率响应：指放大器对不同频率的正弦信号 的稳态响应。其表示方法：
注意：
此C' 是 uce 0 条件下的 C' 。 在 uce 0的条件下： 有 C' C C
否则：
C' C C' C' C (1 K)
由此可做出β的幅频特性和相频特性曲线， 如05.10图所示。
当20lgβ下降3dB时,频率f 称为共发射极接法的截止频率
当β=1时对应的频率称为 特征频率fT，且有fT≈β0f
-45/dec的斜率。在0.1 fH 和10 fH 处与实际的相频 特性有最大的误差，其值分别为+5.7°和－5.7°。 这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是
分析放大型三极管的高频小信号模型
5.2.1.混合π型高频小信号模型 5.2.2 电流放大系数β的频响
r
b
'e
jC' )
此式中 C' 为K=0时的值
1
g m rb' e
jrb' eC'
0
1 j
f
f
求 C
C' C Cu'
的分析
Ic Ib UCE
Ic Irb'e Ic'
gmU b'e
1
U
b'
e
(
r
b
'e
jC' )
f
1
2rb' eC'
为共射截止频率(手册)
此式中 C' 为K=0时的值
1
g m rb' e
电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因 素，研究频响实际上是研究电抗元件的存在，对 放大器放大倍数的影响。
当 f 低时，主要是耦合电容、旁路电容起作用。 当 f 高时，主要是PN结电容起作用。
产生频率失真的原因是: 1.放大电路中存在电抗性元件，例如
耦合电容、旁路电容、分布电容、变压 器、PN结电容、分布电感等;
arctg( f f H )
RC低通电路的频率特性曲线
低通电路及其频率响应
对于放大电路，通频带为 fbw
fbw fH fL
幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标,fH 称为上限截止频率。当 f≥fH时，幅频特性将以
十在倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。f =fH
处的误当差最f =大fH，时有，－相3频dB特。性将滞后45°，并具有
的规律。即
∠A ∠Uo ∠Ui f ()
这些统称放大电路的频率响应。
幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真; 相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。
放大电路的幅频特性和相频特性，也称为 频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的 增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅 度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同 频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产 生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。 幅频失真和相频失真是线性失真。
图05.10 三极管β的幅频特性和相频特性曲线
5.3 场效应管的高频等效模型(共源)
Cg' s Cgs (1 K)Cgd K gm (RC // RL )
K
Uce Ub'e
gm (RC // RL )
gm
0 Ib
Ub'e
0
Ub'e
0
rb'e
Ib
rb'e
(1
0 )
26 mv I EQ
0
26 mv I EQ
IC gm Ub'e 0 Ib
gm
I EQ 26 mv
的分析
Ic Ib UCE
Irb'e
Ic Ic'
gmU b'e
1
U
b'
e
(
jrb' eC'
0
1 j
f
f
求 C
C' C C u
C
C'
Cu
的波特图
fT≈β0 f 可由下式推出
gmrb'e 0 1 jrb'eC' 1 j f
f
当 f = fT 时, 有
( fT )
g m rb' e
1 [ rb'e C' ]2
0
1
1 ( f T )2
f
因fT>> f ,所以, fT ≈β0 f
（2）用
代替 .
gm U b'e
.
Ib
根据这一物理模型可以画出混合π型高频小信号模型，如图所示。
这一模型中用
.
gm U b'e
代替
.
I b0
，这是因
为β本身就与频率有关，而gm与频率无关。
简化的混合π模型
简化的混合π模型参数计算
C' C Cu'
Cu' (1 K)Cu
Cu Cob
.
K 为中频段电压增益