放大电路的频率响应

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§5.1 频率响应概述
在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线 圈等）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频 率过低或过高时：
1 放大倍数的数值会变小 2 产生超前或滞后的相移
说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系 称为频率响应或频率特性。
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一、频率失真及不失真条件
1、频率失真
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1、高通电路
RC高通电路如图所示：
•
•
Au
U•O Ui
1RR1
jC
1 1
jRC
式中为输入信号的角频率，RC为回路的时间常数，令：
L
1 RC
1
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fL 2L 2121RC
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jf
•
Au
1
1 L
1 1 fL
fL 1 j f
j
jf
fL
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用幅值与相角表示：
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
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⑵结果不同 线性失真，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。
非线性失真，产生输入信号中所没有的新的频率分量。
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若用分贝表示增益G，则：
GH=20lgAuH= 20lgAum-3dB GL=20lgAuL= 20lgAum-3dB
故又称H点和L点为-3dB点，BW为-3dB带宽。
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中频区增益与通频带是放大器的二个重要指标 二者相互矛盾 引进增益带宽乘积来表征放大器的性能：
G •B W A u• m B W A u• m fH
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四、波特图
波特图： 在画放大电路的频率特性曲线时，常采用 对数坐标，称为采用对数坐标的好处是：
⑴用对数坐标刻度可将很宽的频率变化范围压缩 在较窄的频率坐标内。
⑵当纵坐标以分贝表示函数的幅值时，函数的乘 除运算变成了加减运算，使用方便，符合增益的习 惯表示法。
⑶可以用渐进线代替绘制十分麻烦的频率特性曲 线。
arctanf
fH
•
当f
f
时，
H
Au
1,
00
•
当f
f
时，
H
Au
1, 2
450
当f
f
时，
H
•
Au
fH f
,
•
表明f每升高10倍， Au 降低10倍。
•
当f趋于无穷时， Au 趋于0，趋于 900
因此，该电路叫RC低通电路，f H 称为上限截止频率。
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RC低通电路的频率特性曲线如下图，上边为幅频特性 曲线，下边为相频特性曲线：
1
1
jRC
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回路的时间常数=RC，令：
H
1
fH
H 2
1 2
1 2 RC
•
Au
1
1 j
1 1 j
f
H
fH
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用幅值与相角表示：
•
Au
1
2
1
f fH
arctanf
fH
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称为幅频特性 称为相频特性
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•
Au
1
1
f fH
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定义上限截止频率ƒH、下限截止频率ƒL以及通频带BW
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ƒH：高频区放大倍数下降为中频区的 1 / 2 AuH12Aum0.70A7 um
同理，下限截止频率ƒL为：
AuL 12Aum0.70A7um
通频带为：
BW= ƒH- ƒL ƒH
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半功率点：上、下限截止频率所对应的H点和L点。
人们总是希望放大器具有尽可能大的增益带宽乘积。
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1 通频带的选择，要根据信号的频谱而定 2 通频带不是越宽越好
对给定的信号而言，通频带过宽不仅没 有必要， 而且还会窜入更多的干扰和噪声。
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三、RC电路的频率响应
耦合电容的存在，对信号构成了高通电路。 信号频率足够高，电容相当于短路，信号几乎毫无 损失地通过； 信号频率低到一定程度，电容容抗不可忽略，放大 倍数的数值减小且产生相移。 极间电容的存在，对信号构成了低通电路。 信号频率足够低相当于开路，对电路不产生影响； 信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而 导致放大倍数的数值减小且产生相移。
3、不失真条件---理想频率响应
不失真：放大器对所有不同频率成分的放大倍数相同， 延迟时间也相同。
不产生频率失真的条件为：
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理想频率响应 不产生线性失真的振幅频率响应和相位频率响应
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二、实际的频率特性及通频带定义
将实际的振幅频率响应划分为三个区域， 中频区 低频区 高频区
放大电路的频率响 应
第五章 放大电路的频率响应
• §5.1频率响应概述 §5.2晶体管的高频等效模型 §5.3场效应管的高频等效模型 §5.4单管放大电路的频率响应 §5.5多级放大电路的频率响应 §5.6集成运放的频率响应 §5.7频率响应与阶跃响应 §5.8放大器中的噪声和干扰
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各频率分量信号的放大倍数相同，延迟不同。
由于相位=t，延迟时间不同，意味着不与成正比。人们
称这种失真为相位频率失真。
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2、线性失真和非线性失真
振幅频率失真和相位频率失真都是由电路的线性 电抗元件引起的，故又称为线性失真。
线性失真和非线性失真不同点： ⑴起因不同
一 大多数信号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。
二由于电抗元件和极间电容的存在，使得放大器 对不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同。
由此而引入的信号失其称为频率失真。
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电抗元件的存在，三次谐波的放大倍数小于对基波的 放大倍数。
由于放大倍数随频率变化而引起的失真 为振幅频率失真。
•
当f趋于0时， Au 也趋于0，趋于 900
因此，该电路叫RC高通电路，fL称为下限截止频率。
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RC高通电路的频率特性曲线如下图，上边为幅频特性 曲线，下边为相频特性曲线：
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• 2、低通电路 • RC低通电路如图所示：
1
•
•
Au
U•O Ui
jC
R 1
jC
f
•
Au
fL
2
1
f fL
90 arctan f fL
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称为幅频特性 称为相频特性
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f
•
Au
fL
2
1
f fL
90 arctanf
fL
•
当f
f
时，
L
Au
1,
00
当f
•
f
时，
L
Au
1, 2
450
ຫໍສະໝຸດ Baidu当f
f
时，
L
•
Au
f fl
,
•
表明f每下降10倍， Au 也下降10倍。