03.放大电路的频率特性

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第三章 放大电路的频率特性

通常，放大电路的输入信号不是单一频率的正弦信号，而是各种不同频率分量组成的复合信号。由于三极管本身具有电容效应，以及放大电路中存在电抗元件(如耦合电容和旁路电容)，因此，对于不同频率分量，电抗元件的电抗和相位移均不同，所以，放大电路的电压放大倍数A u 和相角φ成为频率的函数。我们把这种函数关系称为放大电路的频率特性。

§1频率特性的一般概念

一、频率特性的概念

以共e 极基本放大电路为例，定性地分析一下当输入信号频率发生变化时，放大倍数将怎样变化。

在中频段，由于电容可以不考虑，中频A um 电压

放大倍数基本上不随频率而变化。

180=ϕ，即无附加相移。对共发射极放大电路来说，输出电压和输入

电压反相。

在低频段，由耦合电容的容抗变大，电压放大倍数A u 变小，同时也将在输出电压和输入电压间产生相移。我们定义：当放大倍数下降到中频

率放大倍数的0.707倍时，即

2um

ul A A =时的频率称为下限频率f l

对于高频段。由于三极管极间电容或分布电容的容抗在低频时较大，当频率上升时，容抗减小，使加至放大电路的输入信号减小，输入电压减小，从而使放大倍数下降。同时也会在输出电压与输入电压间产生附加相移。同样我们定义：当电压放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707

倍时，即

2um

uh A A =时的频率为上限频率f h 。

共e 极的电压放大倍数是一个复数，

ϕ<=•

u u A A

其中，幅值A u 和相角ϕ都是频率的函数，分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。

我们称上限频率与下限频率之差为通频带。

l

h bw f f f -=

表征放大电路对不同频率的输入信号的响应能力，它是放大电路的重要技术指标之一。

二、线性失真

由于通频带不会无穷大，因此对于不同频率的信号，放大倍数的幅值不同，相位也不同。当输入信号包含有若干多次谐波成分时，经过放大电路后，其输出波形将产生频率失真。由于它是电抗元件产生的，而电抗元件又是线性元件，故这种失真称为线性失真。线性失真又分为相频失真和幅频失真。

1．相频失真

由于放大器对不同频率成分的相位移不同，而使放大后的输出波形产生了失真。

2．幅频失真

由于放大器对于不同频率成分的放大倍数不同，而使放大后的输出波形产生了失真。

线性失真和非线性失真本质上的区别：非线性失真产生新的频率成分，而线性失真不产生新的频率成分。

§2三极管的频率参数

影响放大电路的频率特性，除了外电路的耦合电容和旁路电容外，还有三极管内部的级间电容或其它参数的影响。前者主要影响低频特性，后者主要影响高频特性。

一、三极管的频率特性

中频时，认为三极管的共发射极放大电路的电流放大系数β是常数。实际上是，当频率升高时，由于管子内部的电容效应，其放大作用下降。所以电流放大系数是频率的函数，可表示如下：

βf f j

+1

其中β0是三极管中频时的共发射极电流放大系数，β

f 为共发射极电流放大系数

的截止频率。上式也可以用•

β的模和相角来表示。

2

0)(1β

ββf f +=

• β

βϕf f

arctan

-=

根据上式可以画出•

β的幅频特性。通常用以下几个参数来表示三极管的高频性能。

二、表述三极管频率特性的几个参数

1. 共发射极电流放大系数β的截止频率

β

f

当|•

β|值下降到β0的0.707倍时的频率

β

f 定义为β的截止频率。由上式可

算出，当0

0707.02ββ

ββ≈=•＝时，f f 2. 特征频率T f

定义|•

β|值为1时的频率T f 为三极管的特征频率。将

1

==•

β和T f f 代入（）

式得：

2

)(

1β

f f T +

由于通常

1

/>>βf f T ，所以上式可简化为

β

βf f T 0≈

3. 共基极电流放大系数α的截止频率αf 由前述•

•

βα与的关系得

•

•

•

ββ

α＋＝

1

显然，考虑三极管的电容效应，•

α也是频率的函数，表示为：

αααf f j

+=

•10

其中αf 为α的截止频率，定义为|•

α|下降为中频0α的0.707倍时的频率。

αf 、βf 、T f 之间的关系：

将

βββf f j +=

•

10

代入•

•

•

ββα＋＝1得 β

βββ

ββαβββββββαf f

j f f j f f j f f j

f f j )1(1)1(11111100000

0000

++=

+++=++=++

+=•

可见：

β

αβf f )1(0+= 一般，10>>β所以：

T

f f f =≈βαβ0

三、三极管混合参数π型等效电路

当考虑到电容效应时，h 参数将是随频率而变化的复数，在分析时十分不便。为此，引出混合参数π型等效电路。从三极管的物理结构出发，将各极间存在的电容效应包含在内，形成了一个既实用又方便的模型，这就是混合π型。低频时三极管的h 参数模型与混合π模型是一致的，所以可通过h 参数计算混合π型中的某些参数。

1．完整的混合π型模型