模拟电子技术基础 放大电路的频率响应课件

1
2RC
得
jf
Au(
f
)
1
fL jf
1
1 j
fL
fL
f
称为电路的频率响应
电压传递系数的模
f
| Au ( f ) |
fL 1 ( f )2
fL
电压传递系数的相角
称为电路的幅频特性
900 arctgf 称为电路的相频特性
fL
2、幅频特性分析
当信号频率较大时，如f>>fL，则|Au(f)|=1； 当信号频率较低时，如f=0，则|Au (f)|=0； 当信号频率f=fL时，|Au(f)|=0.707，所以fL即为高通电 路的下限截止频率； 当信号频率f<<fL时，|Au (f)|≈f/fL。 幅频特性曲线
重点：波特图、晶体管高频等效电路模型、单管放大电 路的频率响应。
难点：单管放大电路及多级放大电路的波特图分析。
5.1 频率响应概述
重点：了解频率响应的分析方法，掌握RC电路频率响应 的波特图
实际放大电路的放大倍数是频率的函数，通频带 fbw=fH-fL 。不同的放大电路频带宽度不同，因为三极管 结电容在高频信号的作用下产生分流效应，使三极管输 出电压减小。对于阻容耦合电路，输入端和输出端的耦 合电容在低频信号的作用下，耦合电容会产生分压效应， 使三极管的输入电压减小，从而减小放大电路的输出电 压。即耦合电容使放大电路具有下限频率，三极管的结 电容使放大电路具有上限频率。
3、相频特性分析 当信号频率较大时，如f>>fL,则=0； 当信号频率较低时，如f=0，则=900； 当信号频率f=fL时，=450。
相频特性曲线
输入信号频率f>>fL时，输出信号与输入信号无相位 差，当f接近fL时，输出信号的相位超前输入信号的相位， 当f<<fL时，输出信号比输入信号的相位最大可超前900。
频率太 低时耦 合电容 造成放 大倍数 下降
频率太高 时三极管 结电容造 成放大倍 数下降
实际的输入信号大多含有许多频率成分，占有一 定的频率范围。 音频信号的频率范围为20Hz~20kHz； 语音信号的频率范围为300Hz~3400Hz； 射频(RF)信号的频率范围为30kHz~3000GHz(长波： 30~300kHz；中波：300kHz~3MHz；短波：3~30MHz； 超短波：30~300MHz；微波（分米波）： 300MHz~3GHz；微波（厘米波）：3~30GHz；微波（毫 米波）：30~300GHz；微波（亚毫米波）； 300~3000GHz)。
波特图
图5.1.3 低通电路波特图（P225）
由RC高、低通电路的分析可得到普遍意义的结论：
(1)电路的下限截止fL和上限截止频率fH由电容所在回路 的时间常数RC决定；
(2)当电路的频率等于截止频率时，输出信号与输入信 号产生+450或-450的相移，且增益下降-3dB；
(3)电路的频率特性可用拆线化的波特图来描述。
当f>>fH时，|Au(f)|≈fH/f，20lg|Au(f)|以-20dB/十倍频的斜 率下降。
3、相频特性分析
arctg( f )
fH
当信号频率较小时，如f<<fH，=0； 当信号频率很大时，如f>>fH，=-900； 当信号频率f=fH时，=-450。 即输入信号频率f<< fH时，输出信号与输入信号无相 位差，当f接近fH时，输出信号的相位落后输入信号的相 位，当f>>fH时，输出信号的相位比输入信号的相位最大 可落后900。
放大倍数与相移均是频率的函数，这种函数关系称 为放大电路的频率响应或频率特性。
一、RC高通电路的频率响应
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1、电压传递函数及电压传递系数
RC高通电路和RC低通电路，它们的频率响应可分别 用来模拟放大电路的低频响应和高频响应。
在频率响应分析中，常常用到复频率s=j
电压传递函数定义 电压传递系数定义
Au
4、波特图 在放大电路的频率响应分析中，幅频特性曲线常用
对数将频率响应曲线画成折线形式称为波特图，相应地 相频特性也画成折线形式。
RC高通电路的波特图
幅频特性用两段折线表示，拐点在f=fL处，f>fL 时，增益为0dB，f<fL时，增益以（20dB/十倍频） 的速率下降。
相频特性用三段折线表示，拐点有两个，f=10fL 和f=0.1fL。f>10fL时，相角为0；f<0.1fL时相角为900； 0.1fL<f<10fL时，相角为从900到0直线下降，其中f=fL 时，相角等于450。
5.2 晶体管的高频等效模型
重点：了解三极管的高频物理模型，掌握简化的高频等 效电路
三极管在高频信号的作用下，必须考虑极间结电容 的影响，因此三极管放大电路的高频等效模型与低频等 效模型不同，但高频等效模型在频率较低时，应与低频 等效模型一致。所以三极管的高频等效模型以三极管的 H参数低频等效模型为基础，引入极间电容效应，结合 半导体物理结论，获得较接近实际的高频等效电路。
(s)
Uo(s) Ui (s)
Au(
f
)
Uo( Ui(
f f
) )
单时间常数的RC高通电路
图5.1.1 高通电路 (P221)
Au ( s )
U o (s) U i(s)
R
R
1
sRC 1 sRC
sC
Au (
f
)
Uo( f ) U i( f )
j 2 fRC 1 j 2 fRC
令
fL
第5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 频率响应与阶跃响应（自学） §5.7 Multisim （自学）
基本知识点：高通电路及低通电路的频率响应、波特图、 晶体管高频等效电路模型、单管放大电路的频率响应及 多级放大电路的频率响应。
二、RC低通电路的频率响应
单时间常数RC低通电路
1
Au (s)
R
sC
1
sC
Au (s)
1
1 sRC
图5.1.2 低通电路 (P222)
Au(
f
)
1
1
j2fRC
令
fH
1
2RC
得
Au ( f ) 1
1 j
f
称为低通电路的频率响应
fH
| Au ( f ) |
1 1 ( f )2
fH
arctg ( f )
fH
幅频特性
| Au( f ) |
1 1 ( f )2
fH
当信号频率较小时，如f<<fH，|Au(f)|=1，20lg|Au(f)|=0dB；
当信号频率很大时，如f>>fH，|Au(f)|=0，20lg|Au(f)|=-；
当信号频率f=fH时，|Au(f)|=0.707，20lg|Au(f)|=-3dB,所以 fH即为低通电路的上限截止频率；