第十一讲 频率特性的基本概念和波特图汇总

第五章
放大电路的频率特性
主要内容： §5-1 放大电路频率特性的基本概念 §5-2 放大电路的复频域分析法 §5-3 基本放大器高、低截止频率的估算 重点： 1、幅频特性、相频特性、通频带、频率失真、 增益带宽积、主极点的概念； 2、波特图及放大电路波特图的绘制方法。 难点：1、主极点的概念 2、放大电路波特图的画法
基波
二次谐波
1 GB 2 ( RS rbb )Cbe
“频率特性”研究的问题主要是放大电路对信号频率的适应程度，即信 号频率对放大电路电压增益的影响。 我们在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围；在设计 放大电路时，应能满足信号频率的范围要求。
§5-2 放大电路的复频域分析法
Au 0 Au 0 2
BW
fH
BW f 0.7 f H f L
4、直接耦合放大电路的频率特性－－定性分析 直接耦合放大器没有耦合或旁路电容，在低频段不会因大电容 上压降的增大而使电压放大倍数降低，也不会产生附加相移。
f L 0, BW f 0.7 f H
仿真 Rb1 RS + Rb2 Ci uS Re VCC BW
一、复频域中放大电路的传输函数 二、放大电路传输函数的特点
三、放大电路波特图的近似画法
一、复频域中放大电路的传输函数
xi(t) 线性网络 xO (t) 1、线性时不变系统的复频域传输函数 线性时不变系统是指系统既满足叠加原理又具有时不变特性。 小信号放大器是一个线性时不变系统： 在小信号工作状态下，只要信号频率fs<fT/3，则晶体管可以用 线性模型近似，如果不考虑温度和电源电压的变化对模型参数 和元件参数的影响，则小信号放大电路可以视为一个线性时不 变系统。 线性时不变系统的时域常微分方程描述：
RC C2
CO
fH
RL
二、频率失真和增益带宽积
1、频率失真（线性失真）： 幅频失真： 放大电路对输入信号不同频 率分量的幅值不是等同放大 而产生的输出波形失真。 相频失真： 放大电路对输入信号不同频 率分量的相移不同而产生的 输出波形失真。 频率失真（线性失真）与非线性失真的比较：
频率失真（线性失真） 起因 不同 结果 不同 非线性失真
幅频特性： 放大电路对不同频率的信号呈现出不同的放大倍数和相位 Au ( ) | Au ( j ) | 差，以阻容耦合放大电路为例： 低频区增 中频区增 高频区增 －－放大倍数的幅值与频 益下降 益最高 益下降 率的关系。 仿真 VCC 信号 放大 相位差 R Rb1 C 相频特性： ( ) C2 频率 倍数 C1 －－输出信号与输入信号的 500Hz 产生超前 25 -105º 相差约 产生滞后 RS 相位差与频率的关系。 附加相移 Rb2 180 附加相移 + R 30kHz 76 L -180º uS Re Ce
第五章
放大电路的频率特性
前面几章在分析基本单元电路的特性和指标参数时，均假 设输入信号为放大器中频段的单一频率正弦信号。因此电路的 耦合电容、旁路电容、分布电容以及半导体器件的极间电容、 结电容等均可忽略不计，采用BJT或FET的交流小信号线性模型 对电路进行微变等效分析。 然而在实际应用中，电子电路所处理的信号，如语音信号、 电视信号等都不是简单的单一频率信号，它们都是由幅度及相 位都有固定比例关系的多频率分量组合而成的复杂信号，即具 有一定的频谱。如音频信号的频率范围从20Hz到20kHz，而视 频信号从直流到几十兆赫。 由于放大电路中存在电抗元件，使得放大器可能对不同 频率信号的放大倍数和相移不同。放大电路对不同频率信号 的幅值放大不同，就会引起幅度失真；放大电路对不同频率 信号产生的相移不同就会引起相位失真。 为实现信号不失真放大，我们需要研究放大器的频率特性。
二、频率失真和增益带宽积
1、频率失真（线性失真）： 幅频失真： 放大电路对输入信号不同频 率分量的幅值不是等同放大 而产生的输出波形失真。 相频失真： 放大电路对输入信号不同频 率分量的相移不同而产生的 输出波形失真。 2、增益带宽积： G B | A BW | uo （综合指标） 增益与带宽是互相制约的，在一定 的条件下增益带宽积是一个常数：
3、基本放大器高、低截止频率的估算
4、基本放大器的频率特性分析
§5-1 放大电路频率特性的基本概念
一、频率特性和通频带 1、什么叫频率特性 频率特性是指放大器放大倍数的数值以及输出信号和输入 信号的相位差随输入信号的频率而变化的函数关系。
Au ( j ) | Au ( j ) | e
j ( )
30MHz
44
-225º (45 º )
ZC 1 / C 2、阻容耦合放大电路的频率特性－－定性分析 在中频范围： 大电容的容抗小，视为短路；小电容的容抗大，
视为开路。交流通路是一个纯阻性的电路，电路参数Au、Ri、 RO等均为与频率无关的常数。
在低频段： 耦合、旁路电容的容抗增大，分压作用增大，旁路 作用减弱，导致增益下降并产生超前附加相移。 高频段主要受BJT的结 低频段主要受耦合 在高频段： 极间电容、分布电容等容抗减小，分流作用增大， 电容或极间电容影响 电容旁路电容影响 而且β下降，导致增益下降并产生附加相移。 仿真
低频区增 益下降
产生超前 附加相移
中频区增 益最高Байду номын сангаас
高频区增 益下降
Rb1 C1
RC
VCC C2 CO
相差约 180
RS 产生滞后 + Rb2 Ci Re 附加相移 u S
Ce RL
3、通频带以及上、下限截止频率的概念 在低频段和高频段，增益的幅值下 降至中频增益Au0的70.7%（即下降 3dB)时所对应的频率分别称为下限 截止频率和上限截止频率。 下限截止频率fL ，简称下限频率 上限截止频率fH ，简称上限频率 （也称为3dB截止频率、半功率点） 通频带BW（3dB带宽） ： fL
基波
二次谐波
由于电路中的线性电抗元件对不 由于电路中的非线性器件（BJT、 同频率信号的响应不同而引起； FET）工作在其特性曲线的非线性 区引起； 只会使各频率分量信号的幅值比 例关系和时延（相位）系发生变 化，或滤掉某些频率分量，不会 产生新的频率成分。 它不仅包含输入信号的频率成分， 而且还产生新的频率成分，会将正 弦波变为非正弦波。