2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 1
第五章 频率响应
5―1 频率响应的概念
5― 1― 1 频率失真及不失真条件一,频率失真 ( 线性失真 )
二、线性失真和非线性失真三,不失真条件 ——理想频率响应
5― 1― 2实际的频率特性及通频带定义
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5― 2― 1晶体管的频率参数和高频等效电路一,晶体管的高频等效电路二、晶体管的高频参数
1.共射短路电流放大系数 β(jω)及其上限频率 fβ
2,特征频率 fT
3.共基短路电流放大系数 α(jω)及 fα
5―2 单级共射放大器的高频响应
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二,高频增益表达式及上限频率
5― 2― 2共射放大器的高频响应分析一,共射放大器的高频小信号等效电路
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一,C1,C E对低频特性的影响二,C2对低频响应的影响
5―7 放大器的低频响应
5― 7― 1 阻容耦合放大器的低频等效电路
5― 7― 2阻容耦合放大器低频响应分析
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第五章频率响应
( 1)掌握放大电路频率响应的有关概念,掌握放大器的低频、中频和高频等效电路
( 2)掌握晶体管频率参数、共射电路频率响应特性。
( 3)了解单管放大电路频率响应的分析方法。
( 4)了解波特图的概念及画法。
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5―1 频率响应的概念
5― 1― 1 频率失真及不失真条件一,频率失真 ( 线性失真 )
由于电抗元件的存在,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,那么放大后的信号各频率分量的 大小比例 和 时间相对关系 将不同于输入信号。
放大器并不是对所有频率的(激励)信号反映
(响应)都是一样的。这取决于放大器的频率响应特性。
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幅频失真和相频失真,avi
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二、线性失真和非线性失真
1,起因不同
2,结果不同线性失真由电路中的 线性电抗元件 (电感、电容),
引起。
非线性失真由电路中的 非线性元件 引起 (如晶体管或场效应管的特性曲线的非线性等 )。
线性失真 不产生 新的频率分量信号。
非线性失真 产生 新的频率分量信号。
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K
图 5― 2 理想频率响应为常数)dd ttj ()(常数)()( KjA u
ω0
)( j
ω0
)(?jAu
三,不失真条件 ——理想频率响应
(a)理想振幅频率响应 (b)理想相位频率响应

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5― 1― 2实际的频率特性及通频带定义图 5―3 实际的放大器幅频响应上限频率半功率点 L
中频区低频区 高频区理想幅频特性实际幅频特性
)( jfAu
f0
uIA
半功率点 H
Lf Hf3dB-BW
uIA707.0
下限频率 通频带 BW
HuIuI fABWABWG
增益频带积中频增益
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5―2 单级共射放大器的高频响应
5― 2― 1晶体管的频率参数和高频等效电路一,晶体管的高频等效电路
I
b
.
r
bb
r
be


b ′
C
be′
U
be′
.
C
bc′
U
be′
g
m r
ce
I
c
.
e
c
b
图 5―4 晶体管的高频小信号混合 π等效电路
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二、晶体管的高频参数
1.共射短路电流放大系数 β(jω)及其上限频率 fβ
b
ebm
ec
b
c
I
Ug
I
Ij
短路、)(
ebe
m rrg
0
0
0
)1(
ebeb
ebb
eb
ebbeb Crj
rI
CjrIU

1)
1//(


f
fjjCrjj ebeb 111)(
000
f
f
f
f
a r c t a n
)(1 2
0?
)()( jj?
的上限频率))((2 1 jCrf
ebeb
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图 5―5 |β(jω)| 与频率 f的关系曲线
2,特征频率 fT
1
)(1 2
f
f T
o
fCrff
ebe
oT
2
1
2
0
)(1
)(
f
f
jf
fβ f T f0
1
β 0
|β (jω)|
0.707β 0
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3.共基短路电流放大系数 α(jω)及 fα




jj
j
j
1)(1
)(
)( 0
0
0
00 1,)1(?


fff T
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5― 2― 2共射放大器的高频响应分析一,共射放大器的高频小信号等效电路
Rs


C1 +
RB2
RB1
RE

C3
+ C2
RC
RL


Uo
.
Us.
UCC
图 5― 6 共射放大器及其高频小信号等效电路
(a)电路
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(b)等效电路 (设 RB1//RB2>>R 'i )
rbe′
b′rbb′
Rs
Us
rce RC RL


Uo
b
e
RL′C
bc′
Cbe′
c
U be

g m
图 5― 6 共射放大器及其高频小信号等效电路
I1 I2
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rbb ′
Rs
Us


rbe′
Cbe′ CM
b′
C M ′
′R L


Uo
b
e
Ube′gm
c
))(1(
1
))(1(
1
))((
1
cb
cb
eb
ocboeb
eb
1
eb
M

CjA
Cj
U
UCjUU
U
I
U
Cj
u?

I 1
Lm
eb
u Rg
U
UA
o )1()1(
LmcbucbM RgCACC
密勒等效电容图 5―8(a) 单向化模型
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rbb ′
Rs
Us
.+

rbe′
Cbe′ CM
b′
C M ′
′R L


Uo
.
b
e
Ube′gm
.
c
图 5―8(a) 单向化模型
))(
1
1(
1
))(1(
1
))((
1
cb
cb
o
ebcbebo
o
2
o
M






Cj
A
Cj
U
UCjUU
U
I
U
Cj
u

Lm
eb
u Rg
U
UA
o
cbcb
u
u
M CC
A
AC

)1(
I 2
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图 5―8(b) 进一步的简化等效电路
Ube′gm ′R L


UoUs


′R s
C i
U be′′
cbLmebMebi CRgCCCC )1(



sbes
eb
s
ebbbs
ebs U
rR
rU
rrR
rU
)( bbSebs rRrR
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 20
二,高频增益表达式及上限频率
H
u I s
isbes
eb
Lm
s
o
us
j
A
CRjrR
r
Rg
U
U
jA



11
1
)()(
is
HH CRf
12 为输入回路时常数倒数.,,,,,
中频区源增益)(
bes
eb
Lmu I s rR
rRgA

2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 21
|Aus (jω)|
0.707|AuIs |
|AuIs |
ω
ω
ωH
ωH
0
0
- 45°
- 90°
Δ ( j )ω
|Aus(jω)|
ω
ω
ωH0
0
- 45°
- 90°
Δ
0.01ω H 0.1ω H 10ωH
40
20
(a)
(b)
(c)
(d)
Δ (ωH)= 45°
图 5―9 考虑管子极间电容影响的共射放大器频率响应
(a)幅频特性; (b)相频特性;
(c)幅频特性 渐近 波特图; (d)相频特性 渐近 波特图线性刻度 对数刻度对数刻度
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5―7 放大器的低频响应
5― 7― 1 阻容耦合放大器的低频等效电路
( a )
U
s
.
R
s


C
1 +
R
B
R
E

C
E
+ C
2
R
C
R
L
U
CC


U
o
.
(a)电路图 5―23 阻容耦合共射放大器及其低频等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 23
U
s
.
R
s


C
1 +
r
bb ′
R
C
b
R
E

C
E

C
2
R
L


U
o
.
( b )
b

e
r
be′
.
U
be
g
m

低频等效电路图 5―23 阻容耦合共射放大器及其低频等效电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 24
R
s


C
1 +
r
bb ′
R
C
b
C
E
/
(
1

β)

C
2
R
L


U
o
.
( c )
U
s
.
(1

β
)R
E
U
be
g
m
.

r
be′
简化低频等效电路图 5―23 阻容耦合共射放大器及其低频等效电路

s
o
us U
UjA
)(?
s
os
os
o
U
U
U
U
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E
E
CC
CCC
1
1
)1(?
s
bes
eb
eb U
Cj
rR
rU

1
Cebmos RUgU

besebbbsE rRrrRR)1(?
5― 7― 2阻容耦合放大器低频响应分析一,C1,C E对低频特性的影响
R
s


C
1 +
r
bb ′
R
C
b
C
E
/
(
1

β)

C
2
R
L


U
o
.
( c )
U
s
.
(1

β
)R
E
U
be
g
m
.

r
be′

osU
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11
)(
1
1
1
)(
L
u I s
bes
bes
eb
Cm
s
os
us
j
A
CrRj
rR
r
Rg
U
U
jA


中频区源增益)(
bes
eb
Cmu I s rR
rRgA

引入的下限角频率),E
bes
L CCCrR 11 ()(
1

为输入回路时常数倒数.,,,,,
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 27
二,C2对低频响应的影响
+ C
2
R
C
R
L

- - g
m
R
C
U
be
.



U
o
.
图 5― 25 C2对低频响应影响的等效电路
osU
22 )(
1
1
1
)(1)(
CRRj
RR
R
Cj
RR
R
U
U
LC
LC
L
LC
L
os
o



2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 28
22 )(
1
1
1
)(1)(
CRRj
RR
R
Cj
RR
R
U
U
LC
LC
L
LC
L
os
o



2
1
1
)( LLC
L
jRR
R

(C2引入的下限角频率 )
)(
1
2
2
LC
L RRC
为输出回路时常数倒数.,,,,,
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 29
)1)(1(
)(
21
LL
u I s
us
jj
A
jA

总低频增益:
11
1
Lbes
eb
Cm
s
os
jrR
r
Rg
U
U


s
os
os
o
s
o
us U
U
U
U
U
UjA
)(?
2
1
1
)( LLC
L
os
o
jRR
R
U
U


bes
eb
Lmu I s rR
rRgA

(中频源增益 )
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 30
| A
u Is
|
+ 45°
- 45°
ω0
ω
L
ω
H
( a )
( b )
ω
| A
u Is
|
2
+ 45°
+ 90°
0
- 45°
- 90°
)(?jA
su
)( j?
图 5―26 阻容耦合放大器完整的频率响应
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 31
思考题
1.线性失真与非线性失真有何差异?
2.晶体管的频率参数 fβ,fT,fα的含义如何?三者的关系如何?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 32
作 业
5-1 5-7
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 33
图 5― 28共射放大器电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 34
图 5― 28共射放大器电路的幅频特性
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 35
元,器件输入示意图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 36
Multisim 中的,分析方法

2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 37
MP3播放器的音频频率范围为 20Hz-20kHz。
FM广播的音频频率范围为 200Hz-15kHz。
AM广播的音频频率范围为 200Hz-4.5kHz。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术模拟电子技术 38
音阶 C D E F G A B
简谱符号 1 2 3 4 5 6 7
频率( Hz) 261 293 330 349 392 440 494
频率(对数) 48.3 49.3 50.3 50.8 51.8 52.8 53.8
音乐中音阶的划分是在频率的对数坐标
( 20× log)上取等分而得的