1、 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第二節(jié)第二節(jié) 放大電路的頻率響應放大電路的頻率響應一、基本概念一、基本概念 uuAA( (一一) )頻率響應（頻率特性）頻率響應（頻率特性） 放大電路對不同頻率正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應放大電路對不同頻率正弦信號的穩(wěn)態(tài)響應)( fAu)( f放大電路的幅頻特性放大電路的幅頻特性放大電路的相頻特性放大電路的相頻特性 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學圖圖3-9 3-9 共射電路的頻率響應共射電路的頻率響應(a)(a)共射基本放大電路；共射基本放大電路； (b)(b)幅頻特性；幅頻特性； (c)(c)相頻特性相頻特性 模擬電子技術模擬

2、電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 ( (二二) )中頻段、低頻段和高頻段中頻段、低頻段和高頻段 當全面分析頻率響應時，常分為三個頻段進行：當全面分析頻率響應時，常分為三個頻段進行：中頻段中頻段、低頻段低頻段與與高頻段高頻段。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1 1、中頻段、中頻段-在通頻帶以內(nèi)的頻率范圍在通頻帶以內(nèi)的頻率范圍 各種容抗忽略不計；各種容抗忽略不計； uu為常數(shù)，與頻率無關為常數(shù)，與頻率無關A Au uM M ； 無其他附加相移，無其他附加相移， CECE放大器為反相放大器，放大器為反相放大器， = 180 = 180。 LHfff通頻帶通頻帶 模擬電子技術

3、模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學耦合耦合、旁路電容旁路電容的容抗不可忽略，的容抗不可忽略，損耗一部分信號損耗一部分信號, ,使放大倍數(shù)使放大倍數(shù)uu下降，下降，Lff2 2、低頻段、低頻段- - 的頻率范圍的頻率范圍下限截止頻率下限截止頻率相移相移超前超前 ，最大超前，最大超前9090。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 晶體管的晶體管的極間電容極間電容、接線電容接線電容使信使信號旁路掉一部分；號旁路掉一部分；晶體管的晶體管的 值值也隨頻率升高而減小，也隨頻率升高而減小，均使電壓放大倍均使電壓放大倍uu數(shù)下降，數(shù)下降，相移相移滯后滯后 ，最大滯后，最大滯后 9090

4、。Hff3 3、高頻段、高頻段- 的頻率范圍的頻率范圍上限截止頻率上限截止頻率 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學( (三三) )下限頻率下限頻率f fL L、上限頻率上限頻率f fH H及通頻帶及通頻帶f fbwbw 定義：定義：當放大倍數(shù)下降到中頻段的當放大倍數(shù)下降到中頻段的 （0.707）時所對應的低頻頻率和高頻頻率分別為下限頻率時所對應的低頻頻率和高頻頻率分別為下限頻率fL 和上限頻率和上限頻率fH21f fL L和和f fH H這兩個頻率點也叫半功率頻率點。這兩個頻率點也叫半功率頻率點。通頻帶通頻帶fbw：上限頻率上限頻率f fH H和下限頻率和下限頻率f fL L

5、 之間的頻率范圍。之間的頻率范圍。通頻帶的寬度表征放通頻帶的寬度表征放大電路對不同頻率輸大電路對不同頻率輸入信號的響應能力，入信號的響應能力，是放大電路的重要技是放大電路的重要技術指標之一。術指標之一。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學( (四四) )增益帶寬積增益帶寬積定義：定義：放大電路的中頻增益幅值和通頻帶乘積的絕對值，即放大電路的中頻增益幅值和通頻帶乘積的絕對值，即 增益帶寬積增益帶寬積= =usMbWAf 可見，欲使增益帶寬積大，必須選用可見，欲使增益帶寬積大，必須選用 及及 小的高頻管。小的高頻管。當管子選定后，增益帶寬積大體上就一定了。因此，若把放當管子選定后

6、，增益帶寬積大體上就一定了。因此，若把放大倍數(shù)提高幾倍，通頻帶也幾乎變窄同樣的倍數(shù)，即增益帶大倍數(shù)提高幾倍，通頻帶也幾乎變窄同樣的倍數(shù)，即增益帶寬積為一個常數(shù)。寬積為一個常數(shù)。12 ()usMbWSbbAfRrCCbbr常量常量由理論分析推導知由理論分析推導知 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二、單級共射放大電路的頻響分析二、單級共射放大電路的頻響分析1.1.共射電路全頻段頻率響應共射電路全頻段頻率響應分三個頻段分析：分三個頻段分析：中頻段中頻段低頻段低頻段高頻段高頻段 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學混合混合 參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 模擬電子技術模擬

7、電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學(1)中頻段中頻段視作短路視作短路視作視作開路開路12,eC C C,CCLmisiusMRpgrRrA在中頻段放大倍數(shù)與頻率無關，是實常數(shù)。在中頻段放大倍數(shù)與頻率無關，是實常數(shù)。180其中其中CLLEQebmbeebRRRmvIrgrrp/;26; 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學(2)低頻段低頻段起作用，起作用，視作開路視作開路1ouSMuSLLsUAAfUjf112 ()LSifRr CuSM2|A|1()uSLLAff0180arctanLff 其中其中 起主要作用起主要作用幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性12,eC C C,CC

8、1C下限頻率下限頻率在低頻段在低頻段 的容抗使放大倍數(shù)的幅的容抗使放大倍數(shù)的幅值下降，且相位超前。值下降，且相位超前。12,eC C C低頻段頻響：低頻段頻響： 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學下限頻率的求法：下限頻率的求法：12,eC C C1C1C在低頻段在低頻段 起作用，起作用， 起主要作用，因此用起主要作用，因此用 來計算來計算 Lf11)(2121CrRCRfiSL等效上限頻率取最大的一個上限頻率取最大的一個 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學(3)高頻段高頻段視作短路視作短路12,eC C C,CC起作用，起作用，起主要作用起主要作用0180a

9、rctanHff 幅頻特性幅頻特性相頻特性相頻特性CHuSMuSHffjAA112)(11HuSMuSHffAA在高頻段在高頻段 的容的容抗使放大倍數(shù)的幅值下抗使放大倍數(shù)的幅值下降，且相位滯后。降，且相位滯后。,CC高頻段頻響高頻段頻響 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學上限頻率的求法：上限頻率的求法：在高頻段在高頻段 起作用，起作用， 起主要作用，因此用起主要作用，因此用 來計算來計算 HfCRfH等效21,CCCebbbbSrrRRR/)/(等效C下限頻率取最小的一個下限頻率取最小的一個 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學(4)全頻段頻響全頻段頻響(1)

10、(1)uSMusLHAAffjjff 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2 2、波特圖（、波特圖（BodeBode）的一般畫法）的一般畫法定義定義：采用折線近似的方法畫出的對數(shù)頻率特性曲線稱為波：采用折線近似的方法畫出的對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖特圖。(1) (1) 幅頻特性：幅頻特性：(2) (2) 相頻特性：相頻特性：橫軸：取對數(shù)刻度橫軸：取對數(shù)刻度lgflgf縱軸：縱軸：20lg|u| 20lg|u| 單位單位:dB:dB縱軸：縱軸：（線性）（線性） 單位單位: :度度橫軸：橫軸：取對數(shù)刻度取對數(shù)刻度lgflgf采用對數(shù)坐標系采用對數(shù)坐標系 模擬電子技術模擬電子技術哈爾

11、濱工程大學哈爾濱工程大學3 3、幅頻特性波特圖（低頻段）、幅頻特性波特圖（低頻段）220lg 1 ()020lg20lgLLLffffff220lg 1 ()0Lff斜率為斜率為+20dB/十倍頻程十倍頻程 折線近似帶來的誤差不超過折線近似帶來的誤差不超過3dB,3dB,發(fā)生在發(fā)生在 f fL L處。處。dB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差時，Lff 時，Lff 2)(1lg20lg20lg20ffAALuSMuSL 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學4 4、相頻特性波特圖（低頻段）、相頻特性波特圖（低頻段）這種折線的近似誤差為這種折線的近似誤差為 發(fā)生在

12、發(fā)生在 和和 處。處。斜率為斜率為-45-450 0/ /十倍頻程十倍頻程 0180arctanLff 135,45ffarctgffLL時，o5.71180, 0ffarctgffLL時，0.1Lf10Lflg f90,90ffarctgffLL時， 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學斜率為斜率為-20dB/十倍頻程十倍頻程 折線近似帶來的誤差不超過折線近似帶來的誤差不超過3dB,3dB,發(fā)生在發(fā)生在 f fH H處。處。高頻段幅頻波特圖高頻段幅頻波特圖2)(1lg20lg20lg20HuSMuSHffAA時，Hff 時，Hff 0)(1lg202HffHHfffflg20

13、)(1lg202 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學0H180arctanff 270,90HHffarctgff時，225,45HHffarctgff時，斜率為斜率為-45-45/ /十倍頻程十倍頻程這種折線的近似誤差為這種折線的近似誤差為 發(fā)生在發(fā)生在 和和 處。處。o5.71H0.1fH10f高頻段相頻波特圖高頻段相頻波特圖180,0HHffarctgff時， 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學波特圖的一般畫法波特圖的一般畫法 (a)(a)幅頻特性；幅頻特性； (b)(b)相頻特性相頻特性 注意：注意：1 1、圖上的、圖上的“ssss”符號符號為任意延

14、長符號；為任意延長符號；2 2、圖上的、圖上的0dB0dB只代表縱只代表縱坐標的坐標原點，不代坐標的坐標原點，不代表橫坐標的坐標原點表橫坐標的坐標原點。 全頻段波特圖全頻段波特圖 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1 1、一般畫法：、一般畫法：三、波特圖畫法總結(jié)：三、波特圖畫法總結(jié)：先求中頻電壓放大倍數(shù)先求中頻電壓放大倍數(shù)AuSM 和f fH H 、f fL L幅頻特性：幅頻特性：從從f fH H向右作一條斜率為向右作一條斜率為20dB/20dB/十倍頻程的斜直線十倍頻程的斜直線從從f fL L向左作一條斜率為向左作一條斜率為20dB/20dB/十倍頻程的斜直線十倍頻程的斜直

15、線在在f fL L與與f fH H之間作一條之間作一條L LA A=20lg|A=20lg|Au uSMSM| |的水平線的水平線三折線三折線幅頻特性幅頻特性 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學0.1f0.1fL L至至10f10fL L 及及0.1f0.1fH H至至10f10fH H之間，作兩條斜率為之間，作兩條斜率為 4545/ /十倍頻程的直線十倍頻程的直線相頻特性相頻特性：10f10fL L和和0.1f0.1fH H之間作一條之間作一條=180180的水平直線的水平直線0.1f0.1fL L向左作一條向左作一條= 90= 90的水平直線的水平直線10f10fH H向

16、右作一條向右作一條= 270= 270的水平直線的水平直線五折線五折線相頻特性相頻特性 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2. 2. 歸一化畫法歸一化畫法波特圖的歸一化畫法波特圖的歸一化畫法波特圖的一般畫法波特圖的一般畫法1(1)(1)uSLuSMHAffAjff 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2. 2. 波特圖歸一化畫法總結(jié)波特圖歸一化畫法總結(jié)圖圖3-14 3-14 波特圖的歸一化畫法波特圖的歸一化畫法(a)(a)幅頻特性；幅頻特性；(b)(b)相頻特性相頻特性電壓放大倍數(shù)表達式采用歸一電壓放大倍數(shù)表達式采用歸一化方法表示，即求下面的比值化方法表示，即

17、求下面的比值 所不同的是在第一步只需計算所不同的是在第一步只需計算f fL L及及f fH H兩個要素就行了，無需兩個要素就行了，無需計算中頻電壓放大倍數(shù)計算中頻電壓放大倍數(shù)A AuSMuSM。中頻段的幅頻特性就是一條與中頻段的幅頻特性就是一條與橫坐標橫坐標(0dB)(0dB)相重合的水平線。相重合的水平線。1(1)(1)uSLuSMHAffAjff注意原點的值注意原點的值 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2. 2. 歸一化畫法歸一化畫法圖圖3-14 3-14 波特圖的歸一化畫法波特圖的歸一化畫法(a)(a)幅頻特性；幅頻特性；(b)(b)相頻特性相頻特性在相頻特性中，縱坐

18、標必須在相頻特性中，縱坐標必須用附加相移用附加相移表示。所謂表示。所謂附加相移就是指除晶體管反附加相移就是指除晶體管反相相(180(180) )作用以外的相移。作用以外的相移。 注意原點的值注意原點的值ffarctgLHffarctg 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學四、多級放大電路的頻率特性四、多級放大電路的頻率特性( (一一) )多級放大電路的幅頻特性與相頻特性多級放大電路的幅頻特性與相頻特性如前所述，多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)為各單級放大倍如前所述，多級放大電路總的電壓放大倍數(shù)為各單級放大倍數(shù)的乘積，即數(shù)的乘積，即 n=0,1,2n=0,1,2將上式取絕對值后再取對

19、數(shù)，就可得到多級放大電路的對數(shù)將上式取絕對值后再取對數(shù)，就可得到多級放大電路的對數(shù)幅頻特性。幅頻特性。 多級放大電路的總相移為多級放大電路的總相移為1nk1AnuuucunkAAAA1220lg20lg20lg20lg20lg|ukuuuunAAAAA121nnkk 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 以上表達式中的以上表達式中的 和和 分別為第分別為第k k級放大電路級放大電路的放大倍數(shù)和相移。的放大倍數(shù)和相移。 多級放大電路的對數(shù)增益等于各級對數(shù)增益之和，多級放大電路的對數(shù)增益等于各級對數(shù)增益之和，而相移也是等于各級相移之和。而相移也是等于各級相移之和。 根據(jù)疊加原理，只

20、要把各級特性曲線在同一橫坐標根據(jù)疊加原理，只要把各級特性曲線在同一橫坐標上的縱坐標相加，就可描繪出多級放大電路的幅頻特上的縱坐標相加，就可描繪出多級放大電路的幅頻特性與相頻特性。性與相頻特性。ukAk 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學兩級放大電路幅頻特性與相頻特性的合成兩級放大電路幅頻特性與相頻特性的合成(a)(a)幅頻特性；幅頻特性； (b)(b)相頻特性相頻特性把具有同樣參數(shù)的兩級把具有同樣參數(shù)的兩級放大器串接起來，只要放大器串接起來，只要把每級曲線的每一點的把每級曲線的每一點的縱坐標增加一倍，就得縱坐標增加一倍，就得到總的幅頻特性和相頻到總的幅頻特性和相頻特性曲線。特

21、性曲線。從曲線上可以看到，原從曲線上可以看到，原來對應每級下限來對應每級下限3dB3dB的的頻率頻率f fL L和和f fH H，現(xiàn)在比中，現(xiàn)在比中頻段要下降頻段要下降6dB6dB。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學可以證明，多級放大電路的上限頻率和組成它的各可以證明，多級放大電路的上限頻率和組成它的各級上限頻率之間的關系，由下面近似公式確定級上限頻率之間的關系，由下面近似公式確定 其中，其中，1.11.1為修正系數(shù)。一般級數(shù)越多，誤差越小。為修正系數(shù)。一般級數(shù)越多，誤差越小。( (二二) )多級放大電路的上限頻率和下限頻率多級放大電路的上限頻率和下限頻率 1.1.上限頻率

22、上限頻率f fH H2.2.下限頻率下限頻率f fL L計算多級放大電路的下限頻率的近似公式為計算多級放大電路的下限頻率的近似公式為其中，其中，1.11.1也是修正系數(shù)。也是修正系數(shù)。 2221211111.1HHHHnffff222121.1LLLLnffff 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學多級放大電路的頻率響應：分析舉例多級放大電路的頻率響應：分析舉例 一個兩級放大電路每一級（已考慮了它們的相一個兩級放大電路每一級（已考慮了它們的相互影響）的幅頻特性均如圖所示?；ビ绊懀┑姆l特性均如圖所示。6dB3dBfLfH0.643fH1121lg40lg20lg20lg20uu

23、uuAAAAfL fL1， fH fH1，頻帶變窄！頻帶變窄！ 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學1. . 該放大電路為幾級放大電路該放大電路為幾級放大電路? ?2. 2. 耦合方式耦合方式? ?3. 3. 在在 f f 10104 4Hz Hz 時，增益下降多少？附加相移時，增益下降多少？附加相移？4. 4. 在在 f f 10105 5Hz Hz 時，附加相移時，附加相移？5. 5. 畫出相頻特性曲線；畫出相頻特性曲線；6. 6. f fH H？?uA 已知某放大電路的幅頻已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討論下列問特

24、性如圖所示，討論下列問題：題： 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第三節(jié)：放大電路的線性與非線性失真問題第三節(jié)：放大電路的線性與非線性失真問題 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 由于放大電路中存在電抗元件由于放大電路中存在電抗元件( (電容、電感等），電容、電感等），所以在放大含有豐富頻率成分的信號（如語音信號、所以在放大含有豐富頻率成分的信號（如語音信號、脈沖信號等）時，導致輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號脈沖信號等）時，導致輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。1.1.線性失真基

25、本概念線性失真基本概念豐富頻率成分的信號豐富頻率成分的信號電路中有電抗元件電路中有電抗元件輸出畸變輸出畸變線性失真線性失真 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 例例 RCRC電路如圖所示，當輸入信號為周期為電路如圖所示，當輸入信號為周期為1ms1ms的方波的方波時，畫出輸出電壓波形。時，畫出輸出電壓波形。F1 . 01k 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學12sin3sin5( )(sin)235ttu ttI 對輸入信號做傅里對輸入信號做傅里葉分解，可見輸入信葉分解，可見輸入信號中包含豐富的頻率號中包含豐富的頻率成分。成分。 由于電容由于電容C C對于不同

26、頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出對于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而，使輸出波形產(chǎn)生了失真。波形產(chǎn)生了失真。 由于由于RCRC電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號電路是線性電路，可以用疊加原理，將輸入信號的各個頻率分量分別作用于的各個頻率分量分別作用于RCRC電路，最后在輸出端求和。電路，最后在輸出端求和。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學n幅度失真：幅度失真：( (與振幅頻率特性有關與振幅頻率特性有關) ) 放大器對輸入信號的不同頻率分量的放大倍數(shù)大放大器對輸入信號的不同頻率分量的放大倍數(shù)大小不同，使輸出信號各個頻率分量的振幅相對比例關小不同，使輸出信號各個頻率分量的振幅相

27、對比例關系發(fā)生了變化，從而導致輸出波形失真。系發(fā)生了變化，從而導致輸出波形失真。2.2. 線性失真的分類線性失真的分類例例 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學輸入信號由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號由基波、二次諧波和三次諧波組成輸入信號諧波振幅比為輸入信號諧波振幅比為10:6:210:6:2輸出信號諧波振幅比為輸出信號諧波振幅比為10:3:0.510:3:0.5因此出現(xiàn)失真。因此出現(xiàn)失真。 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 放大器對輸入信號的不同頻率分量滯后時間不相等而造成的放大器對輸入信號的不同頻率分量滯后時間不相等而造成的輸出波形失真。輸出波形失真。相位失真：相位失真：( (與相位頻率特性有關與相位頻率特性有關) ) 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學|()|uAKj3.3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件即即從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關，從幅頻特性上看放大倍數(shù)的幅值與頻率無關，（1 1）不產(chǎn)生幅度失真的條件）不產(chǎn)生幅度失真的條件 模擬電子技術模擬電子技術哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學t d從相頻特性上看放大器對各頻率分量滯后時間相同從相頻特性上看放大器對各頻率分量滯后時間相同即即滯后時間滯后