【正文】 第 5章 頻率響應 第五章 頻率響應特性 5―1 頻率響應的概念 5―2 單級共射放大器的高頻響應 5―3 共集電路的高頻響應 5―4 共基電路的高頻響應 5―5 差分放大器的頻率響應 5―6 場效應管放大器的高頻響應 5―7 放大器的低頻響應 5―8 多級放大器的頻率響應 5―9 建立時間 tr與上限頻率 fH的關(guān)系 5―10 舉例及計算機仿真 第 5章 頻率響應 5―1 頻率響應的概念 5― 1― 1 頻率失真及不失真條件 一 、 頻率失真 我們知道 ， 待放大的信號 ， 如語音信號 、 電視信號 、 生物電信號等等 ， 都不是簡單的單頻信號 ， 它們都是由許多 不同相位 、 不同頻率 分量組成的復雜信號 ，占有一定的頻寬 。 第 5章 頻率響應 頻率失真包括以下兩種情況 幅度頻率失真 如圖 5― 1(a)所示 ， 若某待放大的信號是由基波 (ω1)和三次諧波 (3ω1)所組成 ， 如果放大器對三次諧波的放大倍數(shù)小于對基波的放大倍數(shù) ， 那么放大后的信號各頻率分量的大小比例將不同于輸入信號而產(chǎn)生失真 。 相位頻率失真 如果放大器存在電抗元件使基波和三次諧波產(chǎn)生了不同的時延 , 則放大后的信號各頻率分量的相位關(guān)系將不同于輸入信號而產(chǎn)生失真 。 第 5章 頻率響應 第 5章 頻率響應 二 、 線性失真和非線性失真 頻率失真屬于線性失真， 線性失真和非線性失真都會使輸出信號產(chǎn)生畸變，但兩者有許多不同點： 線性失真由電路中的線性電抗元件引起 ， 非線性失真由電路中的非線性元件引起 (如晶體管或場效應管的特性曲線的非線性等 )。 線性失真是使信號中各頻率分量的大小比例關(guān)系和時間關(guān)系發(fā)生了變化 ， 或是濾掉了某些頻率分量的失真 ，但在輸出信號中不產(chǎn)生輸入信號中所沒有的新的頻率分量 。 第 5章 頻率響應 三 、 不失真條件 ——理想頻率響應 綜上所述 ， 若放大器對所有不同頻率分量信號的放大倍數(shù)相同 ， 延遲時間也相同 ， 那么就不產(chǎn)生頻率失真 ， 故不產(chǎn)生頻率失真的條件為式 （ 52） 為常數(shù)）常數(shù)）dduuuttjKjAjjAjA()(()()(/_)()(???????????(5―1) (5―2a) (5―2b) 第 5章 頻率響應 圖 5― 2給出了不產(chǎn)生線性失真的振幅頻率響應和相位頻率響應 ， 稱之為理想頻率響應 。 | Au(j ω )|Kω0( a )(j ω )ω0( b )∞ ω 圖 5― 2 (a)理想振幅頻率響應； (b)理想相位頻率響應 第 5章 頻率響應 5― 1― 2 實際的頻率特性及通頻帶定義 實際的振幅頻率特性一般如圖 5― 3所示 。 在低頻和高頻區(qū)放大倍數(shù)有所下降 ， 而中間一段比較平坦 。為分析方便起見 ， 人們將實際的振幅頻率響應劃分為三個區(qū)域 ， 即中頻區(qū) 、 低頻區(qū)和高頻區(qū) 。 并定義上限頻率 fH、 下限頻率 fL以及通頻帶 BW， 以便定量表征頻率響應的實際狀況 。 對于直接耦合放大器 , 其下限頻率為零 。 第 5章 頻率響應 L 半功率點 半功率點 H中頻區(qū)低頻區(qū) 高頻區(qū)0 . 7 0 7 | Au I|| Au I|理想幅頻特性實際幅頻特性| Au(j ω )|fLffHBW－ 3 d B0圖 5―3 實際的放大器幅頻響應 第 5章 頻率響應 HuIuIuILuLuIHuHHLHuIuILuuIuIHufABWABWGdBAjfAGdBAjfAGfffBWAAjfAAAjfA??????????????????增益帶寬積帶寬3lg20)(lg203lg20)(lg2021)(21)((5―3) (5―4) (5―5) (5―6) (5―7) 第 5章 頻率響應 5―2 單級共射放大器的高頻響應 5― 2― 1 晶體管的頻率參數(shù)和高頻等效電路 一 、 晶體管的高頻等效電路 在第二章中 ， 我們學習過晶體管的結(jié)電容包括勢壘電容和擴散電容 。 發(fā)射結(jié)正向偏置時 ， 擴散電容成分較大 ， 記為 Cb′e；而集電結(jié)為反向偏置 ， 勢壘電容起主要作用 ， 記為 Cb′c。 在高頻區(qū) ， 這些電容呈現(xiàn)的阻抗較小 ， 其對電流的分流作用不可忽略 。 考慮這些極間電容影響后的高頻混合 π小信號等效電路如圖 5― 4所示 。 第 5章 頻率響應 Ib.rbbrbe′′b′Cbe′Ube′.Cbc′Ube′gm rceIc.ecb 圖 5―4 晶體管的高頻小信號混合 π等效電路 第 5章 頻率響應 二 、 晶體管的高頻參數(shù) 1. 共射短路電流放大系數(shù) β(jω)及其上限頻率 fβ 由于電容 C b′e的影響， β值將是頻率的函數(shù)。根據(jù) β的定義 ?????????????????ffjjCrjjCrjrICjrIUrrgIUgIIjooebeboebebebbebebbebeboeoombebmecbc???????????????????????????????????????111)(1)1()1()(短路、(5―8) (5―9) P45 (232) 第 5章 頻率響應 的上限頻率）???????????(21a r c t a n/_)(1_)(/_)(2ebeboCrfffffjj??????(5―11) |β(jω)|的頻率特性如圖 5―5 所示。 第 5章 頻率響應 fβfTf01β0|β (j ω )|0 . 7 0 7 β0 圖 5―5 |β(jω)| 與頻率 f的關(guān)系曲線 第 5章 頻率響應 2. 特征頻率 fT 特征頻率 fT定義為 |β(jω)|下降到 1所對應的頻率 ，如圖 5― 5所示 。 當 f= fT時 : ??????fffffjfoTToT?????? 1)(1)(2(5―12) 第 5章 頻率響應 α(jω)及 fα 因為 ?????????????????????fffjjjjTT????????????00001,)1(1)(1)()((5―13) 第 5章 頻率響應 5― 2― 2 共射放大器的高頻響應分析 一 、 共射放大器的高頻小信號等效電路 圖 5― 6(a)所示的共射放大器的晶體三極管用其高頻小信號 π 模型代替得交流 等效電路如圖 5― 6(b)所示 。該電路中 Cb′c跨接在輸入回路和輸出回路之間 ， 使高頻響應的估算變得復雜化 ， 所以首先應用密勒定理將其作單向化近似 。 第 5章 頻率響應 ( a )Rs＋－C1 ＋RB2RB1RE＋C3＋C2RCRL＋－Uo.Us.UCC圖 5― 6（ a) 第 5章 頻率響應 圖 5― 6 (b)共射放大器的高頻小信號等效電路 (設(shè) RB1‖RB2Rs 忽略 ) ( b )rbe′b′rbb′RsUsrceRCRL＋－Uo.beRL′Cbe′Cbe′cUbe′gm..第 5