第4章 放大电路的频率响应(2012)
放大电路的频率响应和噪声

为新电路设计提供指导。
03
技术发展
随着电子技术的不断发展,对放大电路的性能要求也越来越高。理解频
率响应和噪声有助于推动相关技术的进步,促进电子工程领域的发展。
对未来研究的展望
新材料与新工艺
随着新材料和纳米技术的发展,未来研究可以探索如何将这些新技术 应用于放大电路中,以提高其频率响应和降低噪声。
系统集成
噪声的来源
01
02
03
04
热噪声
由于电子的热运动产生的随机 波动。
散粒噪声
由于电子的随机发射和吸收产 生的噪声。
闪烁噪声
由于半导体表面不平整或缺陷 引起的噪声。
爆米花噪声
由于材料的不完美性或晶体缺 陷引起的噪声。
噪声的分类
宽带噪声
在整个频率范围内具有均匀的 功率谱密度。
窄带噪声
在特定频率范围内具有较高的 功率谱密度。
抗干扰能力
放大电路的噪声也会影响通信系统的抗干扰能力。低噪声放 大电路有助于提高通信系统的抗干扰性能,确保信号传输的 稳定性。
在音频处理系统中的应用
音质
音频处理系统中,放大电路的频率响应和噪声对音质有重要影响。好的频率响 应能够保证音频信号的真实还原,而低噪声放大电路则有助于减少背景噪声, 提高音频清晰度。
宽频带型
在较宽的频率范围内具有较为平坦的放大倍 数。
频率响应的分析方法
解析法
通过电路理论中的传递函数和频率函数等概念, 推导放大电路的频率响应。
实验法
通过实际测量不同频率下的电压放大倍数,绘制 频率响应曲线。
计算机仿真法
利用电路仿真软件,模拟和分析放大电路在不同 频率下的性能表现。
03 放大电路的噪声
放大电路的频率响应

BJT及电路参数一旦选定后, 增益-带宽的乘积基本上是常数。 即:通带增益要增大多少倍,其
带宽就要变窄多少倍。
共射放大电路 完整的频率响应
10
5.4 多级放大电路的频率特性
多级放大电路
总的频率特性的表达式,等于其各级频率特性 表达式的乘积; 总电压增益增大了,但通频带比其任何一级都 窄。级数越多,则fL越高、fH越低、通频带越窄。
其中:
( j ) U Au ( ) o ( j ) U i
称为幅频响应 电压增益的模与角频率
ห้องสมุดไป่ตู้之间的关系
( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应 放大电路输出信号与输入
信号的相位差,与角频率 之间的关系
2
幅频响应的中间一段是平坦的, 增益保持为一个常数,这段区域 称为中频区。
2RC
V i
幅频响应: A VH
1
f 1 j f H
1 ( f / f H )2
相频响应: H arctg( f / f H )
注:幅频响应图中,纵坐标是20lg|AVH|,单位dB;横坐标是频率 f,单位Hz, 按对数分度。
频率每变化10倍(变化一个单 位长度),称为一个十倍频程。
注:用折线表示的近似幅频响应 与实际的幅频响应之间,存在一定 的误差。在 f = fH 处误差最大。
1 AVH 0.707 ,而20lg0.707 3dB f f H 时, 2
fH :上限截止频率
7
当 f fH 时, H 0
H 90 当 f fH 时,
当 f fH 时, H 45
因为 o i 表示输出与输入的相位差。 所以,高频时,输出信号滞后 于输入信号。
第四章基本放大电路的频率响应教案

= (1 +
1 g m Ro
)
jωCb'c
•
Vo
相应地也存在一个等效密勒电容:
C
' M
= (1 +
1 g m Ro )Cb'c
ib rbb' r u b'e C b'e b'e
Cb'c
icb'
gmub'e
ic
RO
•
Vo
然而在高频区,CM' 与 Ro的乘积相比CM 与输入电阻ri 的乘积要小得多,工程上忽略
连接起来互不独立,使电路的求解过程复杂,同时工程也允许忽略部分因素。
(2)具体简化过程:
r r 第一步简化—— b'c 、ce 相对其它电阻很大,近视认为开路而忽略;(即简化混合π型等效电路)
第二步简化——利用密勒定理,将跨接在输入/输出回路之间电容 Cb'c分别折合到两个回路中去。
下面分别考虑输入、输出回路的效应:
一方面表现为输出电压幅值在改变;
另一方面表现为输出电压与输入电压产生相位移(称为附加相移)。则放大倍数是 一个相量,用复数符号法来描述。
即:
•
AV = AV∠φ
⎜⎛A• V( ⎝
f
)
=
AV(
f
)∠φ(
f
)
⎟⎞ ⎠
通常: 把放大倍数的幅度与频率的关系,称为幅频特性。 把输出电压与输入电压的相位移(附加相移)与频率的关系称为相频特性。
C b
'e
、C b
'c
的影响,这样与H参数微变等效电路中
参数相互之间有一定的关系,因而可从H参数求取混合π参数的各个等效电阻。
放大电路的频率响应

20 lg A V (dB)
0dB ; 称之为波特图。 ①当 f 0.1 f H 时, 20 lg A V 3dB ; ②当 f f 时, 20 lg A
H V
20 dB ; ③当 f 10 f H 时, 20 lg A V
0.01fH
低通电路的相频特性曲线 fH 称之为上 f arctan 限截止频率 f H (上限频率) ①当f 0.1 f H 时, 0o; ②当f f H 时, 45o; ③当f 10 f L时, 90o
极间电容的存在,
耦合电容的存在,对
对信号构成了低通电
路,即对频率足够低
信号构成了高通电路,
即对频率足够高的信号
的信号相当于开路,
对电路不产生影响。
相当于短路,信号几乎
无损耗地通过。
U i
U o
U i
U o
一. 频率响应的基本概念
1.RC高通电路的频率响应 图中:
V i V o
1 AV ( ) 2 f 1 f H f ( ) arctan f H
幅频特性
相频特性
( ) A V
1 f 1 f H
2
幅频特性
f ( ) arctan f H
gm U be rbe UT 将 rbe 1 代 入 g m, 有 : IE I b
IE gm UT
3.确定混合π 模型的主要参数: 混合π模型
Cbc I Cbc
h参数模型 b
U ce
ib
ic βib
童诗白《模拟电子技术基础》第5版教材复习试题

童诗白《模拟电子技术基础》第5版教材复习试题童诗白《模拟电子技术基础》(第5版)配套题库【考研真题精选+章节题库】目录第一部分考研真题精选一、选择题二、填空题三、分析计算题第二部分章节题库第1章常用半导体器件第2章基本放大电路第3章集成运算放大电路第4章放大电路的频率响应第5章放大电路的反馈第6章信号的运算和处理第7章波形的发生器和信号的转换第8章功率放大电路第9章直流电源第10章模拟电子电路读图•试看部分内容考研真题精选一、选择题1以下说法正确的是()。
[中山大学2018研]A.在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素,可将其改型为P 型半导体B.因为N型半导体的多子是自由电子,所以它带负电C.处于放大状态的晶体管,集电极电流是多子漂移运动形成的D.若耗尽型N沟道MOS管的u G S大于零,则其输入电阻会明显变小【答案】A查看答案【解析】B项,N型半导体虽然多子是自由电子,但不带电;C项,放大状态下集电结反偏,促进非平衡少子漂移运动,而非多子;D项,若耗尽型N沟道MOS管的u G S大于零,其输入电阻并不会有明显变化。
2当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时,它的低频跨导g m将()。
[中山大学2018研]A.增大B.不变C.变小【答案】A查看答案【解析】低频跨导g m为ΔI D与Δu G S之比,当漏极直流电流I D从2mA变为4m A时,显然g m增大。
3PN结加正向电压,空间电荷区将()。
[中山大学2017研] A.变窄B.基本不变C.变宽【答案】A查看答案【解析】PN结外加正向电压,P区中的多数载流子空穴和N区中的多数载流子电子都要向PN结移动,中和了其中部分负、正离子,结果使得PN结变窄。
4二极管的电流方程为()。
[中山大学2017研]A.I s e UB.C.【答案】C查看答案【解析】二极管的I-V特性方程为其中,n为发射系数,其值在1~2之间,通常取1,则5U G S=0时,能够工作在恒流区的场效应管有()和()。
放大电路的频率响应

1 .中频段 所有的电容均可忽略。 中频电压放大倍数:
共射放大电路
Ausm
VO Ri RL VS RS Ri rbe
2. 低频段
在低频段,三极管的极间电容可视为开路,耦合电 容C1、C2不能忽略。 方便分析,现在只考虑C1,将C2归入第二级。画出低频 等效电路如图所示。 该电路有 一个RC电路高通环节。有下限截止频率:
高通电路及频率响应
fL
可见:当频率较高时,Au ≈1,输出与输入电压之间的相位差=0。随着 频率的降低, Au下降,相位差增大,且输出电压是超前于输入电压的,最 大超前90o。在此频率响应中,下限截止频率fL是一个重要的频率点。
二. 阻容耦合共射放大电路的频率响应
对于如图所示的共射放大电路, 分低、中、高三个频段加以研究。
共射放大电路高频段的波特图
幅频响应 : 相频响应 :
20lg | AusH | 20lg | Ausm | 20lg
1 1 ( f
180 arctg( f
fH
)
fH
)2
4. 完整的共射放大电路的频率响应
Aus Ausm
1 1 f f (1 j L ) (1 j f ) f H
2. RC 高通网络
(1)频率响应表达式:
. . Vo A= .
v
Vi
R 1 1 R 1/ jwC 1 j / wRC 1 jwL / w
RC 高通电路
式中 wL 1 。
RC
下限截止频率、模和相角分别为
1 fL 2RC
1 │v A│ 1 ( fL f )2
arctg( f L f )
单管共射放大电路的频率响应

实际幅频特性曲线:
0.1 fL fL 10 fL f
0 3dB -20
高通特性:
-20dB/十倍频
-40
图 3.1.4(a)
幅频特性
1 A u 1 当 f < fL (低频), A u
当 f ≥ fL(高频),
的值愈小, 且频率愈低,A u
最大误差为 3 dB, 发生在 f = fL处
通过对比可得 26 rbb rbe rbe rbb (1 ) I EQ
则
26 rbb rbe rbe rbb (1 ) I EQ 26 rbe rbe - rbb (1 ) I EQ rbb rbe - rbe
A u
0.01 0.1
0.707
-3
1
0
2
3
2 6
10 20
100 40
u 20 lg A
- 40
- 20
一、RC 高通电路的波特图
U R O A u 1 U i R jC 1 1 1 jRC
C
+
U i
+
R
U O
_ 图 3.1.2 RC 高通电路
_
令: f L
C1 + +
+
+
3.3.1 混合 型等效电路
一、混合 型等效电路
c
b
rbb
rbc
b
+
U be
I b U be rb b
b
C bc
I cc
+
gmU be
b
rbe
rbe
C be
第4章放大电路的频率响应

U ce
Ib b
U
be
rbe
Ic c
Ib
U ce
gmrbe
e
e
(a)低频时的混合π 模型
e
e
(b)H参数模型
rbe
gm
(1)UT
IE
两种等效模型的比较
gmrbe
IE UT
IE 26mV
rbb rbe rbe
rbe rbb rbe
1
2R2C2
j
jf
AuL
1
L j
fL
1 j f
L
fL
幅频响应:AuL
f
fL
2
1
f fL
相频响应: L
arctan
fL f
(1)幅频响应:
j
jf
AuL
1
L j
fL
1 j f
L
fL
当f<<fL 时,
f
AuL
fL
f
1
随着f的上升,
A
u
H
越来越小
两条直线的交点f H称为转折频率。
(2)相频响应:
H
arctan
f fH
当f<<fH 时, H 0
当f>>fH 时, H 90 当f = fH 时, H 45O
可以利用RC低通电路来模 拟放大电路的高频响应。
2 0 lg AuH d B 3 d B
响应曲线称为对数频率响应
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4.4 多级放大电路的频率响应 单击此处编辑母版标题样式
4.4.1 多级放大电路的幅频特性和相频特性
第4章 放大电路的频率响 应
单击此处编辑母版标题样式
• 第三级 • 第三级
• 单击此处编辑母版文本样式 单击此处编辑母版文本样式 4.4.2•多级放大电路的上限频率和下限频率
2 2 f L 1.1 f L1 f L 2 f Ln
在实际的多级放大电路中,当各放大级的时间常数 相差悬殊时,可取其主要作用的那一级作为估算的依据。
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中接有电抗性元件,因此放大电路的电压放大倍数是频率 • 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式 的函数,这种函数关系称为放大电路的频率特性,可以用 – 第二级 – 第二级 对数频率特性曲线(或称波特图)来描述这种 函数关系。 • 第三级 • 第三级 2、为了描述三极管对高频信号的放大能力,引出了
1.中频段
– 中频段:各种电抗影响可忽略,Au 与 f 无关; 第二级 – 第二级
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11
单击此处编辑母版标题样式 低频段: 隔直电容压降增大, A 降低。 单击此处编辑母版标题样式
u
第4章 放大电路的频率响 应
2.低频段
经理论推算,低频时的电压放大倍数为 • 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式 由上式可见,阻容耦合单管共射放大电路的下限频 • 第三级 • 第三级 率fL愈小,放大电路的低频响应愈好。 – 第四级
fT 重要参数,f>fT 时,三极管失去放大作用,不允 • 单击此处编辑母版文本样式 许三极管工作在如此高的频率范围。 • 单击此处编辑母版文本样式
4.2.2 特征频率 单击此处编辑母版标题样式 定义:β 值降为1时的频率称为特征频率f 。 单击此处编辑母版标题样式
T
第4章 放大电路的频率响 应
– 第四级 共基组态中,低频时电流放大系数为α 。当α 下降 – 第四级 » 第五级 为低频的0.707倍时所对应的频率定义为共基截止频率 » 第五级 fα 。
– 第四级 – 第四级 三极管的频率参数,它们是共发射极截止频率fβ 、特征 » 第五级 » 第五级
单击此处编辑母版标题样式 本章小结 单击此处编辑母版标题样式 1、由于放大器件存在极间电容,以及有些放大电路
第4章 放大电路的频率响 应
频率fT 、共基极截止频率f 。三者之间的关系为:
f < fT < f 。这些参数也是选用三极管的重要依 据。
– 第二级 – 第二级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
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4.3.3 直接耦合单管共射放大电路的频率响应 单击此处编辑母版标题样式
第4章 放大电路的频率响 应
单击此处编辑母版标题样式
特点: 下限频 率fL=0,
10 fH
• 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式
第4章 放大电路的频率响 应
• 单击此处编辑母版文本样式
• 第三级 要特性,它用来衡量放大电路对不同信号频率的适应程度。 • 第三级 度-频率特性和相频特性(即相位-频率特性) 这里只讨论幅频特性。
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4.1.1 幅频特性和相频特性 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式 如果用幅度不变、频率不断改变的正弦波信号加到放
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
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17
相频特性
O • 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式 -90º
单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式 f f
L1 H1
第4章 放大电路的频率响 应
– -180º 第二级 – 第二级
当 f• = f 时, 第三级
– 第二级 – 第二级
• 第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
可见,所谓截止频率,并不意味着三极管已经完 全失去放大作用,而只是电流放大倍数的值下降到中 频时的 70% 左右,或对数幅频特性下降了3dB。
8
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8
一
级
f
-270º • 第三级 • 第三级 二 -360º 第四级 – – 第四级 -450º » 第五级 » 第五级 -540º
级
多级放大电路的通频带,总是比组成它的每一级的 通频带为窄。
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• 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式
– 第二级 – 第二级 多级放大电路的电压放大倍数:
• 第三级 • 第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
4.4
多级放大电路的频率特性
第4章 放大电路的频率响 应
和相频特性
对数幅频特性为:
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20
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20
3、对于阻容耦合单管共射极放大电路,低频段 电压放大倍数下降的主要原因是输入信号在隔直电 容上产生压降,同时还将产生0~90。之间超前的附 •加相位移。高频段电压放大倍数下降的主要原因是 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式 由三极管的极间电容引起的,同时产生0~-90。之 – 第二级 间滞后的附加相位移。 直接耦合放大电路不通过隔 – 第二级 直电容实现级间连接,因此低频特性好。 • 第三级 • 第三级 4、多级放大电路总的对数增益等于其各级对数 – 第四级 – 第四级 增益之和,总的相位移等于其各级相位移之和。因 » 第五级 » 第五级 此,多级放大电路的波特图可以通过将各级幅频特 性和相频特性分别进行叠加而得到,分析表明,多 数放大电路的通频带总是比组成它的每一级的通频 带要窄。
1 – 第二级 1.1 – 第二级 • 第三级 H •f第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级 2
单击此处编辑母版标题样式 4.4.2 多级放大电路的上限频率 单击此处编辑母版标题样式 和下限频率
1 1 1 2 2 2 f H1 f H2 f Hn
第4章 放大电路的频率响 应
– 第四级 » 第五级 » 第五级
– 第二级 – 第二级
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3.高频段 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式
第4章 放大电路的频率响 应
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– 第二级 – 第二级
• 第三级 • 第三级
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4.3.2 阻容耦合单管共射放大电路的频率响应 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式
第4章 放大电路的频率响 应
• 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式
• 第三级 • 第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
第4章 放大电路的频率响 应
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4.2.1
单击此处编辑母版标题样式 1 )时的频率。 值下降到 0.707 (即 单击此处编辑母版标题样式 2
0
0
第4章 放大电路的频率响 应 共射截止频率 f
β0是三极管低频时的共射电流放大倍数。 • 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式
– 第二级 – 第二级
• 第三级 • 第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级 O 0.1fH
f
低频段 的频率 特性好。
-90º -180º -270º
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单击此处编辑母版标题样式 4.4.1 多级放大电路的幅频特性 单击此处编辑母版标题样式
– 第二级 – 第二级 • 第三级 4.2.3 共基截止频率 • 第三级
9
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• 单击此处编辑母版文本样式 • 单击此处编辑母版文本样式
4.3 单管共射放大电路的频率响应 单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式 一、阻容耦合单管共射放大电路的频率响应
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4
单击此处编辑母版标题样式 单击此处编辑母版标题样式
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– 第二级 – 第二级
• 第三级 • 第三级
– 第四级 – 第四级 » 第五级 » 第五级
第4章 放大电路的频率响 应
4.1.3 频率失真
(a)幅频失真 (b)相频失真 图(a)表示对两个谐波成分的放大倍数的幅值不同而引起幅频失真; 图(b)由于对两个谐波通过放大电路后产生的相移不同而引起相频失真。 5
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单击此处编辑母版标题样式 放大电路的对数频率特性称为波特图。 单击此处编辑母版标题样式
绘制波特图时,横坐标是频率f,采用对数坐标,对 • 单击此处编辑母版文本样式 • 贝(dB),对数相频特性的纵坐标是 相角,不取 • 第三级 对数。 • 第三级 Au与 Au