[信息与通信]频率响应

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1、第5章频率响应5–1频率响应的概念5–2单级共射放大器的高频响应5–3共集电路的高频响应5–4共基电路的高频响应5–5差分放大器的频率响应5–6场效应管放大器的高频响应5–7放大器的低频响应5–8多级放大器的频率响应5–9建立时间tr与上限频率fH的关系5–10举例及计算机仿真5–1频率响应的概念5–1–1频率失真及不失真条件一、频率失真我们知道，待放大的信号，如语音信号、电视信号、生物电信号等等，都不是简单的单频信号，它们都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号，即占有一定的频谱。如图5–1(a)所示，若某待放大的信

2、号是由基波(ω1)和三次谐波(3ω1)所组成，由于电抗元件存在使放大器对三次谐波的放大倍数小于对基波的放大倍数，那么放大后的信号各频率分量的大小比例将不同于输入信号。二、线性失真和非线性失真线性失真和非线性失真同样会使输出信号产生畸变，但两者有许多不同点：1.起因不同线性失真由电路中的线性电抗元件引起，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)。2.结果不同线性失真只会使各频率分量信号的比例关系和时间关系发生变化，或滤掉某些频率分量的信号，但决不产生输入信号中所没有的新的频率分量信号。三、不

3、失真条件––理想频率响应综上所述，若放大器对所有不同频率分量信号的放大倍数相同，延迟时间也相同，那么就不可能产生频率失真，故不产生频率失真的条件为(5–1)(5–2a)(5–2b)图5–2给出了不产生线性失真的振幅频率响应和相位频率响应，称之为理想频率响应。图5–2理想频率响应(a)理想振幅频率响应；(b)理想相位频率响应5–1–2实际的频率特性及通频带定义实际的振幅频率特性一般如图5–3所示。在低频和高频区放大倍数有所下降，而中间一段比较平坦。为分析方便起见，人们将实际的振幅频率响应划分为三个区域，即中频区、低频区和高

4、频区。并定义上限频率fH、下限频率fL以及通频带BW，以便定量表征频率响应的实际状况。图5–3实际的放大器幅频响应(5–3)(5–4)(5–5)(5–6)(5–7)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在第二章中，我们曾经提到过晶体管的势垒电容和扩散电容。因为发射结正向偏置，基区存贮了许多非平衡载流子，所以扩散电容成分较大，记为Cb′e；而集电结为反向偏置，势垒电容起主要作用，记为Cb′c。在高频区，这些电容呈现的阻抗减小，其对电流的分流作用不可忽略。考虑这些极间电

5、容影响的高频混合π小信号等效电路如图5–4所示。图5–4晶体管的高频小信号混合π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由于电容Cb′e的影响，β值将是频率的函数。根据β的定义(5–8)(5–9)(5–11)

6、β(jω)

7、的频率特性如图5–5所示。图5–5

8、β(jω)

9、与频率f的关系曲线2.特征频率fT特征频率fT定义为

10、β(jω)

11、下降到1所对应的频率，如图5–5所示。当f=fT时:(5–12)3.共基短路电流放大系数α(jω)及fα因为(5–13)5–2–2共射放大器的高频响应分析一

12、、共射放大器的高频小信号等效电路图5–6(a)所示的共射放大器的高频小信号等效电路如图5–6(b)所示。该电路中Cb′c跨接在输入回路和输出回路之间，使高频响应的估算变得复杂化，所以首先应用密勒定理将其作单向化近似。图5–6共射放大器及其高频小信号等效电路(a)电路；(b)等效电路(设RB1‖RB2>>Rs)图5–6共射放大器及其高频小信号等效电路(a)电路；(b)等效电路(设RB1‖RB2>>Rs)二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型密勒定理给出了网络的一种等效变换关系，它可以将跨接在网络输入端与输出端之间的阻抗分

13、别等效为并接在输入端与输出端的阻抗。如图5–7(a)所示，阻抗Z跨接在网络N的输入端与输出端之间，则等效到输入端的阻抗Z1为图5–7密勒定理及等效阻抗(a)原电路；(b)等效后的电路图5–7密勒定理及等效阻抗(a)原电路；(b)等效后的电路(5–14)(5–15)(5–16)(5–17)(5–19a)(5–18)(5–19b)(5–20)(5–21 )(5–22)利用图5–8(b)的单向化简化模型，我们很快可以估算出电路的频率响应和上限频率fH。图5–8密勒等效后的单向化等效电路(a)单向化模型；(b)进一步的简化等效

14、电路三、高频增益表达式及上限频率由图5–8(b)可见(5–23)(5–24)(5–25a)(5–25b)(5–26)(5–27)(5–28)根据式(5–26)、(5–27)画出单级共射放大器的幅频特性和相频特性分别如图5–9(a),(b)所示。在半功率点处对应的附加相移为-45°，而当频