【东南大学模电实验】实验五晶体管放大器的频率响应

4.1 已知某放大器的幅频特性如题图4.1所示。

(1) 试说明该放大器的中频增益、上限频率f H 和下限频率f L 、通频带BW 。

(2) 当()()()()mV t sin mV t sin u i 461022010410⨯+⋅=ππ和()()()()mV t sin mV t sin u i 4102205210⨯+⋅=ππ时，输出信号有无失真？是何种性质的失真？分别说明之。

解：(1)由题图4.1可得：中频增益为40dB ，即100倍，f H =106Hz, f L =10Hz （在f H 和f L 处，增益比中频增益下降30dB ），Hz BW 66101010≈-=。

(2)当()()()()mV t sin mV t sin u i 461022010410⨯+⋅=ππ时，其中f =104Hz 的频率在中频段，而Hz f 6102⨯=的频率在高频段，可见输出信号要产生失真，即高频失真。

当()()()()mV t sin mV t sin u i 4102205210⨯+⋅=ππ时，f =5Hz 的频率在低频段，f =104Hz 的频率在中频段，所以输出要产生失真，即低频失真。

4.2 某放大电路电压增益的渐近波特图如题图4.2所示。

设中频相移为零。

(1)写出A u (jf)频率特性的表达式。

(2)求f=107Hz 处的相移值。

(3)求下限频率f L 的值。

(4)求f=100Hz 处实际的dB 值。

(5)求f=10Hz 和f=105Hz 的相移值。

题图4.1解: (1)中频放大倍数为103，高频有一个极点频率为105Hz ，一个零点频率为106Hz ，低频有两个极点频率均为102Hz ，两个零点频率均为10Hz 。

所以)101()101()101()101(10)(522623f j f j f j f jjf A v +-+-=(2)f=107Hz 处的相移为零o Hz f o Hz f Hzf vL dBA Hz f 45|,90|)5(54lg 20)4(15512/10)3(51010100212-====-≈===ϕϕ4.3 已知某晶体管电流放大倍数的频率特性波特图如题图4.3所示，试写出β的频率特性表达式，分别指出该管的ωβ、ωT 各为多少？并画出其相频特性的近似波特图。

1 fL = = 41Hz 2 π(RS + rbe )C
BW = f H − f L ≈ f H = 1.45MHz
解续： 例 5.2.1 解续：
4. 作放大电路的渐近波特图 幅频特性
35dB
lgfL=lg41=1.61
lgfH=lg1.45×106=6. 16 ×
解续： 例 5.2.1 解续：
5.2 晶体管放大电路的频率响应 晶体管放大电路的频率响应
5.2.1 晶体管的高频特性 5.2.2 单管共发射极放大电路的频率响应 5.2.3 多级放大电路的频率响应
5.2.1 晶体管的高频特性
一、晶体管混合π型高频等效电路 晶体管混合π
0
晶体管低频小信号等效电路的另一种表示方法 . Ic 低频跨导 g m = . rbb’ 为基区体电阻，约几十欧 为基区体电阻，约几十欧 U b 'e . U ce = 0 UT . . . rb'e = (1 + β 0 ) = (1 + β 0 )re 由 β 0 I b = g m U b ' e = g m r b 'e I b I EQ
.
Aus =
.
A usm fL f (1 − j )(1 + j ) f fH
1 fH = ' 2 π RSCi
− β0 RC Ausm = RS + rbe
.
1 fL = 2 π(RS + rbe )C
Ci= Cb ′e+(1 + gmRC) Cb′′c R´s = (RS + r bb′′ )//rb′′e
-20
20 dB/十倍频 十倍频
-20 dB/十倍频 十倍频

二、掌握放大器的低、高频截止频率的估算 用短路时间常数法估算fL； 用开路时间常数法估算fH。
频率响应的基本概念
一. 频响问题的提出 电容的隔直通交特性是理想的吗？ BJT和FET的小信号等效模型在放大不同频率的 信号时都是适用的吗？
当输入信号的频率f在中频段时：增益A = 常数 当输入信号的频率f从低频变化到高频时: 增益A = ？
讨论 A(s) 在高、中、低频段各自的特点→
讨论→放大器增益函数A(s)＝AMFL(s)FH(s) ：
中频段（fL<f<fH）增益 A(s)＝AM； 低频段（f<fL）增益AL(s)＝AMFL(s)； 高频段（f>fH）增益 AH(s)＝AMFH(s) 。
1. 中频增益→常数，因为等效电路在中频段无电容
fL
L 2
15.9Hz
由FH(s)的表达式可知，它存在主极点-105，则：
H
105 rad/ s
fH
H 2
15.9kHz
通频带fBW=fH-fL≈fH=15.9kHz。
题型：由全增益公式求上、下转折角频率
由增益函数求中频增益、上/下转折频率
判断增益函数的零点、极点； 根据零点、极点的大小判断是属于低频增益的还
所以A(s)可表示为：
FL(s)
A(s) 103 AM=103
(s
s2 10)(s
102
)
1
s 105
1 1
s 106
FH(s)
与A(s)=AMFL(s)FH(s)比较
(2) 由FL(s)的表达式可知，其零点远小于极点的绝对值，
且存在主极点-102，所以可用主极点的概念求L。
L 102 rad/ s

实验五晶体管放大器的频率响应实验目的：1.熟悉仿真软件Multisim的使用，掌握基于软件的电路设计和仿真分析方法；2.熟悉PocketLab硬件实验平台，掌握波特图功能的使用方法；3.通过软件仿真和硬件实验验证，掌握晶体三极管放大器的上下限频率及通频带的概念；实验预习：设置图5-1电路，改变CC1，CC2和CE1三个电容和负载电阻R8，并在负载电阻并接负载电容C1，获得下图电路。

图5-11.计算该单级放大器的中频电压增益。

β=120I B=μAI E=r be=V T/I BQ=23kΩAv=-Ebe C R r R )1(1ββ++=Avs=-20lgAv= f L =π2**111CC R CC =f H =π2**111C R C =53052.复习放大器上下限频率概念和计算方法。

CC2和CE1足够大，可视为短路电容。

具有高通特性的电容CC1和输入电阻Ri 决定了电路的f L ；低通特性的电容C1和输出电阻决定了电路的f H 。

分别计算f L ，f H 和通频带BW,填入表1。

实验内容：一．NPN 管放大器仿真实验 1.放大器幅频和相频仿真：根据图5-1所示电路，在Multisim 中搭建晶体三极管2N3904单级放大电路，进行电路的幅频和相频特性仿真。

幅频和相频特性曲线：表5-1计算值仿真值实测值放大器增益（dB）下限频率fL（Hz）上限频率fH（Hz）5305通频带BW（Hz）51992.放大器瞬态仿真分别输入三个不同频率的相同幅度正弦波信号，观察瞬态波形输出，并从示波器上显示的波形峰峰值换算出不同频率的增益值，填入表5-2.与AC仿真结果对比，理解放大器的频率响应。

50HzAv=20=Av(s)=-20lgAv=---------------------------------------------------------------------------------------------------------------5kHzAv==7kHz Av==可见AC仿真和示波器的测试结果相同。