第三章 放大电路的频率特性
通常，放大电路的输入信号不是单一频率的正弦信号，而是各种不同频率分量组成的复合信号。由于三极管本身具有电容效应，以及放大电路中存在电抗元件(如耦合电容和旁路电容)，因此，对于不同频率分量，电抗元件的电抗和相位移均不同，所以，放大电路的电压放大倍数Au和相角φ成为频率的函数。我们把这种函数关系称为放大电路的频率特性。
§1频率特性的一般概念
一、频率特性的概念
以共e极基本放大电路为例，定性地分析一下当输入信号频率发生变化时，放大倍数将怎样变化。
在中频段，由于电容可以不考虑，中频Aum电压
???180放大倍数基本上不随频率而变化。，即无附
加相移。对共发射极放大电路来说，输出电压和输入
电压反相。
在低频段，由耦合电容的容抗变大，电压放大倍数Au变小，同时也将在输出电压和输入电压间产生相移。我们定义：当放大倍数下降到中频
AAul?um2时率放大倍数的0.707倍时，即
的频率称为下限频率fl
对于高频段。由于三极管极间电容或分布电容的容抗在低频时较大，当频率上升时，容抗减小，使加至放大电路的输入信号减小，输入电压减小，从而使放大倍数下降。同时也会在输出电压与输入电压间产生附加相移。同样我们定义：当电压放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707
AAuh?um2时的频率为上限频率倍时，即
fh。
共e极的电压放大倍数是一个复数，
Au?Au??
其中，幅值Au和相角?都是频率的函数，分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。
我们称上限频率与下限频率之差为通频带。
fbw?fh?fl
表征放大电路对不同频率的输入信号的响应能力，它是放大电路的重要技术
?指标之一。
二、线性失真
由于通频带不会无穷大，因此对于不同频率的信号，放大倍数的幅值不同，相位也不同。当输入信号包含有若干多次谐波成分时，经过放大电路后，其输出波形将产生频率失真。由于它是电抗元件产生的，而电抗元件又是线性元件，故这种失真称为线性失真。线性失真又分为相频失真和幅频失真。
1．相频失真
由于放大器对不同频率成分的相位移不同，而使放大后的输出波形产生了失真。
2．幅频失真
由于放大器对于不同频率成分的放大倍数不同，而使放大后的输出波形产生了失真。
线性失真和非线性失真本质上的区别：非线性失真产生新的频率成分，而线性失真不产生新的频率成分。
§2三极管的频率参数
影响放大电路的频率特性，除了外电路的耦合电容和旁路电容外，还有三极管内部的级间电容或其它参数的影响。前者主要影响低频特性，后者主要影响高频特性。
一、三极管的频率特性
中频时，认为三极管的共发射极放大电路的电流放大系数β是常数。实际上是，当频率升高时，由于管子内部的电容效应，其放大作用下降。所以电流放大系数是频率的函数，可表示如下：
????01?jff?
其中β0是三极管中频时的共发射极电流放大系数，f?为共发射极电流放大系数的截止频率。上式也可以用?的模和相角来表示。
??0??f1?()2f?
?????arctan?ff?
根据上式可以画出?的幅频特性。通常用以下几个参数来表示三极管的高频性能。
二、表述三极管频率特性的几个参数
1. 共发射极电流放大系数β的截止频率f?
当|?|值下降到β0的0.707倍时的频率f?定义为β的截止频率。由上式可算出，当
f?f?时，?＝???02?0.707?0
2. 特征频率fT
定义|?|值为1时的频率fT为三极管的特征频率。将
式得：
?f?fT和??1?代入（）
1??01?(fT2)f?
由于通常fT/f???1，所以上式可简化为
fT??0f? 3. 共基极电流放大系数?的截止频率f? 由前述?与?的关系得
???＝?????1＋?
显然，考虑三极管的电容效应，?也是频率的函数，表示为：
??0??f1?jf?
其中f?为?的截止频率，定义为|?|下降为中频?0的0.707倍时的频率。
f?、f?、fT之间的关系：
???将
??f?＝1?j?f?代入1＋?得
??0??0??1??1?jff?ff??01?j?1?j?0f??0f??1?j?01??0f(1??0)f??1?j?0f(1??0)f?可见：
一般，?0??1所以：
f??(1??0)f? f???0f??fT
三、三极管混合参数π型等效电路
当考虑到电容效应时，h参数将是随频率而变化的复数，在分析时十分不便。为此，引出混合参数π型等效电路。从三极管的物理结构出发，将各极间存在的电容效应包含在内，形成了一个既实用又方便的模型，这就是混合π型。低频时三极管的h参数模型与混合π模型是一致的，所以可通过h参数计算混合π型中的某些参数。
1．完整的混合π型模型
如下图为三极管的结构示意图和混合π型等效电路。其中Cπ为发射结的电
gU容，Cμ为集电结的电容。受控源用mb'e而不用?Ib，其原因是Ib不仅包含流
过rb'e的电流，还包含了流过结电容的电流，因此受控源电流已不再与I成正比。
b
???理论分析表明，受控源与基极、射极之间的电压成正比。gm称为跨导，表示Ub'e变化1V时，集电极电流的变化量。
由于集电结处于反向应用，所以rb'c很大，可以视为开路，且rce通常比放大电路中的集电极负载电阻Rc大得多，因此也可以忽略。得出下图简化混合π型等效电路。
当在中频区时，不考虑Cπ和Cμ的作用，得到下图(a)简化π型等效电路，和原来简化的h参数等效电路相比较，就可建立混合π型参数和h参数之间的关