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第三章放大电路的频率响应 3 1频率响应的一般概念 3 2三极管的频率参数 3 3单管共射放大电路的频率响应 3 4多级放大电路的频率响应 3 1频率响应的一般概念 由于放大电路中存在电抗性元件 所以电路的放大倍数为频率的函数 这种关系称为频率响应或频率特性 3 1 1幅频特性和相频特性 电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数 即 典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性 图3 1 1 3 1 2下限频率 上限频率和通频带 fL 下限频率 fH 上限频率 BW 通频带 BW fH fL 3 1 3频率失真 图3 1 2频率失真 a 幅频失真 b 相频失真 3 1 4波特图 放大电路的对数频率特性称为波特图 一 RC高通电路的波特图 令 则有 对数幅频特性 实际幅频特性曲线 图3 1 4 a 幅频特性 当f fL 高频 当f fL 低频 高通特性 且频率愈低 的值愈小 低频信号不能通过 最大误差为3dB 发生在f fL处 对数相频特性 图3 1 4 b 相频特性 误差 在低频段 高通电路产生0 90 的超前相移 二 RC低通电路的波特图 图3 1 5RC波特图 令 则 图3 1 6低通电路的波特图 对数幅频特性 对数相频特性 在高频段 低通电路产生0 90 的滞后相移 3 2三极管的频率参数 三极管 f 为值下降至时的频率 0 低频共射电流放大系数 对数幅频特性 fT 20lg 0 对数相频特性 0 1f 3 2 1共射截止频率f 值下降到0 707 0 即 时的频率 当f f 时 值下降到中频时的70 左右 或对数幅频特性下降了3dB 3 2 2特征频率fT 值降为1时的频率 f fT时 三极管失去放大作用 f fT时 由式 得 3 2 3共基截止频率f 值下降为低频 0时的0 707时的频率 f 与f fT之间关系 因为 可得 说明 所以 1 f 比f 高很多 等于f 的 1 0 倍 2 f fT f 3 低频小功率管f 值约为几十至几百千赫 高频小功率管的fT约为几十至几百兆赫 3 3单管共射放大电路的频率响应 定性分析 中频段 各种电抗影响忽略 Au与f无关 低频段 隔直电容压降增大 Au降低 与电路中电阻构成RC高通电路 高频段 三极管极间电容并联在电路中 Au降低 而且 构成RC低通电路 3 3 1混合 型等效电路 一 混合 型等效电路 图3 3 1混合 型等效电路 a 三极管结构示意图 b 等效电路 二 混合 参数与h参数的关系 低频时 不考虑极间电容作用 混合 等效电路和h参数等效电路相仿 即 图3 3 1混合 参数与h参数之间的关系 通过对比可得 则 则 一般小功率三极管 三 混合 型等效电路中电容 可从器件手册中查到 并且 估算 fT要从器件手册中查到 注意 将输入回路与输出 回路直接联系起来 使解电路的过程变得十分麻烦 可用密勒定理简化电路 密勒定理 用两个电容来等效Cb c 分别接在b e和c e两端 图3 3 4单向化的混合 型等效电路 其中 电容值分别为 3 3 2阻容耦合单管共射放大电路的频率响应 图3 3 5阻容耦合单管共射放大电路 将C2和RL看成下一级的输入耦合电容和输入电阻 一 中频段 C1可认为交流短路 极间电容可视为交流断路 1 中频段等效电路 图3 3 6中频段等效电路 由图可得 2 中频电压放大倍数 已知 则 结论 中频电压放大倍数的表达式 与利用简化h参数等效电路的分析结果一致 二 低频段 考虑隔直电容的作用 其等效电路 图3 3 7低频等效电路 C1与输入电阻构成一个RC高通电路 式中Ri Rb rbe 输出电压 低频电压放大倍数 低频时间常数为 下限 3dB 频率为 则 三 高频段 考虑并联在极间电容的影响 其等效电路 图3 3 8高频等效电路 三 高频段 考虑并联在极间电容的影响 其等效电路 图3 3 9高频等效电路的简化 由于输出回路时间常数远小于输入回路时间常数 故可忽略输出回路的结电容 并用戴维南定理简化 图中 C 与R 构成RC低通电路 高频时间常数 上限 3dB 频率为 四 完整的波特图 绘制波特图步骤 1 根据电路参数计算 fL和fH 2 由三段直线构成幅频特性 中频段 对数幅值 20lg 低频区 f fL开始减小 作斜率为20dB 十倍频直线 高频段 f fH开始增加 作斜率为 20dB 十倍频直线 3 由五段直线构成相频特性 图3 3 10 幅频特性 相频特性 五 增益带宽积 中频电压放大倍数与通频带的乘积 Ri Rb rbe 假设Rb Rs Rb rbe 1 gmRc Cb c Cb e 说明 式很不严格 但从中可以看出一个大概的趋势 即选定放大三极管后 rbb 和Cb c的值即被确定 增益带宽积就基本上确定 此时 若将放大倍数提高若干倍 则通频带也将几乎变窄同样的倍数 如愈得到一个通频带既宽 电压放大倍数又高的放大电路 首要的问题是选用rbb 和Cb c均小的高频三极管 3 3 3直接耦合单管共射放大电路的频率响应 图3 3 13 3 4多级放大电路的频率响应 3 4 1多级放大电路的幅频特性和相频特性 多级放大电路的电压放大倍数 对数幅频特性为 多级放大电路的总相位移为 两级放大电路的波特图 图3 4 1 幅频特性 一级 二级