您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > 03放大电路的频率特性
返回>>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电压放大倍数基本上不随频率而变化。180,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率放大倍数的0.707倍时,即2umulAA时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倍时,即2umuhAA时的频率为上限频率fh。共e极的电压放大倍数是一个复数,uuAA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。lhbwfff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:ffj10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。20)(1ffffarctan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00707.02=时,ff2.特征频率Tf定义||值为1时的频率Tf为三极管的特征频率。将1和Tff代入()式得:20)(11ffT由于通常1/ffT,所以上式可简化为ffT03.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:ffj10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、Tf之间的关系:将ffj10代入+=1得ffjffjffjffjffj)1(1)1(111111000000000可见:ff)1(0一般,10所以:Tfff0三、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为发射结的电容,Cμ为集电结的电容。受控源用ebmUg'而不用bI,其原因是Ib不仅包含流过ebr'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Ib成正比。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ebU'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cbr'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参数之间的关系。从而求出π参数的值。因为EQbbbeebbbIrrrr26)1('''所以CQEQebIIr2626)1('ebbebbrrr''又bebbmebmIrIgUg''故2626'CQCQebmIIrg从上式可以看出,rb'e、gm等参数和工作点的电流有关。对于一般的小功率三极管,rbb'约为几十~几百欧,rb'e为1kΩ左右,gm约为几十毫安/伏。Cμ可从手册中查到,Cπ值一般手册未给,可查出fT,按如下公式算出Cπ值。CgfmT22.简化的混合π型模型由于Cμ跨接在基-集之间,分析计算时列出的电路方程较复杂,解起来十分麻烦,为此可得用密勒定理,将Cμ分别等效为输入端电容和输出端电容。密勒定理:从b'、e两端向右看,流入Cμ的电流为CjUUUCjUUIebceebceeb1)1(1''''令KUUebce',则有CkjUCjkUIebeb)1(11)1('''此式表明,从b'、e两端看进去,跨接在b'、c之间的电容的作用,和一个并联在b'、e两端,电容值为CkC)1('的电容等效。这就是密勒定理。同样,从c、e两端向右看,流入Cμ的电流为CKKjUCjKUCjUUIceceebce)1(11)11(1'''此式表明,从b'、e两端看进去,跨接在b'、c之间的电容的作用,和一个并联在b'、e两端,电容值为CKK)1(的电容等效。§3共e极放大电路的频率特性下图(a)的共发射极放大电路中,将C2和RL视为下一级的输入耦合电容的输入电阻,所以画本级的混合π型等效电路时,不把它们包含在内,如下图(b)所示。具体分析时,通常分成三个频段考虑。⑴中频段:全部电容均不考虑,耦合电容视为短路,极间电容视为开路。⑵低频段:耦合电容的容抗不能忽略,而极间电容视为开路。⑶高频段:耦合电容视为短路,而极间电容的容抗不能忽略。这样求得三个频段的频率响应,然后再进行综合。这样做的优点是,可使分析过程简单明了,且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。在绘制频率特性曲线时,人们常常采用对数坐标,即横坐标用lgf,幅频特性的纵坐标为usuAGlg20,单位为分贝(dB)。对相频特性的纵坐标仍为,不取对数。这样得到的频率特性称为对数频率特性或波特图。采用对数坐标的优点主要是将频率特性压缩了,可以在较小的坐标范围内表示较宽的频率范围,使低频段和高频段的特性都表示得很清楚。而且将乘法运算转换为相加运算。下面分别讨论中频、低频、和高频时的频率特性。一、中频源电压放大倍数Ausm等效电路如图所示。cebmoRUgU'而iiebbbebebpUUrrrU''''式中sisiiUrRrU)//(''ebbbbirrRrebbbebrrrp'''将上述关系代入得scmisioURpgrRrUcmisisousmRpgrRrUUA二、低频源电压放大倍数Ausl及波特图低频段的等效电路如图所示。由图可得cebmoRUgU'iiebbbebebUpUrrrU''''sisiiUCjrRrU11siscmisiscmisioUCrRjRpgrRrURpgCjrRrU11)(11111)(111CrRjRpgrRrUUAiscmisisousl令1)(CrRisl1)(2121CrRfisll则ffjAjAAlusmlusmusl11111当lff时,usmuslAA21,lf为下限频。由上面可以看出,下限频率lf主要由电容C1所在回路的时间常数τl决定。uslA分别用模和相角来表示:2)(1ffAAlusmusl(3-22)fflarctan180(3-23)根据(3-22)画对数幅频特性,将其取对数,得2)(1lg20lg20lg20ffAAGlusmuslu(3-24)先看式(3-24)中的第二项,当lff时01lg202ffl故它将以横坐标作为渐近线;当lff时lllfffffflg20lg201lg202其渐近线也是一条直线,该直线通过横轴上f=fl这一点,斜率为20dB/10倍频程,即当横坐标频率每增加10倍时,纵坐标就增加20dB。故式(3—24)中第二项的曲线,可用上述两条渐近线构成的折线来近似。然后再将此折线向上平移20lg|Ausm|,就得式(3—24)所表示的低频段对数幅频特性,如图所示。可证明,这种折线在f=fl处,产生的最大误差为3dB。低频段的相频特性。根据式(3-23)可知,当ffl时,fflarctan→0,则180;当ffl时,90arctanffl,则90;当f=fl时,45arctanffl,则135。这样可分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线,如上图。f≥fl时180f≤fl时900.1flf10fl时斜率为-45o/10倍频程的直线可以证明,这种折线近似的最大误差为±5.71o,分别产生在0.1fl和10fl处。三、高频源电压放大倍数Aush及波特图高频段,由于容抗变小,则电容C1可忽略不计,视为短路,但并联的极间电容影响应予考虑,其等效电路如图所示。由于CKK1所在回路的时间常数比输入回路'C的时间常数小得多,所以将CKK1忽略不计。由于CKCC)1(',先要求出K值。ebceUUK'由等效电路可求得cebmceRUgU',则cmebcebmebceRgURUgUUK'''所以CRgCCcm)1('下面我们求源电压放大倍数根据定义可知:soushUUAcebmoRUgU'为了求出ebU'与sU的关系,利用戴维宁定理将等效电路图进行简化,如上图所示,其中sisiebbbebisissUprRrrrrrRrUU'''')]//(//[''bsbbebRRrrR由上图可得:sisissebUprRrRCjURCjUCjRCjU'''''''111111sisicmcebmoUprRrRCjRgRUgU''11''1111RCjAprRrRCjRgUUAusmisicmsoush令'RCh上限频率为'2121RCfhh则husmhusmushffjAjAA111
本文标题:03放大电路的频率特性
链接地址:https://www.777doc.com/doc-3050277 .html