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放大电路的频率响应
接线图
2023年07月21日 22:52 196
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（1）频率响应的基本概念
a）影响放大电路频率响应的主要因素
放大电路中电抗性元件的阻抗是频率的函数，它们使电路的放大倍数随信号频率的变化而变化。其中耦合电容和旁路电容影响放大电路的低频特性；晶体管的结电容和分布电容影响放大电路的高频特性。
b）频率响应及其主要指标
频率响应是放大电路输入正弦波小信号的条件下，测量或分析其Au ~ f、
~ f的关系，并用fL、fH、fbw定量描述其频率特性的方法。其中Au ~ f为幅频特性， ~ f为相频特性。它是在频率的范畴内研究放大电路的频率特性，所以称为频域法，也称为稳态法。
上限截止频率fH和下限截止频率fL定义为信号频率变化时，电路增益的幅值下降到0.707Aum所对应的频率，其中Aum为中频时电路增益的幅值。
当信号频率升高时，增益下降到0.707Am所对应的频率称为上限频率fH；当信号频率降低时，增益下降到0.707Am所对应的频率称为下限频率fL。
频带宽度fbw定义为上、下限截止频率之差值，即fbw=fH－fL。当fH>>fL时，fbw≈fH。
增益带宽积GBP定义为中频增益与带宽乘积，即GBP=Aumfbw≈AumfH。该指标综合表征了增益与频带宽度的指标。
c）线性失真
当放大电路输入非正弦波信号，且电路无非线性失真（饱和、截止失真）时，由于放大电路对输入信号中不同频率分量具有不同的放大能力和相移，产生输出波形的失真，称为线性失真，也称为频率失真。线性失真包括幅度失真和相位失真。
d）瞬态响应及其主要指标
当放大电路输入阶跃信号时，放大电路输出信号随时间变化的特性就是瞬态响应，也称为阶跃响应。它是以时间作参量来描述放大电路的频率特性，所以又称为时域法。
上升时间tr和平顶降落率δ是表征瞬态响应的指标。在单极点的情况下，理论和实践均证明上升时间tr与上限频率fH之间的关系可近似表述为fH tr≈0.35。
（2）频率响应的分析计算方法
a）晶体管高频等效电路
h参数微变等效电路是晶体管的低频等效电路，仅适用低频小信号分析；混合π型等效电路是考虑了晶体管结电容效应的物理模型，具有较大的通用性，可适用于高频信号的分析。
为了分析方便，对混合π型等效电路进行简化，并用密勒定理等效后的晶体管高频等效电路如图2.4所示。
图中，密勒等效电容CM ≈（1+Aum）Cb'c，Cc'e≈Cb'c，gm≈β0/rb'e≈IEQ/UT。
b）放大电路频率响应的分析方法
分析频率响应时，应使用密勒等定理效后的晶体管高频等效电路，并将放大电路分为中频、低频和高频三个工作区域，分别画出三个区域的微变等效电路，根据电路分别写出三个区域频率响应的表达式，求出相应的参数Aum、fH和fL，由此可画出幅频响应和相频响应曲线。
画各个区域等效电路的原则如下：
中频区：直流电源、耦合电容和旁路电容视为短路；结电容、分布电容和负载电容视为开路。
高频区：直流电源、耦合电容和旁路电容视为短路；结电容、分布电容和负载电容保留。
低频区：结电容、分布电容和负载电容视为开路；直流电源视为短路；耦合电容和旁路电容保留。
c）上下限截止频率的近似计算方法
为了快速获得上下限截止频率fH和fL，常用时间常数法近似计算。具体步骤如下：
分别求出电路中每一个电容元件确定的时间常数
。其中Cn是电路中某一个电容元件，此时其它影响高频特性的电容元件均开路（影响低频特性的电容元件均短路），电压源短路（电流源开路），画出等效电路，求出与电容元件Cn并接的等效电阻Rn。按此方法求出所有电容元件的时间常数后，再根据下列情况计算fL和fH（以图2.3所示的单管放大电路为例）。
低频区：输入回路的耦合电容C1和旁路电容Ce可以等效为一个电容
，求出所对应的时间常数
；输出回路的耦合电容C2的时间常数为
。
若
>>
，下限截止频率fL≈fL2=1/（
）；
若>>，下限截止频率fL≈fL1=1/（
）；
如果两个时间常数大小比较接近，下限截止频率
高频区：输入回路的Cb'e及密勒电容CM可以等效为一个电容Ci，求出Ci所对应的时间常数为
；输出回路的Cce和C'ce可以等效为一个电容Co，求出Co所对应时间常数为
。
若>>，上限截止频率fH≈fH1=1/（）；
若>>，上限截止频率fH≈fH2=1/（）；
如果两个时间常数大小比较接近，上限截止频率
必须强调指出：上述求时间常数时出现的两个R1、R2，仅是一个等效电阻的符号，它们在低频区和高频区分别代表不同的等效电阻。
同理，对多级放大电路而言，可用同样的方法求出各个时间常数，分别按下式计算上下限截止频率：
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