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1、第三章放大电路的频率特性 3 1频率特性的一般概念3 2三极管的频率参数3 3共e极放大电路的频率特性3 4多级放大电路的频率特性 1 3 1频率特性的一般概念 3 1 1频率特性的概念对低频段 由于耦合电容的容抗变大 高频时1 c R 可视为短路 低频段时1 C R不成立 我们定义 当放大倍数下降到中频区放大倍数的0 707倍时 即时的频率称为下限频率fl 2 图3 1考虑频率特性时的等效电路 3 对高频段 由于三极管极间电容或分布电容的容抗较小 低频段视为开路 高频段处1 C较小 此时考虑极间电容影响的等效电路如图3 1 b 所示 当频率上升时 容抗减小 使加至放大电路的输入信号减小 输出
2、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 当放大倍数下降到中频区放大倍数的0 707倍 即Auh 1 Aum时的频率称为上限频率fh 4 图3 2共射基本放大电路的频率特性 5 共发射极放大电路的电压放大倍数将是一个复数 即 其中幅度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 可用图3 2 a 和 b 表示 我们称上 下限频率之差为通频带fbw 即 fbw fh fl 通频带的宽度 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 6 3 1 2线性失真 图3 3频率失真 7 3 2三极管的频率参数
3、3 4 3 3 8 图3 4 的幅频特性 9 3 2 1共发射极电流放大系数 的截止频率f 将值下降到 0的0 707倍时的频率f 定义为 的截止频率 按公式 3 4 也可计算出 当f f 时 10 3 2 2特征频率fT 定义值降为1时的频率fT为三极管的特征频率 将f fT和代入 3 4 式 则得 由于通常fT f 1 所以上式可简化为fT 0f 上式表示了fT和f 的关系 11 3 2 3共基极电流放大系数 的截止频率f 定义当下降为中频 0的0 707倍时的频率f 为 的截止频率 3 7 12 f f fT之间有何关系 将式 3 3 代入式 3 7 得 13 3 2 4三极管混合参数
4、型等效电路 1 完整的混合 型模型 图3 5三极管的混合 型等效电路 14 图3 6混合 型参数和h参数之间的关系 15 16 2 简化的混合 型模型 图3 7C 的等效过程 17 令 18 此式表明 从b e两端看进去 跨接在b c之间的电容C 的作用 和一个并联在b e两端 其电容值为 的电容等效 这就是密勒定理 如图3 7 c 所示 19 3 3共e极放大电路的频率特性 图3 8共e极放大电路及其混合 型等效电路 20 具体分析时 通常分成三个频段考虑 1 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 2 低频段 耦合电容的容抗不能忽略 而极间电容视为开路 3 高频段 耦
5、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 21 3 3 1中频放大倍数Ausm 图3 9中频段等效电路 22 23 3 18 24 3 3 2低频放大倍数Ausl及波特图 图3 10低频段等效电路 25 3 19 式中p ri同中频段的定义 将 代入式 3 19 得 26 27 将公式 3 18 代入 并令 则 当f fl时 fl为下限频率 由 3 20 式可看出 下限频率fl主要由电容C1所在回路的时间常数 l决定 3 20 3 21 28 将式 3 21 分
6、别用模和相角来表示 3 22 3 23 根据公式 3 22 画对数幅频特性 将其取对数 得 3 24 29 先看式 3 24 中的第二项 当f fl时 故它将以横坐标作为渐近线 当f fl时 30 图3 11低频段对数频率特性 31 低频段的相频特性 根据式 3 23 可知 当f fl时 趋于0 则 180 当f fl时 趋于90 90 当f fl时 135 这样可以分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线 如图3 11 b 所示 f 10fl时 180 f 0 1fl时 90 0 1fl f 10fl时 斜率为 45 10倍频程的直线 可以证明 这种折线近似的最大误差为 5 71 分别产生在
7、0 1fl和10fl处 32 3 3 3高频电压放大倍数Aush及波特图 图3 12高频等效电路 33 由等效电路可求得 则 34 为求出与的关系 利用戴维宁定理将图3 12进行简化 如图3 13所示 其中 由图3 13可得 35 图3 13简化等效电路 36 令 上限频率为 则 3 28 37 式 3 28 也可以用模和相角来表示 高频段的对数幅频特性为 38 图3 14高频段对数频率特性 39 3 3 4完整的频率特性曲线 波特图 40 图3 15共射极基本放大电路的幅频和相频特性曲线 41 3 3 5其它电容对频率特性的影响 42 1 图3 16C2的下限频率的等效电路 耦合电容C2 4
8、3 2 图3 17Ce对频率特性的影响 射极旁路电容Ce 44 3 输出端分布电容Co 45 3 4多级放大电路的频率特性 3 4 1多级放大电路的通频带fbw 中频区时 46 在上 下限频率处 即fl fl1 fl2 fh fh1 fh2处 各级的电压放大倍数均下降到中频区放大倍数的0 707倍 即 而此时的总的电压放大倍数为 47 截止频率是放大倍数下降至中频区放大倍数的0 707时的频率 所以 总的截止频率fh fh1 fh2 fl fl1 fl2 总的频带为 48 3 4 2上 下限频率的计算 下限频率满足下述近似关系 多级放大器中 其中某一级的上限频率fhk比其它各级小很多 而下限频
9、率flk比其它各级大很多时 则总的上 下限频率近似为 49 例1 共e极放大电路如图3 18所示 设三极管的 100 rbe 6k rbb 100 fT 100MHz C 4pF 1 估算中频电压放大倍数Ausm 2 估算下限频率fl 3 估算上限频率fh 解 1 估算Ausm 由公式 3 18 图3 18例1电路图 50 故 其中 51 2 估算下限频率fl 电路中有两个隔直电容C1和C2以及一个旁路电容Ce 先分别计算出它们各自相应的下限频率fl1 fl2和fle 由于 所以 52 3 估算上限频率fh 高频等效电路如图3 19所示 根据给定参数可算出 图3 19例1高频等效电路 53 输入回路的时间常数为 则 54 输出回路的时间常数为 则 总的上限频率可由下式近似估算 55
