模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 2篇 5章1

1、前面所討論的放大器還沒有涉及對信號頻率的響應(yīng)問題,只是把放大信號的頻率鎖定在音頻范圍(20Hz20kHz)-中頻范圍,此時，耦合電容當短路，管子的PN結(jié)電容作開路處理,在放大電路中，存在耦合電容，晶體管的結(jié)電容，還會有電感等電抗元件。當輸入不同頻率的信號時，放大器的輸出將不完全一樣,2.5.1 頻率響應(yīng)概述,輸入信號頻率升高或降低時對輸出信號影響的定性說明,一、通頻帶和頻率失真,在整個頻帶內(nèi)，放大器電壓增益的復(fù)函數(shù)為,幅頻特性,相頻特性,低頻段,中頻段,高頻段,中頻增益,帶寬,下限頻率,上限頻率,放大器電壓增益下降為中頻增益的,倍對應(yīng)頻率為上、下限頻率,在實際應(yīng)用中，放大器的輸入信號不是單一頻

2、率的信號，而是包含有多種頻率成分的信號，可以表示為,經(jīng)放大器放大后的輸出電壓為,下的電壓增益,附加相移,為了實現(xiàn)高保真的放大，必須做到,當增益不是常數(shù)時，稱幅頻失真,附加相移不相同時，稱頻率失真,兩者都是線性失真，有時總稱頻率失真,注意與晶體管非線性特性引起的飽和和截止失真不同,二、一階RC電路的頻響特性分析,一階RC低通濾波電路(積分電路,輸出電壓和輸入電壓傳輸比為,寫成幅模型式,對數(shù)幅頻特性,相頻特性,將頻率取三個特殊點時,可畫出RC低通濾波器的頻率特性曲線圖,實際的幅頻和相頻特性曲線,說明,相位同相,輸出電壓衰減20dB,輸出電壓滯后輸入信號電壓相位90o,一階RC高通濾波電路,微分電路

3、,輸出電壓和輸入電壓傳輸比為,寫成幅模型式,對數(shù)幅頻特性,相頻特性,將頻率取三個特殊點時,可畫出RC低通濾波器的頻率特性曲線圖,2.5.2 半導(dǎo)體三極管的高頻小信號模型,一、三極管的高頻小信號電路模型,前面已介紹過低頻小信號模型，在低頻條件下，分析時不計晶體三極管和場效應(yīng)管的結(jié)電容（或極間電容）。而在高頻條件下，必須考慮器件內(nèi)部的結(jié)電容（或極間電容）效應(yīng)，所以，高頻小信號模型將從器件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)著手分析,發(fā)射結(jié)正偏，結(jié)電容由擴散電容決定(約幾十至一百皮法左右)；集電結(jié)反偏，結(jié)電容由勢壘電容決定(幾個皮法,三極管放大狀態(tài)時的物理模型,集電區(qū)和發(fā)射區(qū)體電阻rc、re,混合模型,流過 產(chǎn)生 壓降，故有

4、,略去re和rc體電阻下得出,略rbc和rce下的混合模型,簡化的混合模型,略rbc rce下,其中,單向化處理-用密勒定理,C1h,C2h,其中,最終得出簡化的高頻小信號模型,容量很小，略去，因為它與負載形成的時間常數(shù)也很小，具有很高的截止頻率,二、場效應(yīng)管的高頻小信號模型,高頻小信號模型,其中,單向化處理后,2.5.3 放大電路的頻率特性分析,分析所用的手段：將信號頻率分成三個頻段進行分析即低頻段、中頻段和高頻段,如下面的單管放大電路,C是耦合電容器，容量較大，通常為,一、頻率特性的分頻段法分析,晶體管用簡化高頻小信號模型代入后畫出共射放大電路全頻段等效電路如圖,等效結(jié)電容Ci 通常為10

5、100pF,耦合電容C容量大容抗很小，在中頻段時當短路處理；Ci 容量小容抗很大，中頻段時交流開路處理,中頻段,中頻段電壓放大倍數(shù),求法與低頻小信號時求法相同，因為電容C當短路，Ci開路,中頻段等效電路,源電壓增益與以前所求的低頻（音頻范圍）電壓增益是一致的。說明以前討論的是指中頻范圍,其中,信號頻率降低，C容抗增大不能忽略； 頻率降低Ci容抗更大，交流開路,低頻段,低頻段等效電路,低頻段電壓放大倍數(shù),輸出電壓對源電壓的比,共射放大電路低頻段的電壓增益復(fù)數(shù)表達式,頻率升高C容抗更小，可完全當作短路； 頻率升高Ci 容抗減少，已不能忽略,高頻段,高頻段等效電路,高頻段電壓放大倍數(shù),其中,將方框內(nèi)

6、電路進行戴維南等效后得,所以，高頻段的源電壓增益為,設(shè),則,所以，有共射放大電路在高頻段的源電壓增益復(fù)數(shù)表達式如下,其中：中頻增益為,共射放大電路全頻段的電壓放大倍數(shù)表達式,在中頻段，因 fHffL，上式近似為,中頻段,低頻段,高頻段,在高頻段，因 f f L,上式近似變?yōu)?在低頻段，因 f f H,上式近似變?yōu)?二、頻率響應(yīng)的Bode圖表示,橫坐標采用對數(shù)頻率刻度表示,波特圖（Bode Map)的畫法,相頻特性曲線的縱坐標表示放大器輸出信號電壓和輸入信號之間的相位角,縱坐標用對數(shù)（分貝）表示幅頻特性的增益幅度,波特圖表示的優(yōu)點,近似用漸近折線繪制代替了十分麻煩的頻率特性曲線,增益的乘、除運算

7、變成了坐標的加、減運算,把很寬的頻率變化范圍壓縮在較窄的對數(shù)頻率坐標以內(nèi),1.低頻段波特圖的繪制,頻率特性復(fù)數(shù)表達式,幅頻特性表達式,相頻表達式,幅頻特性,將幅頻表達式取對數(shù)得,根據(jù)幅頻表達式,對數(shù)幅頻特性可取以下三點來畫出,畫幅頻特性過程如圖所示,20,其相頻特性如下,幅度最大誤差在ffL處(誤差3dB,相移最大誤差在f0.1fL處(誤差+5.71)及在 f=10fL處(誤差為 -5.71,幅頻和相頻特性畫在一起后,fL的定義,2.高頻段波特圖的繪制,頻率特性表達式,幅頻特性表達式,對數(shù)幅頻特性表達式,對數(shù)相頻特性表達式,幅度最大誤差在ffH處(誤差3dB,相移最大誤差在f0.1fH處(誤差為+5.71) 及在 f=10fH處(誤差為-5.71,高頻段頻率特性曲線如下,fH的定義,例2.5.1