下限截止频率.pptx
11.幅频特性和相频特性 由于电抗性元件的作用，使正弦波信号通过放大电路时，不仅信号的幅度得到放大，而且还将产生一个相位移。此时，电压放大倍数可表示如下： uu 其中幅度A u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。一个典型的单管共射放大电路的幅频特性图和相频特性图分别如图2.49(a)和(b)所示。 图2.49 单管共射放大电路的频率特性(a)幅频特性 (b)相频特性第1页/共22页22.下限频率、上限频率和通频带 由图2.49可见，在中频范围内，放大电路的电压放大倍数的幅值基本不变，相角大致等于180。而当频率降低或升高时，电压放大倍数的幅值都将减小，同时产生超前或滞后的附加相位移。 通常将中频段的电压放大倍数称为中频电压放大倍数AUM，并定义当电压放大倍数下降到0.707AUM 时所对应的低频率点和高频率点分别称为放大电路的下限频率fL和上限频率fH，二者之间的频率范围称为通频带带宽BW（如图2.47所示），即 UM21即BW LHff第2页/共22页33. 频率失真 由于放大电路的通频带带宽有一定限制，因此对于不同频率的输入信号，可能放大倍数的幅值不同，相移也不同。当输入信号包含多次谐波时，经过放大以后，输出波形将产生失真，这种失真是由于放大电路的频响特性造成的，因此称作频率失真。它是由于线性电抗元件引起的，又称线性失真。它可以分为幅度失真和相位失真。如图2.50（a）所示, 由于对两个谐波成分的放大倍数的幅值不同而引起的失真，称幅度失真；如图2.50（b）所示, 图2.50 频率失真 (a)幅频失真 (b)相频失真 第3页/共22页4图251高通电路及其频率响应 在图251(a)所示高通电路中，设输出电压与输入电压之比为 ，则 uARCjCjRRUUAiou 1111 4. 高通电路第4页/共22页5 式中为输入信号的角频率，RC为回路的时间常数，令 , 则 11 RCLRCfLL 21212 ffjjffjALLLu111111因此将 用其幅值与相角表示，得出：uAffffALLuarctan11|2第5页/共22页6图252低通电路及频率响应图252 (a)所示为低通电路，输出电压与输入电压之比：RCjCjRCjUUAiou 111 5. 低通电路第6页/共22页7回路的时间常数= RC ，令 ，则 1 HRCfHH21212HHuffjjA 1111 可得将 用其幅值与相角表示，得出uA HHuffffAarctan11|2 第7页/共22页8图253高通电路和低通电路的波特图 在研究放大电路的频率响应时，输入信号(即加在放大电路输入端的测试信号)的频率范围常常设置在几赫到上百兆赫，甚至更宽；而放大电路的放大倍数可从几倍到上百万倍；为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时常采用对数坐标，称为波特图。4. 高通电路、低通电路的波特图第8页/共22页9 波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，它们的横轴采用对数刻度 lg f ，幅频特性的纵轴采用 ，单位是分贝(dB)；相频特性的纵轴仍用（0)表示。这样不但开阔了视野，而且还将放大倍数的乘除运算转换成加减运算。|lg20uA高通电路的对数幅频特性为： 21lg20|lg20ffALu低通电路的对数幅频特性为： 21lg20|lg20 HuffA第9页/共22页102.8.2 三极管的频率特性 在中频时，一般认为三极管的共射电流放大系数 是一个常数。但当频率升高时，由于三极管存在极间电容，因此三极管的电流放大作用将被削弱，所以电流放大系数是频率的函数，可以表示如下： ffj10其中 是三极管低频时的共射极电流放大系数； 为三极管的值下降至 时的频率。即可表示成： 0f021201|ffffarctg和则有：201lg20lg20|lg20ff画幅频响应和相频响应的波特图如下图：第10页/共22页11 的波特图 1. 共射截止频率f一般将 值下降到 时的频率定义为三极管的共射极截止频率，用符号 表示。 |0021707.0即f第11页/共22页122. 特征频率fTTf一般以 值下降为1时的频率定义为三极管的特征频率，用符号 表示。当 时， ， ，所以 的对数幅频特性与横坐标轴交点处的频率即是 。 |Tff 1|0|lg20Tf由于通常 1ffT可计算得到 ffT0 上式表明，一个三极管的特征频率 与其共射截止频率 二者之间是互相有关的，而且 比 高的多，大约是 的 倍。 TffTfff03. 共基截止频率f显然，考虑到三极管的极间电容后，其共基电流放大系数也将是频率的函数，此时可表示为 ffj10第12页/共22页13 通常将 值下降为低频时 的0.707倍时的频率定义为共基截止频率，用符号 表示。 |0f 通常将 值下降为低频时 的0.707倍时的频率定义为共基截止频率，用符号 表示。 |0f因为1所以ffjffjffj)1 (1111100000则有0001ff)1 (0以及 可见， 比 高得多，等于 的 倍。由此可以理解，与共射组态相比，共基组态的频率响应比较好。 fff)1 (0 综上所述，可知三极管的三个频率参数不是独立的，而是互相有关，三者的数值大小符合以下关系： fffT第13页/共22页142.8.3 单管共射放大电路的频率响应1. 频率响应的定性分析 在阻容耦合单管共射放大电路的输入端加上不同频率的正弦信号后，其频率响应的电路图如图2.50所示。当信号频率不同时，电压放大倍数的模和相角也将不同，主要原因是放大电路中存在电抗性元件，如隔直电容C1等；另外，三极管本身也存在寄生极间电容，如图2.50所示。这些电容在不同的频段，对放大倍数的影响如下： RL C2 图2.50 放大电路中的电抗性元件 (1) 在中频段，电路中各种电容的影响均可忽略，因此电压放大倍数基本上不随频率变化。由于单管共射放大电路的倒相作用，故输出电压与输入电压间的相差等于180。 第14页/共22页15(2) 在低频段，由于频率降低，使电容的容抗增大。此时，并联在三极管的发射结和集电结上的极间电容的作用可以忽略，但是由于隔直电容C1 、C2的容抗增大，输入电压在电容C1上的压降升高，于是三极管b、e间得到的实际电压减小，因而使电压放大倍数减小。同时，电容C1与放大电路的输入电阻构成一个RC高通电路，因此将产生0+90间的超前附加相位移。同理，输出电压在电容C2上的压降也升高，负载所获得的电压减小，电压放大倍数减小，电容C2与负载电阻构成一个RC高通电路，也将产生0+90间的超前附加相位移。 (3) 在高频段，随着频率的升高，电容的容抗将减小，隔直电容C1 、C2上的压降可以忽略，但三极管极间电容的作用将突现出来，它们并联在电路中，使有效基极电流减小，电压放大倍数降低。而且在电路中形成一个RC低通电路，产生090相位移。 第15页/共22页162. 放大电路的混合型等效电路 在分析放大电路的频率响应时，应该采用考虑了三极管极间电电容的等效电路。 考虑电容效应后，三极管的结构如图2.51(a)所示。其中C be为发射结的等效电容，Cbc为集电结的等效电容。因三极管工作在放大区时集电结被反向偏置，电阻rbc很大，可认为是开路，由此得到图2.51(b)所示的等效电路。由于电阻rce也比较大，等效电路中也将其忽略。此等效电路称为简化的混合型等效电路。 图2.51 三极管的混合参数等效电路 第16页/共22页17 混合参数等效电路中的参数与h参数等效电路的参数间有着一定的联系。低频时，电容Cbe和Cbc的作用可以忽略，则图2.51(b)变成2.52(a)，将它与图2.52(b)中简化的h参数等效电路对比，可得 图2.52 三极管低频混合参数与h参数对比 (a)低频的混合参数等效电路 (b)简化的h参数等效电路 EQebIr26)1 (以及ebbebbrrr还可得到bebbmebmIrIgUg或mVEQIEQImVebrmg2626)1 (第17页/共22页18 混合参数等效电路的两个电容中，一般Cbe比Cbc大得多。其中Cbc的数值通常可从手册中查得，但Cbe的数值一般不易查出。不过可从手册中查出三极管的特征频率fT的数值，然后通过以下公式估算Cbe： TmebfgC2 可以利用米勒定理简化等效模型，即把Cbc折合成两个电容，这两个电容分别接在b、e两端和c、e两端，它们的容值分别为（1+K）Cbc以及 ，其中 。最后得到的单向化的等效电路如图2.53所示，电路中的 。 cbCKK1)/(1RRgKCmcbebCKCC)1 ( 图2.53 单向化的混合参数等效电路 第18页/共22页193. 上、下限截止频率 图2.50所示的放大电路的混合参数等效电路如图2.54所示，由此可近似算出放大电路的上限截止频率fH和下限截止频率fL。 图2.54 单向化的混合参数等效电路 (1) 上限截止频率fH 第19页/共22页20 如图2.54所示，当工作频率较高时，C1 、C2可视为短路。放大电路的上限截止频率主要由输入回路电容 决定。输出回路的上限截止频率fH2一般高于输入回路的上限截止频率fH1，因此，在计算放大电路的fH时，通常是求出输入回路的上限截止频率即可。 C 一般，放大电路的上限频率fH=minfH1,fH2，fH1和fH2分别下列公式计算获得。 CRHf211其中， 。 )/(bSbbebRRrrRcbRCHf212其中， 。 LRcRR 共射放大电路在高频范围的电压增益表达式为 式中 是放大电路的中频增益。 )21)(11 ()(HffjHffjUMAjfUHAUMA第20页/共22页21(1) 下限截止频率fL 在低频时， 和 可以可视为开路，但是隔直电容C1 、C2的容抗所产生的压降就不能不考虑。因此，放大电路的下限截止频率由耦合电容C1 、C2决定，放大电路的下限频率fL=maxfL1,fL2,其中fL1是输入回路的下限截止频率，fL2输出回路的下限截止频率,分别根据以下算式计算得到。 CcbC1121Lf式中11)/(CrRRbebSebbbberrr2221Lf式中2)(CLRCR共射放大电路在低频范围的电压增益表达式为 )21)(1 ()(1fLfjffjUMAjfULAL第21页/共22页22感谢您的观看。第22页/共22页
