放大电路的频率响应

放大电路的频率响应 一、什么叫频率响应,如果放大电路的幅频特性是一条水平线，好不好, 答:频率响应(或率特性)是一个电路或系统的输出量与输入量(一般都是电压)之比(传输系数或增益)和输入信号的频率之间的关系。因为这个比值一般是复量，所以频率响应又可分为幅频特性和相频特性。频率响应的画法有多种。一种是以频率为参量，把电路或系统的传输系数或增益在不同频率下的幅值和对应的相位画在极坐标平面上。这就是幅相特性，在自动控制理论中经常用到。另一种就是在本课程中使用的对数幅频特性和相频特性。只要电路或系统中有电抗元件，因为它们的电抗随频率变化，电路或系统的传输系数或增益就将随频率的变化而变化。在放大电路中，影响频率响应的是耦合电容、旁路电容(低频段)、管子结电容和电路中的寄生电容(高频段)。如果放大电路的幅频特性是一条水平线，也就是说放大电路对不同频率的输入信号有相同的放大，看起来很理想，实际上是不行的。因为对放大电路有影响的外界干扰的噪声往往是高频的，如果幅频特性是水平线，干扰对电路的影响将很大，这样的放大电路是不能政党工作的。理想的频率特性应该是:下限截目频率fL低于输入信号中的最低频率，而上限截止频率fH高于输入信号中的最高频率。 二、在工作频率f低时，晶体管的。在f高时，β又为什么下降, 答:在晶体管手中查出的管子的电流放大系数，一般是在信号频率较低(例如1KHz)时测定的。对于共射接法，通常用示。如果不断提高测试频率，则β先是保持低频值不变，而当频率进一步提高后，它就开始下降(图5-01)。这是因为晶体管的电流是由发射结出发，经基区输送，集电结收集，再经集电区体电阻送到外电路的。(,)就发射结而言，它可以等效为电阻re和电容CTe的并联。通过结电容 的电流对基区不起注入作用。当信号频率升高时，通过CTe的电流变大，发射结的发射效率就下降。另外，对CTe的充放电需要一定时间，这就使注入基区的 电流的增大比发射区的电流的处升要慢。总之，由结电容的存在，不仅使发射效率下降，而且使注入电流的变化相对于发射结电流有时间延迟。(,)从发射区注入基区的电子从发射结边缘移动到集电结边缘，要有一个基区渡越时间τb，而且不同的电子τb也不同，有分散性，当频率提高时，τb的分散性就不能忽略。这样，集电结收集到的信号波形会展宽，幅度也会变小。(,)当信号频率 较高时，基区电子穿过集电结时，也有一定的分散，所以穿过结到达集电区的电子电流减小了，这也使电流放大系数下降。(,)最后，电子在进入集电区后，流过集电区的体电阻，造成电压降，引起集电结电压变化。这样，又要对集电结势垒电容充放电，再次引起信号延迟和幅度减小。上述四个因素都使晶体管的β随信号频率的升高而下降。 三、在画出放大电路的截止频率和高频微变等效电路后，采用时间常数法决定电路的下限和上限截目频率，其根据是什么,要注意些什么, 答:以图5-02(a)的电路为例，它的低频和高频微变等效电路如图5-03和5-04。 要决定电路的截止频率，应该从等效电路写出相应的传递函数，画出频率特性，然后根据截止频率的定义来求。但是，这样做比较繁琐。实际上，在放大电路中， US到输出Uo有一系列的信号传递过程，每一个过程都要涉及某些,,电从输入 路这些,,电路的时间常数就决定着电路的截止频率。 以低频段为例。从US到Uo有两个信号传递过程:一是从US到Ib，一是从βIb到Uo前一过程涉及两个电容C1和Ce。先单独考虑C1，同时认为Ce短路。此时，高通 电路的频率特性，它在处有一个向下的转折，斜率为 ，这个转折决定了放大电路的下限截止频率。在时间常数法中，求 C1的下限截止频率时，先求，现时求，对应于 和上面通过写频率特性的求法是完全一致的。 再看高频段的情况。从US到Uo有两个过程:一个是从US到Ub'e，它涉及电容C'π另一个过程由gmUb'e到 ，它不涉及电容。对前一过程， 这是一个低通电路的频率特性，它在处有一个向下斜率为-20dB/dec的转折，这个转折决定了放大电路的上限截止频率。在时间常 数法中，先求对应于C'π的时间常数再求 ，两者是完全一样的。 在应用时间常数法求上下限截止频率时，要注意信号的传递过程，所涉及的,,电路，并正确地求出其时间常数。例如，在低频段，当考虑电容Ce的作用时，信号传递的第一个过程是从US到Ib，涉及的电容是Ce，此时C1被认为是 短路。把图5-04上点b以左的电路化为U'S与R'S的串联电路其中 ，并令，则经过推导可 得出 这一过程涉及两个时间常数。通常， ，而。在时间常数法中，对应于的所以影响低频特性的主要是τ2Ce ，和前面算出的 主要的τ2完全相同。 四、如何用混合参数II型等效电路说明共基和共集放大电路的高频响 应比共射电路好, 答:共基放大电路的交流通路和高频微变等效电路如图5-05。rbb' 和Cμ数值不大，可以忽略，从图5-05(b)看出，由于输入和输出之间没有反馈电容，因而不存在因密勒疚而必须将Cμ折算到输入回路的问题。这样，输入端的电容只有π，它比共射电路中的π要小得多。这样， 所在π回路的时间常数CC'C τ要比共射电路小得多，相应的上限截止频率也要大得多。所以共基放大电路的高频响应比共射放大电路好，共基电路常用于高频和宽频带低输入阻抗的场合。 共集放大电路的简化交流通路如图5-06。由图可见，因为它的集电极交流接地，所以管子b-c极之间的结电容Cπ对输入电流的分流作用减小了。这时从基极向管内看进去Cπ的等效电容就是Cπ，而不是共射放大电路中的 。另一方面，由于射极接有R'e，使b-e极之间的极间电容Cπ对输入电流的分流作用也减小了。因此，共集放大电路的高频特性也比一般的共射放大电路好得多。 五、当放大电路中的管子和信号源选定之后，电路的增益一带宽积GBP也就大体 高，但在共基电路中在数值上和共上因定了。对共集电路，，所以fHAu射电路相近，也比较大，为什么还用于高频和宽带放大, 答:应该指出，放大电路的增益,带宽积还与电路的组态有关。在上题中已经分析过，共基电路的上限截止频率fH要比共射电路大得多。因此，虽然共基电路的电压增益Au在数值上和共射电路相近，但它的,,,要比共射电路大得多。另外，和共集电路相比，虽然高频特性都比共射电路好得多，但共基电路的电压增又要大得多。所以，共基电路广泛用于高频和宽频带放大。 六、在用混合参数II型等效电路分析放大电路的频率响应时，如果在同一频段内有两价目以上的τ起作用 ，而且两者相差4-5倍以上时，就取最小的(对低频段)或最大的(对高频段)作为决定截止频率的τ，这是为什么, 答:对低频段，如果有两个以上的τ起作用，它们对应着， ，则根据估算多级放大电路下限截目5-13，电路的。如果，即则只取fL1作为下限截止频率，与按上式的估算结果只差(2-3),。这样，完全有理由取最小的τ来估算放大电路的下限截止频率。对高频段，情况与比相似。