第7章频率响应 2013
64页1、频率响应的基本概念晶体管的高频小信号模型单级共射放大器的高频响应共集、共基电路的高频响应场效应管放大器的高频响应放大器的低频响应多级放大器的频率响应建立时间tr与上限频率fH的关系第7章放大器的频率响应7.1频率响应的基本概念幅频特性曲线相频特性曲线7.1.1线性失真及不失真条件一、线性(频率)失真我们知道,待放大的实际信号,占有一定的频谱宽度。如果放大器对其不同频率分量的放大倍数和相移不同,则信号通过该放大器后,使各分量间的比例和相位关系发生改变,从而产生失真。这种失真称为线性(或频率)失真。为便于理解,下面用波形图加以说明。1和31按3比1组合且初相为零1和31按6比1组合但相位关系不变1和31按3比1组合不变但初相相反幅频失真相频失真1.振幅频率失真(幅频失真):信号各频率分量间的相位关系保持不变,而各分量幅度大小的比例关系发生改变所产生的失真。根据图示的两种失真情况,线性失真可分为2.相位频率失真(相频失真):信号各频率分量间幅度大小的比例关系保持不变,而各分量间的相位关系发生改变所产生的失真。必须强调,线性失真是针对多频信号而言的,对于单频正弦波则不存在线性失真问题。这两种失
2、真往往同时出现,只是不同负载对其要求有所不同。实际中,通常对幅频失真更为关注。二.不产生线性失真的条件放大器满足什么条件才能避免产生线性失真呢?显然,要求放大器的放大倍数与频率无关为一常数,同时,放大器对各频率分量的相移要与频率呈线性关系,即为此,其幅频和相频率特性如图示即7.1.2放大器的截止频率和通频带|Au(jf)|fHfL低频区高频区中频区0.707|AuI|AuI|通频带BW0.707上限截止频率fH:当f=fH时,下限截止频率fL:当f=fL时,通频带BW0.707=fHfLfH增益带宽积GBW0.707AuIfH7.2晶体管高频小信号模型和频率参数1.共发射极短路电流放大系数(j)及其截止频率f由于Cbe的影响,将是频率的函数。根据的定义ff00|(j)|0.7070式中为的上限截止频率其幅频和相频特性分别为2.特征频率fTff00|(j)|0.7070特征频率fT定义为|(j)|下降到1所对应的频率。当f=fT时:1fT3.共基极短路电流放大系数(j)及其截止频率f以上三个频率参数都是晶体管的固有参数,在评价晶体管高频性能上是等价的。其中fT应用最广,目前fT可作到几个
3、GHz。因为式中故有7.3频率分析预备知识分析放大器的高频响应和低频响应模型总结出传输函数频率特性与电路元件参数之间关系。一.高频响应模型式中分别为电容开路(即中频)时的传输系数和极点频率。其中用j代替s可得正弦传输函数这正是单极点高频响应的函数表示式。其幅频和相频特性分别为当信号通道并接有一个电容时,电路具有低通特性,其传输函数将产生一个极点,该极点频率即为上限截止频率:S=j一般规律:其中推广二.低频响应模型式中分别为电容短路(即中频)时的传输系数和极点频率。与高频特性不同的是同时出现一个原点处的零点。其中用j代替s可得正弦传输函数这正是单电容低频响应的函数表示式。其幅频和相频特性分别为一般规律当信号通道串接有一电容时,电路具有高通特性,其传输函数将产生一个极点和一个原点处的零点,即由串接电容产生的下限角频率等于串在该电容两端的等效总电阻与该电容乘积的倒数,即R=R1+R2AuI为电容短路时的传输系数。在传输函数中忽略偏置电阻RB1和RB2的影响一、共射放大器的高频小信号等效电路电路中Cbc跨接在输入回路和输出回路之间,使高频响应的估算变得复杂化,所以首先应用密勒定理将其作单向化近
4、似。7.4单级共射放大器的高频响应二、密勒定理以及高频等效电路的单向化模型阻抗Z1为阻抗Z2为跨接在网络N的输入与输出端之间阻抗Z,可分别将其等效到输入和输出端,如图所示:利用密勒定理将电容Cbc的容抗而等效到输出端的阻抗为等效到输入端的阻抗为其中由图示高频等效电路可知三.高频增益表达式及上限频率中频增益AusI为Ci开路时的增益,即上限角频率为其幅频和相频特性分别为-45o十倍频程其幅频和相频特性曲线分别如下-3dB5.7O-5.7O-20dB十倍频程放大器的输入和输出阻抗放大器的输出电阻变为容性阻抗Zo:放大器的输入电阻变为容性阻抗Zi:四.负载电容和分布电容对高频响应的影响若放大器带有较大负载电容CL,则该电容也将引入一上限频率。(与CL相并的总电阻)此时确定放大器的上限频率可分为两种情况:1.两极点频率相差不大(在4倍以内)。根据截止频率定义因HHi,那么Hi即为主极点。此时的波特图如下放大器上限频率HHi主极点五.提高共e放大器上限频率的讨论1.选择Cbe、Cbc和rbb小高频晶体管作为放大管。2.信号源尽可能采用内阻Rs小的电压源。必要时插入输出电阻小的共c放大器隔离。4.
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