第10讲-放大器的通频带
- 格式:ppt
- 大小:180.00 KB
- 文档页数:11
关于通频带,3dB带宽,三阶截点和1dB压缩点,截止频率,频率范围,带宽,特征频率(中心频率),截止频率和增益(db)1.通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在,在输入信号频率较低或较高时,放大倍数的数值会下降并产生相移。
通常情况下,放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。
如图所示为某放大电路的幅频特性曲线。
f1-f2之间为通频带下限截止频率fL:在信号频率下降到一定程度时,放大倍数的数值明显下降,使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为下限截止频率fL。
上限截止频率fH:信号频率上升到一定程度时,放大倍数的数值也将下降,使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为上限截止频率fH。
通频带fbw:fL与fH之间形成的频带称中频段,或通频带fbw。
fbw=fH-fL或者定义为:在信号传输系统中,系统输出信号从最大值衰减3dB的信号频率为截止频率,上下截止频率之间的频带称为通频带,用BW表示通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
"通频带" 英文:passband; transmission bands; pass band;2. 3dB带宽3dB--指的是比峰值功率小3dB(就是峰值的50%)的频谱范围的带宽;6dB--同上,6dB对应的是峰值功率的25%。
3dB带宽指幅值等于最大值的二分之根号二倍时对应的频带宽度幅值的平方即为功率,平方后变为1/2倍,在对数坐标中就是-3dB的位置了,也就是半功率点了,对应的带宽就是功率在减少至其一半以前的频带宽度,表示在该带宽内集中了一半的功率。
3. 关于三阶截点和1dB压缩点1dB压缩点(P1dB)是输出功率的性能参数。
压缩点越高意味着输出功率越高。
P1dB是指与在很低的功率时相比增益减少1dB时的输入(或输出)功率点。
三阶截取点(IP3)是表示线性度或失真性能的参数。
放大电路的通频带
放大电路对不同频率的信号,其放大能力是不一样的,一般情况下,放大电路只适用于放大某个特定频率范围的信号。
在这个频率范围内,不仅放大倍数高,而且比较稳定,曲线比较平坦。
如图所示的这个范围称为中频,中频对应的放大倍数称为中频放大倍数,用Aum表示。
通常说的放大电路的放大倍数就是指这一段频率范围内的放大倍数。
对图分析可知,当信号频率太高或太低时,放大倍数会大幅度下降。
当信号频率下降而使放大倍数下降到中频放大倍数的0.707倍时,这个频率称为下限截止频率,用fl表示。
当信号频率升高而使放大倍数下降到中频放大倍数的0.707倍时,这个频率称为上限截止频率,用fH表示。
从上限频率fH 到下限频率fL之间的频率范围称为通频带,用fBW表示。
在不同的使用场合,放大器对通频带的要求是不同的。
如收音机、电视机的音频放大器对通频带要求较高,至少应在150~6000 Hz的范围内;高保真扩音机的通频带就更宽。
工业自动控制中应用的低频放大器,只在很窄的频率范围内工作,对通频带没有特别要求。
但是在无线电技术中应用的高频、小频放大器对通频带的要求就很高,往往需要在电路上采取展宽通频带的措施,常用的有基极补偿、集电极补偿、发射极补偿或负反馈补偿法等。
在放大电路的通频带中提到过频率特性的概念在放大相频特性幅频特性是描绘输入信号幅度固定,输出信号的幅度随频率变化而变化的规律,即.相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随信号频率变化而变化的规律,即.这些统称放大电路的频率响应.幅频特性偏离中频值的现象,称为幅度频率失真.相频特性偏离中频值的现象,称为相位频率失真.放大电路的幅频特性和相频特性,也称频率响应.因放大电路对不同频率成分信号的增益不同,从而使输出波形产生失真,称为幅度频率失真简称幅频失真.放大电路对不同频率成分信号的相移不同,从而使输出波形产生的失真,称为相频失真.幅频失真和相频失真是线性失真. (动画5-1)产生频率失真的原因是放大电路中存在电抗性元件,例如耦合 =式中.的模和相角分别为由此可做出如图3-61所示的RC低通电路的近似频率特性曲线.幅频特性的X轴和Y轴坐标都采用对数坐标标定.fH称为上限截止频率.当f≥fH时,幅频特性将以(20dB/dec的斜率下降,在fH处的误差最大,有-3dB.当f =fH时,相频特性将滞后45°,并具有(45(/dec的斜率,在0.1 fH和10 fH处与实际的相频特性有最大的误差,其值分别为+5.7(和(5.7(.这种用折线化画出的频率特性曲线称为波特图,是分析放大电路频率响应的重要手段.图3-61 RC低通电路的频率特性曲线3-3.1.2 RC高通电路RC高通电路如图3-62所示.其电压放大倍数为=式中. 即下限截止频率为图3-62 RC高通电路图3-63 RC高通电路的近似频率特性曲线的模和相角分别为由此可做出如图3-63所示的RC高通电路的近似频率特性曲线.3-3.2 双极型三极管的高频小信号模型3-3.2.1 混合π型高频小信号模型(1)物理模型混合π型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的,三极管的物理结构如图3-64所示.图3-64 双极型三极管物理模型图3-65 高频混合π型小信号模型电路图中rbb(基区的体 rb(e 是re归算到基极回路的电阻,Cb(e 是发射结电容,Cb(e 也用Cπ这一符号.rb(c是集电结电阻,Cb(c是集电结电容,Cb(c也用C(这一符号.(2)用gm代替bo根据这一物理模型可以画出混合π型高频小信号模型,如图3-65所示.在高频混合π型小信号模型中将电流源βbo用gmb(e取代.这是因为β本身就与频率有关,而gm与频率无关.推导如下β0反映了三极管内部,对流经rb(e的电流的放大作用.是真正具有电流放大作用的部分,β0 即低频时的β,而gm称为跨导,还可写成由此可见gm是与频率无关的(0和rb(e的比,因此gm与频率无关.若IE=1 mA, gm=1 mA/26 mV≈38 mS.(3)单向化在π型小信号模型中,因存在Cb(c 和rb(c ,对求解不便,可通过单向化处理加以变换.首先因rb(c很大,可以忽略,只剩下Cb(c .可以用输入侧的C((和输出侧的C(((两个电容去分别代替Cb(c ,但要求变换前后应保证相关电流不变,如图3-66所示.图3-66 高频混合π型小信号电路输入侧令放大倍数则定义输出侧所以由于C((<> f( ,所以, fT ≈β0 f(.3-3.3 共发射极接法放大电路的频率特性3-3.3.1 全频段小信号模型对于图3-70所示的共发射极接法的基本放大电路,分析其频率响应,需画出放大电路从低频到高频的全频段小信号模型,如图3-71所示.然后分低,中,高三个频段加以研究.图3-70 CE接法基本放大图3-71 全频段微变等效电路3-3.3.2 高频段小信号微变等效电路将全频段小信号模型中的C1,C2和Ce短路,即可获得高频段小信号模型微变等效电路,如图3-72所示.图3-72 高频段微变等效电路(动画5-2)显然,这是一个RC低通环节,其时间常数(H={[(Rs //R(b)+rbb(]//rb(e}C(π于是,上限截止频率fH=1/(2((H) .设放大电路的中频电压放大倍数为AVSM,其频率特性曲线与RC低通电路相似.只不过其幅频特性在Y轴方向上移了20lg AVSM(dB).相频特性则在Y轴方向下移180(,以反映单级放大电路倒相的关系.3-3.3.3 低频段小信号微变等效电路低频段的微变等效电路如图3-73所示,C1,C2和Ce被保留,C((被忽略.显然,该电路有三个RC电路环节.当信号频率提高时,它们的作用相同,都有利于放大倍数的提高,相当于高通环节,有下限截止频率.图3-73 低频段微变等效电路(动画5-3)(L1=[(R(b //rbe)+RS]C1(L2=(Rc +RL)C2(L3=[Re //(R(S+rbe)/1+(]Ce在波特图上可确定fL1,fL2和fL3,分别做出三条曲线,然后相加.如果 (L在数值上较小的一个与其它两个相差较大,有4~5倍之多,可将最大的fL作为下限截止频率,然后做波特图.当R(b较大,并且Re>>1/(Ce时.为简单起见,将Ce归算到基极回路后与C1串联,设C(e =Ce /(1+().同时在输出回路用戴维宁定理变换,得到简化的微变等效电路,如图3-74所示.所以输入回路的低频时间常数为(L1=(C1 //C(e)( Rs +rbe)图3-74 简化后的低频段等效电路在此简化条件下,低频段的电压放大倍数的复数形式为总电压放大倍数的复数形式为设fL1>fL2,可以画出单级基本放大电路的波特图,如图3-75所示.图3-75 单级基本放大电路的波特图几点结论:1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因,下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定;2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因,上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定;3.由于若电压放大倍数K增加,C(b(e也增加,上限截止频率就下降,通频带变窄.增益和带宽是一对矛盾,所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标;4.CB组态放大电路由于输入电容小,所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE 组态要高许多.3-3 放大电路的频率特性。
关于通频带,3dB带宽,三阶截点和1dB压缩点,截止频率,频率范围,带宽,特征频率(中心频率),截止频率和增益(db)1.通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在,在输入信号频率较低或较高时,放大倍数的数值会下降并产生相移。
通常情况下,放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。
如图所示为某放大电路的幅频特性曲线。
f1-f2之间为通频带下限截止频率fL:在信号频率下降到一定程度时,放大倍数的数值明显下降,使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为下限截止频率fL。
上限截止频率fH:信号频率上升到一定程度时,放大倍数的数值也将下降,使放大倍数的数值等于0.707倍的频率称为上限截止频率fH。
通频带fbw:fL与fH之间形成的频带称中频段,或通频带fbw。
fbw=fH-fL或者定义为:在信号传输系统中,系统输出信号从最大值衰减3dB的信号频率为截止频率,上下截止频率之间的频带称为通频带,用BW表示通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。
"通频带" 英文:passband; transmission bands; pass band;2. 3dB带宽3dB--指的是比峰值功率小3dB(就是峰值的50%)的频谱范围的带宽;6dB--同上,6dB对应的是峰值功率的25%。
3dB带宽指幅值等于最大值的二分之根号二倍时对应的频带宽度幅值的平方即为功率,平方后变为1/2倍,在对数坐标中就是-3dB的位置了,也就是半功率点了,对应的带宽就是功率在减少至其一半以前的频带宽度,表示在该带宽内集中了一半的功率。
3. 关于三阶截点和1dB压缩点1dB压缩点(P1dB)是输出功率的性能参数。
压缩点越高意味着输出功率越高。
P1dB是指与在很低的功率时相比增益减少1dB时的输入(或输出)功率点。
三阶截取点(IP3)是表示线性度或失真性能的参数。