模电基础 - 放大电路的频率响应

目录

一. 简介

二. 频率响应的基本概念

三. 波特图

四. 晶体管的高频等效模型

五. 场效应管的高频等效模型

六. 单管放大电路的频率响应

七.多级放大电路的频率响应

八. 频率响应与阶跃响应


一. 简介

放大电路的频率响应是指在输入不同频率的正弦信号时,电路的放大倍数随频率变化的特性。

在低频段,由于耦合电容和旁路电容的存在,其容抗增大,导致信号衰减,放大倍数下降。

在高频段,晶体管的极间电容以及电路中的分布电容等的影响不可忽略,它们会使放大倍数随频率升高而降低。

通常用幅频特性和相频特性来描述频率响应。幅频特性表示放大倍数的模与频率的关系,相频特性表示输出信号与输入信号的相位差与频率的关系。

频率响应的性能指标主要包括通频带(BW),即放大倍数下降到中频放大倍数的 0.707 倍时所对应的上下限频率之差。

了解放大电路的频率响应对于设计和优化电路,以满足特定的频率要求非常重要。

二. 频率响应的基本概念

频率响应是指系统或电路对于不同频率的输入信号所产生的响应特性。

从数学角度来看,它描述了系统或电路的输出信号的幅度和相位随输入信号频率变化的规律

对于一个线性时不变系统,当输入一个正弦波信号时,输出通常也是一个正弦波,但输出正弦波的幅度和相位可能会随着输入正弦波的频率而变化。

幅度的变化反映了系统对不同频率成分的增益特性,而相位的变化则反映了系统对不同频率成分的延迟特性。

在频域中,通常用幅频特性曲线来表示幅度随频率的变化关系,用相频特性曲线来表示相位随频率的变化关系。

频率响应能够帮助我们了解系统或电路在处理不同频率信号时的性能,例如在通信系统、音频处理、控制系统等领域中,通过研究频率响应可以评估系统的带宽、滤波特性、稳定性等重要指标,从而优化系统设计和性能。

三. 波特图

波特图是一种用于表示频率响应的图形工具。

它由幅频波特图和相频波特图组成。

幅频波特图:横坐标是频率(通常采用对数刻度),纵坐标是增益(通常用分贝,dB 表示)。增益 = 20log₁₀(Au),其中 Au 是电压放大倍数。通过幅频波特图,可以直观地看出放大电路在不同频率下的增益变化情况,比如通频带、上限截止频率和下限截止频率等。

相频波特图:横坐标同样是频率(对数刻度),纵坐标是输出信号与输入信号的相位差。相频波特图能反映出电路在不同频率下的相位延迟或超前情况。

波特图的优点在于能够清晰地展示频率响应在很宽频率范围内的变化趋势,尤其是在高频和低频区域的特性,方便对电路的性能进行分析和设计。

四. 晶体管的高频等效模型

晶体管的高频等效模型用于分析晶体管在高频信号作用下的特性。

常见的高频等效模型有混合π型等效模型。在这个模型中,考虑了晶体管内部的极间电容,包括发射结电容 Cbe、集电结电容 Cbc 。

Cbe 是发射结的扩散电容,与发射结的正向电流有关。Cbc 是集电结的势垒电容。

此外,还引入了受控电流源 gmVbe 来表示晶体管的电流放大作用,其中 gm 是跨导。

这些电容的存在会在高频信号下影响晶体管的放大性能,导致放大倍数随频率升高而下降。

通过高频等效模型,可以更准确地分析晶体管在高频工作时的频率响应、增益带宽等特性,从而为高频放大电路的设计和优化提供依据。

五. 场效应管的高频等效模型

场效应管的高频等效模型主要考虑了管子内部的极间电容的影响。

对于结型场效应管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET),其高频等效模型类似。

以 MOSFET 为例,高频等效模型包括:

  1. 输入电容 Cgs :栅极和源极之间的电容。
  2. 输出电容 Cds :漏极和源极之间的电容。
  3. 反馈电容 Cgd :栅极和漏极之间的电容。

这些电容在高频信号下会分流输入和输出信号,从而影响场效应管的放大性能和频率响应。

在高频等效模型中,通常还会用受控电流源来表示场效应管的电流控制作用。

通过这个频等效模型,可以更精确地分析场效应管在高频工作时的特性,为高频放大电路的设计提供重要参考。

六. 单管放大电路的频率响应

单管放大电路的频率响应描述了其放大倍数随输入信号频率变化的关系。

在低频段,耦合电容和旁路电容的容抗不能忽略,会导致信号衰减,使放大倍数下降。

在高频段,晶体管内部的极间电容(如发射结电容、集电结电容等)的影响逐渐显著。这些电容会分流输入信号,从而降低放大倍数。

通常,单管放大电路的幅频响应呈现出在中频段放大倍数基本恒定,在低频段和高频段逐渐下降的趋势。相频响应则表示输出信号相对于输入信号在不同频率下的相位差。

影响单管放大电路频率响应的因素包括晶体管的参数、电路中的电容和电阻值等。通过合理选择电路元件参数和采用补偿技术,可以改善单管放大电路的频率响应,扩展其通频带,以满足不同应用场景的需求。

七.多级放大电路的频率响应

多级放大电路的总频率响应取决于各级放大电路的频率响应。由于每一级都有自己的上限截止频率和下限截止频率,多级级联后,整个电路的上限截止频率降低,下限截止频率升高,通频带变窄。

在分析多级放大电路的频率响应时,通常可以先分别考虑各级的频率响应,然后根据级联的关系进行综合。

对于低频段,主要受耦合电容和旁路电容的影响,级数越多,这些电容的影响累积越大,导致低频特性变差。

对于高频段,主要受晶体管极间电容和分布电容的影响,每级的增益和带宽乘积近似为常数,级数增加,总增益增大,总带宽减小。

为了改善多级放大电路的频率响应,可以采用补偿技术,如滞后补偿、超前补偿等,以扩展通频带,提高电路的性能

八. 频率响应与阶跃响应

频率响应和阶跃响应是描述电路或系统动态特性的两种不同方式。

频率响应主要关注系统对不同频率正弦输入信号的幅度和相位响应。它通过分析系统在不同频率下的增益和相位变化,来评估系统对不同频率成分的处理能力,例如带宽、通频带、截止频率等。

阶跃响应则是系统对阶跃输入信号(即从一个稳态值突然跳变到另一个稳态值的信号)的输出响应。通过观察阶跃响应,可以了解系统的上升时间、超调量、调节时间等指标,从而评估系统的瞬态性能,例如系统的响应速度、稳定性和准确性等。

频率响应和阶跃响应之间存在一定的关系。一般来说,具有良好频率响应特性(例如较宽的带宽)的系统通常也会具有较好的阶跃响应特性(例如较快的响应速度和较小的超调量)。但具体的关系取决于系统的具体结构和参数。

总之,频率响应和阶跃响应从不同角度反映了系统的动态性能,在电路和系统的分析与设计中都具有重要的作用。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/bicheng/42866.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

Linux基础-管道命令

管道命令 一、概述二、常见用法1. 统计某个目录下的的文件个数2. 对目录下的排序并抓取关键词保存到文件中3. 获取一个目录下的所有子目录名称 一、概述 管道命令是非常有用的工具。在日常工作中用的非常多,他其实是一个并连命令的高级版。用一句话来概括 "把…

【MySQL】MySQL连接池原理与简易网站数据流动是如何进行

MySQL连接池原理与简易网站数据流动是如何进行 1.MySQL连接池原理2.简易网站数据流动是如何进行 点赞👍👍收藏🌟🌟关注💖💖 你的支持是对我最大的鼓励,我们一起努力吧!😃&#x1f60…

SSM高校学生综合测评系统-计算机毕业设计源码16154

摘要 随着互联网时代的到来,同时计算机网络技术高速发展,网络管理运用也变得越来越广泛。因此,建立一个BS 结构的高校学生综合测评系统,会使高校学生综合测评系统工作系统化、规范化,也会提高高校学生综合测评系统平台形象,提高管理效率。 本学生综合测评系统是针对目前高校学生…

君方智能设计平台-对象持久化技术方案

1.背景介绍 1.1序列化功能 序列化是将复杂的图形对象、数据结构或对象转换成一种可被存储、传输或分享的格式的过程。这个格式通常是二进制或文本形式,能够轻松地保存在文件中或通过网络发送到其他应用程序。序列化的目的是将数据持久化,使其在不同时间…

Java中的消息中间件与异步通信实现

Java中的消息中间件与异步通信实现 大家好,我是免费搭建查券返利机器人省钱赚佣金就用微赚淘客系统3.0的小编,也是冬天不穿秋裤,天冷也要风度的程序猿! 消息中间件和异步通信在现代软件系统中扮演着重要角色。它们可以帮助解耦系…

【代码随想录算法训练营第六十二天|卡码网108.冗余连接、109.冗余连接II】

文章目录 108.冗余连接109.冗余连接II 108.冗余连接 就是对输入进来的边判断是否在一个并查集中,在的话就把这个删除了,不再就加入并查集中。 n int(input()) father [0] * (n1) def init():for i in range(n1):father[i] idef find(u):if father[u…

服务器本地部署文件服务器minio

minio类似于阿里云的OSS,为不方便把图、文、日志等形式的文件保存在公有云上的,可以在自己的服务器上部署文件服务器 看过本人前几个文章的,使用docker就会很快上手部署,直接上所有代码 #添加镜像 docker search minio docker p…

干货丨做新媒体运营,你必须了解的5大平台规则

5大平台必看规则 01.小红书 平台特性 小红书是一个以生活方式分享为主的“社区+电商”平台。 其中80%都是女性用户拥有精准的女性流量,是美妆护肤、潮流包包的种草地!小红书整体的内容围绕的是精致、极简、自律、丰富有趣的生活。 用户画像…

怎么给电子文档批量盖骑缝章或公章?

怎么给电子文档批量盖骑缝章或公章?假如你有100个PDF电子文档要同时盖缝章,如果不借助专业的盖电子骑缝章软件,还真不好干。下面讲述如何利用e-章宝批量盖电子骑缝章。 1.在软件中导入待批量盖章的PDF文件 如下图,在“待盖章PDF文件”区域…

aws slb

NLB 目标组 Target is in an Availability Zone that is not enabled for the load balancer 解决: https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/elasticloadbalancing/latest/network/load-balancer-troubleshooting.html 负载均衡器添加 后端EC2 所在的vpc网段即可。…

谨慎投稿!这本EI期刊正在被“劫持”!

Journsl ofTisniin lniversity Seience and Technology《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》创刊于l955年,月刊,全国核心期刊,天津市一级期刊。该刊是由天津大学主办的综合性学术刊物,主要刊登自然科学和…

这款拖拽式大屏设计神器,太惊艳了!收藏吧!

概念​ 可视化大屏是当今信息时代的一种重要技术工具,它以大屏幕为显示终端,通过图形、图表、地图等形式将大量数据和信息直观地呈现出来,帮助用户更好地理解和分析数据。 JVS智能BI的可视化大屏从界面布局、色彩搭配,到图表类型…

一个生成4种UUID的Typescript代码(不依赖任何库)

最近写个uni-app前端,由于要兼容小程序环境,标准几个npm里的库都不能用了。看了下网上的uuid js库,再加上short-uuid的源码。一并输入GPT敲打了几个来回后,得到这样的代码: uuid.ts enum UUIDFormat {CookieBase90,F…

大模型推理加速调研(框架、方法)

大模型推理加速的目标是高吞吐量、低延迟。吞吐量为一个系统可以并行处理的任务量。延时,指一个系统串行处理一个任务时所花费的时间。调研了一些大模型推理的框架。 框架llama.cpprtp-llmvllmTensorRT-LLMLMDeployfastllm语言Chttps://github.com/ggerganov/llama…

SpringBoot项目——送水管理系统

1、导入坐标 坐标作用pagehelper-spring-boot-startermybatis分页插件spring-boot-starter-thymeleafJSP模板引擎mybatis-spring-boot-startermybatisspring-boot-starter-webwebspring-boot-starter-testtestlombok不需要再写getter、setter或equals方法,只要有一…

通过,注解@value,读取配置文件中的数据(并设置默认值)

1.定义配置类 import lombok.Data; import org.springframework.beans.factory.annotation.Value; import org.springframework.cloud.context.config.annotation.RefreshScope; import org.springframework.stereotype.Component;/*** lecheng云相关配置*/ Component Data Re…

3D问界—什么是blender,与MAYA有什么区别

问题提出:什么是blender,与MAYA有什么区别 Blender 是一个开源的、免费的 3D 建模和动画软件,广泛应用于各种领域。它提供了丰富的功能和工具,适用于从业余爱好者到专业艺术家的不同需求。 1. Blender 的主要用途和功能 属 性描述…

Vue2基础 13:内置指令

内置指令 1 指令梳理2 补充指令2.1 v-text2.2 v-html2.3 v-cloak案例--延迟引入vue造成js阻塞 2.4 v-once案例--点击按钮1并展示初始的值 2.5 v-pre 1 指令梳理 前面几节的基础学习已经用到了部分的指令,先梳理一下。 指令描述v-bind单向绑定解析表达式&#xff0…

零件机加工行业数字化转型,HSMES助您一臂之力!

由于刀具磨损、切削参数不合适以及机床老化等问题,导致加工效率低下;随着产品精度的不断提高,对加工技术的要求也越来越高。然而,许多企业缺乏先进的加工技术和经验,导致产品质量不稳定,难以满足客户需求&a…

解决Spring Boot中的安全漏洞与防护策略

解决Spring Boot中的安全漏洞与防护策略 大家好,我是微赚淘客系统3.0的小编,也是冬天不穿秋裤,天冷也要风度的程序猿! 1. Spring Boot安全漏洞的现状与挑战 在当今软件开发中,安全性是至关重要的一环。Spring Boot作…