电子电路教材

電子電路

參考課本: 電子學Thomas L. Floyd 著

楊棧雲等人譯

(此教材只能用於教學)

放大器頻率響應

本章學習目標

¾討論放大器頻率響應

¾以分貝(dB)表示放大器的增益

¾分析BJT放大器的頻率響應

¾分析FET放大器的頻率響應

¾分析多級放大器的頻率響應

簡介

當大部份放大器在運作時，其頻率是在一個有限的範圍內。我們將討論如何判斷放大器的頻率響應迴路和測量。

基本概念

在前面章節所分析的放大器迴路中，我們忽略了電容的電抗。對於電容常見的特性應該已經知道了。我們將討論電容通過某些頻率的極限。這就叫做放大器的頻率響應。

基本概念

耦合電容C1和C3限制非常低的頻率通過。同樣地在低頻時C2射極旁路電容有較高的阻抗，限制了增益。並且電容會引起信號相位移。

基本概念

在高頻時，BJTs和FETs的內部電容開始起作用限制了增益。還記得在高頻中電抗比較低。

基本概念

米勒定理允許我們觀察內部電容如同外部電容，更好理解它們在頻率響應的影響。

分貝

分貝是電壓增益與頻率響應的共同量測單位。它是一個功率與另一功率或者一個電壓與另一個電壓比值的對數量測。下面的公式可用來計算功率增益與電壓增益的分貝值。

A

p(db)= 10 log A

p

A

v(db)= 20 log A

v

分貝

這是典型電壓增益相對

於頻率的曲線圖，其增

益關係是用分貝量測

的。注意這裡每6dB表

示增益加倍或減半。

分貝

臨界頻率(Critical Frequency)也稱為截止頻率(Cutoff Frequency)，是輸出功率降低到中段範圍功率一半時的頻率，這是相對於功率增益下降3dB。在臨界頻率下，電壓增益下降3dB，約變成中段範圍電壓值的70.7 % 。

dBm是量測功率時常用的單位。這裡的分貝是以1mW功率為

參考值。這裡意指０dBm=1mW。

放大器低頻響應

在低頻交流等效電路中的耦合電容放大器，我們可以看到那裡有三條RC電路，將限制低頻的頻率響應。包括基極的輸入，集極和射極的輸出。

放大器低頻響應在信號輸入電路的影響下所給與的頻

率，在簡化的輸入電路中可以更容易

的被了解。增益下降3dB處的頻率稱

為下臨界頻率(f c)。這個頻率可表示

成如下的公式：

f

= 1/2πR in C1

c

放大器低頻響應電壓增益隨著頻率減少，稱為下降

率(roll-off)。頻率發生十倍改變

量時稱十倍頻(decade)。頻率每降

低十倍，衰減率就下降20dB。這裡

是典型的dB A v相對於頻率的關係

圖。有時候下降率是以dB/二倍頻

(dB/octave)來表示，意指頻率變

成兩倍或減半。

放大器低頻響應

輸出RC電路對頻率的影響與

RC輸入電路類似。下面公式

可以判斷輸出電路的下臨界

頻率。

f c= 1/2π(R C+ R L)C3

放大器低頻響應

相位移發生在低頻當電容阻抗增加時。相位移發生在所有的電容低頻電路的部份。

放大器低頻響應

RC旁路電路是在低頻率下增

益有不同的影響。戴維寧分

析可應用於旁路電路並可遵

循其公式。使用戴維寧定理

與公式在課本中會詳細討

論。

放大器低頻響應

輸入和輸出電容，限制了FET的低頻響應，其工作原理跟BJT相似。計算方式也相似。

放大器低頻響應這張波德圖是表示每個電容頻率響應的累加效果。

放大器高頻響應

高頻響應是由電晶體內部電容所限制的。這些行為像是分流器圍繞著電晶體。注意這些是不被注意到的。詳細的分析可以使用米勒定理來作進一步的討論。

放大器高頻響應

這張波德圖顯示高頻頻率響應。電晶體內部電容對高頻的影響如圖所示。

總頻率響應這張圖顯示耦合電容與內部電容總相加的影響。

總頻率響應

¾在決定多級放大器頻率響應時，必須考慮每一級的頻率響應。¾當每一級的臨界頻率不同時，最低及最高截止頻率決定了頻寬。

¾當每一級的臨界頻率都相同時，將增加其下臨界頻率和減少其上臨界頻率。

總頻率響應

¾頻率響應的量測可以使用函式波產生器和示波器來檢查頻譜圖的輸出電壓。

¾步級響應的量測可以用步級電壓的方式，首先觀察上截止頻率的上升時間和下截止頻率的下降時間。

總結

¾內部和外部電容都會限制頻率響應。

¾臨界頻率或截止頻率是當輸出電壓約在中段範圍電壓70.7%的頻率。

¾高頻響應和低頻響應的判斷主要由臨界頻率決定。¾放大器的頻寬是上臨界頻率與下臨界頻率之差。