
大学生模电速通多级放大电路频率响应及波特图画法
本文章适用于大学生速通多级放大响应级波特图的画法
观前提醒:本文章适用于大学生速通模电,所以为了节约时间,本文章只讲具体的结论与方法,不讲原理
必备知识
多级放大电路的频率响应
首先我们应该知道,对于多级放大电路来说,其幅频特性应该是: ∣ A u ∣ = ∏ i = 0 n ∣ A u k ∣ \vert A_u \vert= \prod \limits_{i=0}^n \vert A_{uk} \vert ∣Au∣=i=0∏n∣Auk∣,但是一般来说,对于幅频我们一般取对数即 20 l g ∣ A u ∣ = ∑ k = 1 N 20 l g ∣ A u k ∣ 20lg\vert A_u \vert = \sum_{k=1}^{N} 20lg\vert A_{uk} \vert 20lg∣Au∣=∑k=1N20lg∣Auk∣,而其相频特性应该是 φ = ∑ i = 1 N φ k \varphi = \sum_{i=1}^{N} \varphi_k φ=∑i=1Nφk
即多级放大电路的增益为各级放大电路增益之和,相移也为各级放大电路相移之和
多级放大电路的上下限频率估算
对于下限截止频率来说,其公式为: f L ≈ 1.1 ∑ k = 1 N f L K 2 f_L \approx 1.1\sqrt{\sum_{k=1}^Nf_{LK}^2} fL≈1.1∑k=1NfLK2
对于上限截止频率来说,其公式为: 1 f h ≈ 1.1 ∑ k = 1 N 1 f H K 2 \frac{1}{f_h} \approx 1.1\sqrt{\sum_{k=1}^N\frac{1}{f_{HK}^2}} fh1≈1.1∑k=1NfHK21
分析思路
首先折线化波特图的分析思路
1.定性划分频段
- 斜率为零(即水平)的折线对应中频段。(粗略、不精确)
- 中频段左侧,斜率为正(>0)的折线对应低频段
- 中频段右侧,斜率为负(<0)的折线对应高频段
2.中频段分析
- 中频电压放大倍数的数值 ∣ A u m ∣ \vert A_{um} \vert ∣Aum∣,中频段的附加相移为0
- 注:由于共射、共源放大电路为反相输出(相移-180°)
- 因此在未确定放大电路的级数和各级的构成时,输入与输出之间可能同向也可能反向
3.低频段分析
- 根据拐点两侧折线的斜率之差,来确定单级下限频率。
- 若斜率之差为 20 dB/十倍频,则拐点处只有一个下限频率:
- 若斜率之差为40 dB/十倍频,则拐点处有两个下限频率:
- 以此类推…
- 同理高频段(只是为-20dB/十倍频,-40…
4.电压放大倍数
A ˙ u = ± ∣ A ˙ u m ∣ ⋅ ∏ k = 1 N 1 j f f L k 1 + j f f L k ∙ ∏ k = 1 N 2 1 1 + j f f H k \dot{A}_{u}= \pm\left|\dot{A}_{u m}\right| \cdot \prod_{k=1}^{N_{1}} \frac{j \frac{f}{f_{L k}}}{1+j \frac{f}{f_{L k}}} \bullet \prod_{k=1}^{N_{2}} \frac{1}{1+j \frac{f}{f_{H k}}} A˙u=± A˙um ⋅∏k=1N11+jfLkfjfLkf∙∏k=1N21+jfHkf1
5.附加相移
- 中频段的附加相移: 0 ° 0\degree 0°
- $ 对每一个单级下限频率 f L k f_{\mathrm{Lk}} fLk , 附加相移: φ L k = { + 9 0 ∘ f ≤ 0.1 f L k + 4 5 ∘ f = f L k + 0 ∘ f ≥ 10 f L k \varphi_{L k}=\left\{\begin{array}{ll}+90^{\circ} & f \leq 0.1 f_{L k} \\ +45^{\circ} & f=f_{L k} \\ +0^{\circ} & f \geq 10 f_{L k}\end{array}\right. φLk=⎩ ⎨ ⎧+90∘+45∘+0∘f≤0.1fLkf=fLkf≥10fLk
- 对每一个单级上限频率 f H k , 附加相移 : φ H k = { − 0 ∘ f ≤ 0.1 f H k − 4 5 ∘ f = f H k − 9 0 ∘ f ≥ 10 f H k 对每一个单级上限频率\boldsymbol{f}_{\mathrm{Hk}} , 附加相移: \varphi_{H k}=\left\{\begin{array}{ll}-0^{\circ} & f \leq 0.1 f_{H k} \\ -45^{\circ} & f=f_{H k} \\ -90^{\circ} & f \geq 10 f_{H k}\end{array}\right. 对每一个单级上限频率fHk,附加相移:φHk=⎩ ⎨ ⎧−0∘−45∘−90∘f≤0.1fHkf=fHkf≥10fHk
6.单管共射放大电路相移
对于中频段来说单管共射放大电路相移自带 − 180 ° -180\degree −180°(由于笔者不考共源所以笔者也不知道共源放大电路的相移)
手把手例题教学
观察到只有一个下限频率那么可以将原式子变换成 A ˙ s = 2000 j f 10 ( 1 + j f 10 ) ( 1 + j f 1 0 4 ) ( 1 + j f 1 0 5 ) \dot{A}_s=\frac{2000 \mathrm{j\frac {f} {10}} }{\left(1+\mathrm{j} \frac{f}{10}\right)\left(1+\mathrm{j} \frac{f}{10^4}\right)\left(1+\mathrm{j} \frac{f}{10^5}\right)} A˙s=(1+j10f)(1+j104f)(1+j105f)2000j10f,那么由此可以得出 A u m = 2000 , f l = 10 , f h 1 = 1 0 4 , f h 2 = 1 0 5 A_{um}=2000,f_l=10,f_{h1}=10^4,f_{h2}=10^5 Aum=2000,fl=10,fh1=104,fh2=105由于 f h 1 < < f h 2 , 所以 f H ≈ 1 0 4 f_{h1} << f_{h2},所以f_H \approx10^4 fh1<<fh2,所以fH≈104综上 A u m = 2000 , f L = 10 , f H = 1 0 4 A_{um} = 2000,f_L=10,f_H=10^4 Aum=2000,fL=10,fH=104
下面来画波特图
由 20 l g ∣ A u m ∣ ≈ 66 d B 20lg\vert A_{um} \vert \approx 66dB 20lg∣Aum∣≈66dB,由于是两级放大电路且其放大倍数是正数那么自带的相移为 0 ° 0\degree 0°,由于下限频率只有一个那么只会有一个拐点斜率为20dB/十倍频,而上限频率有两个就会有两个拐点斜率分别为-20dB/十倍频,和-40dB/十倍频
而对于相移图来说,其中频为 0 ° 0\degree 0°左侧为当f为下限截止频率,其附加相移为 45 ° 45\degree 45°,当 f < 0.1 f L f<0.1f_L f<0.1fL其附加为 90 ° 90\degree 90°,右侧同理,那么就能画出其波特图为下图
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