模拟电路系列文章-频率响应的描述

目录

概要

整体架构流程

技术名词解释

技术细节

1.为什么受频率的影响

2.频率响应

小结

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概要

提示：这里可以添加技术概要

       电容和电感是储能元件，对不同频率的交流信号，它们具有不同的感抗或者容抗。虽然它们不消耗功率，但同电阻一样，也起到了阻碍电流的作用。其中，电容的容抗、电感的感抗（单位均为Q）随频率变化的表达式为︰

        Zc=1/jwc；1/j2Πfc；

       其中信号的角频率o = 2ntf，f是信号频率，单位是Hz，C是电容值，单位为F，L是电感值，单位是H。
       可以看出，在低频段，电容的容抗较大，而电感感抗较小。在高频段，电感的感抗较大，而电容的容抗较小。

整体架构流程

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例如：
在语言模型中，编码器和解码器都是由一个个的 Transformer 组件拼接在一起形成的。

技术名词解释

提示：这里可以添加技术名词解释

例如：

• Bert
• GPT 初代
• GPT-2
• GPT-3
• ChatGPT

技术细节

1.为什么受频率的影响

        晶体管放大电路中，一般存在实体电容，用于实现输入、输出的信号耦合，比如共射极放大，它们的存在，一方面能够实现频率较高的信号顺利通过它，进入到晶体管的基极，另一方面，它们又隔绝了输入信号可能存在的直流电压，使得放大电路的静态工作点不受信号源的影响。究其内在原因，在于此电容对高频输入信号，具有非常小的容抗，而对于直流电压[OHz]则具有无穷大的容抗。那么问题来了，当输入信号介于高频和直流量之间，比如几Hz时，放大电路的放大倍数是多少呢?

         这就是信号频率变化对放大电路的性能产生的影响，本节我们就研究这个。
        其实，放大电路性能受频率的影响，远不止如此一个例子。显然，电感的存在是另一个例子。还有，就是杂散参数。
        任何一个实体元件，我们称之为宿主，它都存在寄生杂散，包括杂散电容和杂散电感。所谓的杂散电容或者杂散电感，是指在信号频率很高时呈现出来的，由于器件本身固有形状、尺寸、介质等产生的，极其微小的电容或者电感。

       任何一根导线，都存在电感，任何两个导体之间，都存在电容。因此，杂散电感一般串联于宿主，而杂散电容并联于宿主。
       以电阻器为例，它有两个端子，在中低频时，两端呈现为一个固定的电阻值。但是，电阻器的外部引线、电阻体，都呈现为一个微小的电感，在中低频时，它们的感抗极小，串联于宿主电阻，起不到什么作用。但是在频率超高时，感抗joL可以变得很大，甚至超过电阻值，就不能再忽视它的存在了。同时，它的两个端子之间，还存在微小的杂散电容，与端子大小、相距距离、中间介质的介电常数都有关系。

2.频率响应

        放大电路的频率响应，是指放大电路面对不同频率的交流输入信号，所表现出来的不同的性能，包括“增益随频率的变化规律——简称幅频特性”、“输入输出相位差随频率的变化规律——简称相频特性”。
       一个交流阻容耦合单管共射极放大电路。对低频输入信号，电容C的存在，会在输入信号回路中产生明显的阻抗，对同样大小的u，低频时i比高频时的i。要小，进而导致输出信号也小，也就是放大倍数下降。可以清晰看到这个规律。电容C起到了相同的作用，也是阻碍低频信号的通过。
       幅频特性图中，随着频率的上升，放大电路的放大倍数在频率为200kHz 以后，开始逐渐下降。这也是电路中的电容在捣鬼，也许是实体电容，也许是晶体管的杂散电容。
总之，通过上述分析，我们应该知道，一个放大电路，由于电容、电感等储能元件的存在，必然会引起放大电路性能随输入信号频率而改变。由此绘制出的幅频特性图，以及相频特性图，统称为频率特性图，就是我们要研究的对象。

 3.中频区和中频响应

       图中从100Hz~100kHz，增益A是平坦的，约为38dB，相移也是平坦的，约为-180(因我选用的放大电路是共射级电路，输入输出是反相的)，这一频段一般被称为中频区。在中频区一般不考虑电容、电感的存在。
       中频区的概念所示。严格说，中频区这个名词，更应该叫做平坦区。就是指不考虑电容、电感存在时的，增益相对较为平坦的频率范围。但，大家都这么叫，我们就沿用吧。

      中频区的增益，用Am表示，可以是倍数，也可以是dB。

        特别注意，所谓的低频段、高频段，都不是确定的范围，而是针对中频段而言的。而中频段本身，也不确定，随不同的放大电路而不同。比如音频放大电路，中频段在20Hz~20kHz，低频段则是20Hz 以下，20kHz 以上就是高频段。而视频放大电路，几 MHz为中频段，手机通信中的放大电路，则是以几百MHz、几 GHz为中频段的。

4.低通带通高通

左图是低通环节的幅频特性，它的特点是，0Hz到某个频率之间是中频区，其增益是近似不变的，为中频增益Am，此后随着频率的上升，增益开始下降，直至增益变为0。它具有上限截止频率f币。
中间图是高通环节的幅频特性，它的特点是，从无穷大频率到某个频率之间是中频区，其增益是近似不变的，为中频增益Am，此后随着频率的下降，增益开始下降，直至增益变为0。它具有下限截止频率f。
右图是带通环节的幅频特性，它的特点是，中间一个频率区域为中频，其增益是近似不变的，为中频增益Am。左侧，随着频率的下降，增益开始下降，直至增益变为0，具有下限截止频率f。右侧，随着频率的上升，增益也开始下降，直至增益变为0，具有上限截止频率f币。
研究放大电路的频率响应，就是要计算出这两个关键的特性曲线，并求解出这些频段的分界线，用上限截止频率f币、下限截止频率f等参数来描述它。

 

 

小结

本节主要介绍了一些基本知识，为此，我们先得从最基本的阻容单元开始，分析其频率响应。