頻率響應(yīng)的測(cè)量
發(fā)布時(shí)間:2011/12/17 11:18:28 訪問次數(shù):4201
雖然我們以BJT放大器當(dāng)作說明范例,但是這些方法對(duì)BJT和FET放大器都能同時(shí)適用。我們將重點(diǎn)放在求出兩個(gè)主要臨界頻率。我們可以利用這些數(shù)值求出頻寬。
在學(xué)完本節(jié)后,我們應(yīng)該能夠:測(cè)量放大器的頻率響應(yīng);使用頻率與振幅的測(cè)量值來求出放大器的臨界頻率;了解脈沖特性與頻率的關(guān)系;辨識(shí)頻率響應(yīng)對(duì)脈沖波形的影響;使用步級(jí)響應(yīng)( step-response)的測(cè)量方法來求出放大器的臨界頻率。
1.頻率與振幅測(cè)量
圖10. 44(a)所示為測(cè)試放大器電路板的儀器安裝方式。圖中同時(shí)也顯示出電路板的線路圖。將放大器輸入端接上正弦波信號(hào)源,并且將雙通道示波器連接到放大器的輸入端以及輸出端。將輸入頻率設(shè)定在中段范圍,并且調(diào)整輸入振幅,以便能夠建立輸出信號(hào)參考等級(jí),如圖10. 44(b)所示。中段范圍的輸出電壓參考等級(jí)應(yīng)該設(shè)定在放大器線性操作區(qū)域中的一個(gè)方便計(jì)算的數(shù)值,例如lOOmV,1V,10V,以此類推。在這個(gè)說明例子中,我們將輸出信號(hào)電壓峰值設(shè)定為1V。
其次,調(diào)降輸入電壓頻率直到輸出電壓峰值減少為0.707V。在調(diào)降輸入信號(hào)頻率的過程中,輸入信號(hào)振幅必須保持不變。因?yàn)檩斎胄盘?hào)源的負(fù)載效應(yīng)隨頻率而改變,所以重新調(diào)整輸入電壓是必要的。當(dāng)輸出電壓成為0.707V時(shí),測(cè)量此時(shí)的頻率值,這個(gè)頻率值就是圖10.44(c)所示的。
然后,改成增加輸入頻率值,使頻率值通過中段范圍并超過中段范圍,直到輸出電壓又再度掉落到0.707V。再?gòu)?qiáng)調(diào)一次,在改變頻率時(shí),輸入信號(hào)振幅必須保持不變。當(dāng)輸出電壓成為0.707V時(shí),測(cè)量此時(shí)的頻率值,這個(gè)頻率值就是圖10. 44(d)所示的fcu.利用這兩個(gè)測(cè)量頻率值以及公式BW=fcu-fc1',我們可以求出頻寬。
2.步級(jí)響應(yīng)的測(cè)量
使用步級(jí)響應(yīng)法( step-response method)也可以求出放大器的下臨界頻率和上臨界頻率,其作法是在放大器輸入端施加步級(jí)電壓,然后測(cè)量輸出電壓的上升時(shí)間和下降時(shí)間。同樣地,基本的測(cè)量?jī)x器安裝方式如圖10.44(a)所示,只是函數(shù)波產(chǎn)生器的輸出改為脈沖波形。輸入的步級(jí)電壓是利用脈波的上升邊緣產(chǎn)生,而其電壓的維持時(shí)間與要測(cè)量的上升和下降時(shí)間相比長(zhǎng)很多。
(1)高頻測(cè)量
當(dāng)放大器輸入端施加步級(jí)屯壓以后,放大器的高頻電路(晶體管內(nèi)部電容)會(huì)防止輸出端對(duì)輸入步級(jí)電壓立即產(chǎn)生響應(yīng)。結(jié)果使得輸出電壓具有上升時(shí)間(tr),如圖10. 45(a)所示。事實(shí)上,上升時(shí)間與放大器的上臨界頻率(fcu)具有反比的關(guān)系。當(dāng)fcu變低,輸出信號(hào)的上升時(shí)間變大。示波器顯示屏幕說明如何從脈波的10%振幅點(diǎn)到90%振幅點(diǎn),測(cè)量出其上升時(shí)間。示波器的掃描時(shí)間必須設(shè)定在比較短的基準(zhǔn),才能夠觀察時(shí)間間隔相對(duì)來說比較短的上升時(shí)間。一旦測(cè)量到這項(xiàng)數(shù)據(jù),fcu可以利用下式求出:fcu=0.35/tr (10.31)
(2)低頻測(cè)量
要求出放大器的下臨界頻率( fcl),步級(jí)輸入電壓必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間間隔,以便觀察低頻RC電路(耦合電容器)的完整充電時(shí)間,而這導(dǎo)致輸出信號(hào)的“斜線下降”,我們可以稱此斜線部分為下降時(shí)間(tf)。如圖10. 45(b)所示。OPA2132PA下降時(shí)間與放大器的下臨界頻率值具有反比的關(guān)系。當(dāng)fc1變高,輸出信號(hào)的下降時(shí)間變小。示波器顯示屏說明如伺從脈波的90%振幅點(diǎn)到10%振幅點(diǎn),測(cè)量出其下降時(shí)間。示波器的掃描時(shí)間必須設(shè)定在比較長(zhǎng)的基準(zhǔn),才能夠觀察下降時(shí)間的完整時(shí)間間隔。一旦測(cè)量到這項(xiàng)數(shù)據(jù),fc1可以利用下式求出: fc1=0.35/tf (10. 32)
式(10.31)和式(10. 32)的推導(dǎo)過程都已經(jīng)收錄在附錄B中。
雖然我們以BJT放大器當(dāng)作說明范例,但是這些方法對(duì)BJT和FET放大器都能同時(shí)適用。我們將重點(diǎn)放在求出兩個(gè)主要臨界頻率。我們可以利用這些數(shù)值求出頻寬。
在學(xué)完本節(jié)后,我們應(yīng)該能夠:測(cè)量放大器的頻率響應(yīng);使用頻率與振幅的測(cè)量值來求出放大器的臨界頻率;了解脈沖特性與頻率的關(guān)系;辨識(shí)頻率響應(yīng)對(duì)脈沖波形的影響;使用步級(jí)響應(yīng)( step-response)的測(cè)量方法來求出放大器的臨界頻率。
1.頻率與振幅測(cè)量
圖10. 44(a)所示為測(cè)試放大器電路板的儀器安裝方式。圖中同時(shí)也顯示出電路板的線路圖。將放大器輸入端接上正弦波信號(hào)源,并且將雙通道示波器連接到放大器的輸入端以及輸出端。將輸入頻率設(shè)定在中段范圍,并且調(diào)整輸入振幅,以便能夠建立輸出信號(hào)參考等級(jí),如圖10. 44(b)所示。中段范圍的輸出電壓參考等級(jí)應(yīng)該設(shè)定在放大器線性操作區(qū)域中的一個(gè)方便計(jì)算的數(shù)值,例如lOOmV,1V,10V,以此類推。在這個(gè)說明例子中,我們將輸出信號(hào)電壓峰值設(shè)定為1V。
其次,調(diào)降輸入電壓頻率直到輸出電壓峰值減少為0.707V。在調(diào)降輸入信號(hào)頻率的過程中,輸入信號(hào)振幅必須保持不變。因?yàn)檩斎胄盘?hào)源的負(fù)載效應(yīng)隨頻率而改變,所以重新調(diào)整輸入電壓是必要的。當(dāng)輸出電壓成為0.707V時(shí),測(cè)量此時(shí)的頻率值,這個(gè)頻率值就是圖10.44(c)所示的。
然后,改成增加輸入頻率值,使頻率值通過中段范圍并超過中段范圍,直到輸出電壓又再度掉落到0.707V。再?gòu)?qiáng)調(diào)一次,在改變頻率時(shí),輸入信號(hào)振幅必須保持不變。當(dāng)輸出電壓成為0.707V時(shí),測(cè)量此時(shí)的頻率值,這個(gè)頻率值就是圖10. 44(d)所示的fcu.利用這兩個(gè)測(cè)量頻率值以及公式BW=fcu-fc1',我們可以求出頻寬。
2.步級(jí)響應(yīng)的測(cè)量
使用步級(jí)響應(yīng)法( step-response method)也可以求出放大器的下臨界頻率和上臨界頻率,其作法是在放大器輸入端施加步級(jí)電壓,然后測(cè)量輸出電壓的上升時(shí)間和下降時(shí)間。同樣地,基本的測(cè)量?jī)x器安裝方式如圖10.44(a)所示,只是函數(shù)波產(chǎn)生器的輸出改為脈沖波形。輸入的步級(jí)電壓是利用脈波的上升邊緣產(chǎn)生,而其電壓的維持時(shí)間與要測(cè)量的上升和下降時(shí)間相比長(zhǎng)很多。
(1)高頻測(cè)量
當(dāng)放大器輸入端施加步級(jí)屯壓以后,放大器的高頻電路(晶體管內(nèi)部電容)會(huì)防止輸出端對(duì)輸入步級(jí)電壓立即產(chǎn)生響應(yīng)。結(jié)果使得輸出電壓具有上升時(shí)間(tr),如圖10. 45(a)所示。事實(shí)上,上升時(shí)間與放大器的上臨界頻率(fcu)具有反比的關(guān)系。當(dāng)fcu變低,輸出信號(hào)的上升時(shí)間變大。示波器顯示屏幕說明如何從脈波的10%振幅點(diǎn)到90%振幅點(diǎn),測(cè)量出其上升時(shí)間。示波器的掃描時(shí)間必須設(shè)定在比較短的基準(zhǔn),才能夠觀察時(shí)間間隔相對(duì)來說比較短的上升時(shí)間。一旦測(cè)量到這項(xiàng)數(shù)據(jù),fcu可以利用下式求出:fcu=0.35/tr (10.31)
(2)低頻測(cè)量
要求出放大器的下臨界頻率( fcl),步級(jí)輸入電壓必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間間隔,以便觀察低頻RC電路(耦合電容器)的完整充電時(shí)間,而這導(dǎo)致輸出信號(hào)的“斜線下降”,我們可以稱此斜線部分為下降時(shí)間(tf)。如圖10. 45(b)所示。OPA2132PA下降時(shí)間與放大器的下臨界頻率值具有反比的關(guān)系。當(dāng)fc1變高,輸出信號(hào)的下降時(shí)間變小。示波器顯示屏說明如伺從脈波的90%振幅點(diǎn)到10%振幅點(diǎn),測(cè)量出其下降時(shí)間。示波器的掃描時(shí)間必須設(shè)定在比較長(zhǎng)的基準(zhǔn),才能夠觀察下降時(shí)間的完整時(shí)間間隔。一旦測(cè)量到這項(xiàng)數(shù)據(jù),fc1可以利用下式求出: fc1=0.35/tf (10. 32)
式(10.31)和式(10. 32)的推導(dǎo)過程都已經(jīng)收錄在附錄B中。
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