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放大器的频率响应

1、概述

对于任何电子电路来说，放大器的行为都会受到其输入端子上信号频率的影响。 该特性称为频率响应。

频率响应是放大器最重要的特性之一。 在放大器设计的频率范围内，它们必须提供恒定且可接受的增益水平。 频率响应直接取决于放大器设计所选择的组件和架构。

在本文中，我们将重点关注放大器的这一重要功能。 首先，详细介绍了频率响应的概念以及一些基本的相关概念，我们将介绍如何量化它。 在第二部分中，我们将了解哪些组件影响频率响应以及如何影响。 在本文的其余部分中，介绍了一种建立低频和高频响应的方法。 这些结果最终将在结论中综合，以绘制共发射极放大器的全局频率响应。

2、定义

在详细定义频率响应之前，我们需要介绍分贝（dB）的单位以及与之相关的对数刻度。 在研究频率响应时，将功率增益或电压增益转换为 dB 并以对数 (log) 刻度表示频率刻度确实更合适。

如果我们考虑具有功率增益 $A_P$ 和电压增益$A_V$ 的放大器，则功率增益和电压增益（以 dB 为单位）定义为：

等式1：功率和电压增益（以dB为单位）

虽然线性标度中的增益始终为正$(A_P,A_V\ge 0)$，但如果实现放大，则它们以 dB 为单位的等效增益可以为正$(A_P,A_V>1)$，如果输入信号衰减，则为负 $(A_P,A_V<1)$。

通常，研究的不是增益 $A_V(dB)$，而是归一化比率 $A_V/A_{V,mid}(dB)=20log(A_V/A_{V,mid})$。 其中$A_{V,mid}$称为中频增益，代表放大器在其频率工作范围内的最大增益，例如音频放大器的20 Hz – 20 kHz。

因此，当$A_V=A_{V,mid}$时，归一化增益（无所谓$A_V$）为$A_V(dB)=0$。 当增益最大时，这会设置 0 dB 参考。 需要注意的是，当功率除以 2 时，我们观察到 $A_P(dB)=10\log (0.5)=-3dB$。

功率降至中值 50% 时的频率称为截止频率，记为 $f_c$。 每次功率减半时，都会观察到归一化增益减少 3dB。 因此 $A_P=-3dB$ 对应于 $A_{V,mid}/2，A_P=-6dB$ 对应于$A_{V,mid}/4$ 等等…

对于相同的频率，电压（或电流）乘以系数 √2=0.7。 将电压信号减半相当于减少 6 dB，并且遵循与功率增益所示相同的模式。

用于表示任何系统的频率响应的最常用工具是波特图。 它由作为对数标度频率函数的归一化增益 $A_V$