电子管基础知识教程(七)阻容耦合电压放大器 (电子管基础知识详细解析)
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二、放大倍数和频率特性一般情况下电压放大器的输入信号电压幅度都比较小,如果工作点的位置选择适当,使电子管工作在特性曲线中近似直线而且间隔均匀的部分,这种工作状态下非线性失真是很小的。此外,电压放大器主要目的是输出较大的电压信号,对于输出功率的大小一般不考虑,因此应用等效电路法来分析电压放大器的放大倍数和频率特性比较简单。阻容耦合放大器由于存在耦合电容、电子管极间电容和布线电容等,因此它对不同频率的信号电压的放大倍数是不同的,同时输出电压与输入电压的相移也因频率不同而存在差别。这种情况称为放大器的频率失真。电压放大器的主要质量指标是放大倍数和频率失真,因此在满足频率失真的要求下,如何获得最大的放大倍数是设计放大器的关键。在分析放大器的频率特性之前。首先要了解什么是幅频特性,什么是相频特性。频率特性是由幅频特性和相频特性组成的。放大倍数的大小与频率的关系称为幅频特性。输出电压和输入电压之间的相移与频率的关系称为相频特性,二者总称为频率特性。在频率失真中,放大倍数随频率而变时称为幅频失真,相移随频率而变时称为相频失真。我们可以通过等效电路来分析阻容耦合放大器的放大倍数和频率特性。阻容耦合放大器的等效电路如图所示。图中的电容Co称为分布电容,它包括电子管的输出电容、下一级电子管的输入电容和电路布线电容等。频率特性分析如果直接从图所示的等效电路来进行频率特性分析是比较复杂的,不但演算烦琐,而且结果也不能给出比较简明的物理概念,因此通常采用分频区简化的分析方法,根据各电路元件在不同频率时的影响程度,将等效电路分为中频区、低频区和高频区三个简化的等效电路,使分析大为简单。1.中频区的频率特性。由于在中频区范围内,Coh的容抗远小于Rg,可以看作它是短路的,而分布电容Co的容抗远大于Rg,几乎没有什么分流作用,可以看做它是开路的,这样就可以把图中所有的电容全部去掉,将其简化成图,其中(a)是定势源等效电路,(b)是定流源等效电路。因为·Usr=Ug,由图(a)可得·ia=(uUsr)/{Ri+[(RaRg)/(Ra+Rg)]},·Usc=-Ia×[(RaRg)/(Ra+Rg)]因此,中频区的放大倍数为:·Kz=·Usc/·Usr=-u/[1+(Ri/Ra)+(Ri/Rg)](该公式主要应用于三极管)用复数的运算方法可计算出中频区放大倍数的绝对值和相移分别为·Kz=-u/[1+(Ri/Ra)+(Ri/Rg)]φz=°同样,由图(b)可列出输出电压公·Usc=-SUsr×[(1/Ri)+(1/Ra)+(1/Rg)]=-S·UsrR式中R是Ri、Ra、Rg的并联值,因此可得·Kz=Usc/Usr=-SR(该公式主要应用于五极管)Kz=SRφz=°中频区的幅频特性和相频特性如图的中间部分所示。通过以上分析可以看出,在中频区内,放大倍数与频率无关,除电子管本身所引起的°相移以外,不再有别的相移,所以在中频区内放大器没有频率失真。这是因为在此频率范围内各个电容的影响可以忽略,放大器的负载是纯电阻的缘故。实际应用中,通常所说的放大器的放大倍数,就是指的中频区的放大倍数。