16單管共射放大電路的頻率響應(yīng)

1、3.單管共射放大電路的頻率響應(yīng)我們以圖3-57(a)所示電路為例，來(lái)討論頻率響應(yīng)的一般分析方法?？紤]到耦合電容和結(jié)電容的影響，圖(a)所示電路的交流等效電路如圖(b)所示，它適用于信號(hào)頻率從0至無(wú)窮大。(a)基本共射放大電路(b)共射放大電路的交流等效電路圖3-57單管共射放大電路及其交流等效電路中頻電壓放大倍數(shù)在中頻段，由于rbe,C可視為開(kāi)路；又由于輸入電阻RRb(bb隊(duì))巳辰，耦合電容的容抗所示電路的中頻等效電路可表示成圖3-58形式。R,C可視為短路。因此，圖3-57(a)圖3-58單管共射放大電路的中頻等效電路中頻電壓放大倍數(shù)為AumAUrbe(gmRc)UiUiUbebe(3-62

2、)A邑UlsmUsUsUoUiR普(gmRc)(3-63)低頻電壓放大倍數(shù)由于半導(dǎo)體管的極間電容（即結(jié)電容）對(duì)于低頻信號(hào)的容抗很大，相當(dāng)于開(kāi)路，另外考慮到低頻電壓信號(hào)作用時(shí)耦合電容C的影響，圖3-57（a）電路的低頻等效電路如圖3-59所示。圖3-59單管共射放大電路的低頻等效電路C兩端向外看的ffL(3-66)從圖出知，在低頻段，中虛線右邊部分），即信號(hào)從晶體管基極回路到放大電路輸出回路的傳遞關(guān)系沒(méi)變（圖AUiUbeU0rbe(gmRc)AumUjUbe辰而信號(hào)源電壓US與晶體管基極回路的電壓Uj關(guān)系與中頻段時(shí)不同（圖中虛線左邊部UiRiRi(jC)RsRij(RsRi)CRUsRs1R1(

3、RsRi)(jC)RsRi1j(RsR)CRsRijC所以，低頻電壓放大倍數(shù)為Ausl邑也Uoj(RsRi)CAum(3-64)UsUsUi1j(RsRi)CRsR1r令fL°A一usm_Aum(3-65)2(RsRi)CRsRi分），即上式中，（也Ri）C正是耦合電容C所在回路的時(shí)間常數(shù)，它等于從電容等效總電阻乘以。將式（3-65）代入式（3-64）,可得jf根據(jù)式（3-66）,單管共射放大電路的對(duì)數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達(dá)式為3dB,20lgAusi201gAusm1800(900fL時(shí),Ausi135o。當(dāng)f201g1fL(I2(3-67)arctanf)fLAusmfL時(shí),9

4、0180。Ausmarctanf(3-68)fL當(dāng)f代時(shí)，Aus0.707Ausm，即增益下降f,即頻率每降低10倍，增益下降20dB。fL當(dāng)f趨于0時(shí)，A趨于0,趨于-90高頻電壓放大倍數(shù)耦合電容對(duì)于高頻信號(hào)相當(dāng)于短路，又考慮到高頻信號(hào)作用時(shí)C的影響，故圖3-57(a)電路的高頻等效電路如圖3-60所示。(a)高頻等效電路(b)輸入回路的等效變換.'(c)US的計(jì)算圖3-60單管共射放大電路的高頻等效電路利用戴維南定理，從C兩端向左看，(a)的輸入電路可等效成圖(b)所示電路。通過(guò)圖(c)電路和戴維南定理，可以求出圖(b)中電壓US及等效內(nèi)阻R的表達(dá)式為又由圖(b)可知因?yàn)閎e間電壓

5、AushU°u!將上式與式fHUs叵UirberbeRirbeRSRiUsRrbe/(rbbRs/Rb)1ECL1FcUbe與輸出電壓UsUbeU_U7U?此(3-63)比較，可得1RCAush1jRCU°的關(guān)系沒(méi)變，為“gmRC”，所以高頻電壓放大倍數(shù)為蘭一:一(gmR)RsR屁1jRC'”11jRC,RC正是C'所在回路的時(shí)間常數(shù)，因而(3-69)2rbe(bbRsRb)C(3-70)Aush的對(duì)數(shù)幅頻特性與相頻特性表達(dá)式為20lgAush20lgA20lg1(ff)2fH(3-71)益下降3dB；1800arctanffHfH時(shí),=-225(3-72)

6、降20dB。當(dāng)fAush趨于無(wú)窮大時(shí),=-180fH時(shí)，Aush0.707Ausm,即增fH時(shí),AushAusmh,即頻率每上升10倍，增益下fAush趨于。，趨于-270°。波特圖綜上所述，若考慮耦合電容及結(jié)電容的影響，對(duì)于頻率從零到無(wú)窮大的輸入電壓，電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式應(yīng)為fLAusAusm(1Jf)(1J廠)TlTh1(17)(1JfH)(3-73)根據(jù)前面對(duì)低頻電壓放大倍數(shù)和高頻電壓放大倍數(shù)在信號(hào)頻率變化時(shí)的分析，可得單管共射放大電路的波特圖，如圖3-61所示。圖中藍(lán)色虛線為實(shí)際特性，紅色實(shí)線為折線化的近似特性。201g|420甌A-96°-135°-18

7、0°-225°-270O'Vrfi1叫-0.1AA”/圖3-61單管共射放大電路的波特圖式(3-73)表示頻率從12的總等效電阻與相應(yīng)的電容之積。可見(jiàn)，求解上、下限截止頻率的關(guān)鍵是正確求出回路的等效電阻。放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積 改善單管放大電路低頻特性的措施為了改善單管放大電路的低頻特性，需加大耦合電容及其回路電阻，以增大回路時(shí)間常數(shù)，從而降低下限頻率。然而，這種改善是很有限的，因此在信號(hào)頻率很低的使用場(chǎng)合，應(yīng)考慮采用直接耦合方式。上限頻率改善與電路放大的矛盾性0到無(wú)窮大時(shí)的電壓放大倍數(shù)；上限頻率和下限頻率均可表示為分別是極間電容C和耦合電容C所在回路的

8、時(shí)間常數(shù)，等于從電容兩端向外看為了改善單管放大電路的高頻特性，需減小be間等效電容C'及其回路電阻，以減小回路的時(shí)間常數(shù)，從而增大上限頻率。根據(jù)式(3-52),CC(1K)CC(1gmR)C;而根據(jù)式(3-63),中頻電壓放大倍數(shù)AusmRiRsRibe(gmR);因此，為了減小C需減小gmRL,而減小gmRL必然使Ausm減小。可見(jiàn)，比的提高與Ism的增大是相互矛盾的。增益帶寬積對(duì)于大多數(shù)放大電路，fH",因而通頻帶fbwfHfLfH。也就是說(shuō)，fH與Ausm的矛盾就是帶寬與增益的矛盾，即增益提高時(shí)，必使帶寬變窄，增益減小時(shí)，必使帶寬變寬。為了綜合考察這兩方面的性能，引入一

9、個(gè)新的參數(shù)“帶寬增益積”。根據(jù)式（3-63）和式（3-70），圖3-57（a）所示單管共射放大電路的帶寬增益積Af.usmbw通常，由于gmRc1,即AusmfHRbRsgmRcCbeRsgberbeRiPbeRi屁rbe,RbO因此gmRcgmRc2rbe/(bbRs/Rb)CRs,Rb/RsRs；設(shè)(1gmRc)C2關(guān)(恨Rs)gmRcCC，且整理可得beRs頃1rbe(rbbRs)CrberbbRsAusmfbw12(rbbRs)C(3-74)上式表明，當(dāng)晶體管（即rbb和C）和信號(hào)源確定后，增益帶寬積幾乎是常量，即增益增大多少倍，帶寬就幾乎變窄多少倍，這個(gè)結(jié)論具有普遍性。而且，改善電路的高頻特性的基本方法是選用rbb禾日Cob均小的高頻管。當(dāng)然，在寬頻帶放大電路中應(yīng)考慮采用共基電路，因?yàn)樵谌N放大電路中，共基電路的通頻帶最寬。應(yīng)當(dāng)指出，并不是