16單管共射放大電路的頻率響應(yīng)

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 可視為開路；又由于輸入電阻RRb(bbbe)Rbbe，耦合電容的容抗R , C可視為短路。因此，圖3-57 (a)所示電路的中頻等效電路可表示成圖3-58形式。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Aum土Ube_U0Pbe ( gmRc)UiUiU bebeUoUi Uo(3-62)AusmUsUs UiRiRs RiAumRRs R(gmRc)rbe(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從圖可知，在低頻段，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)系沒變（圖中虛線右邊部分），即Ub(gmRc)Aumrb eC所在回路的時(shí)間常數(shù)，它等于從電容C兩端向外看的而信號(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(J C)Rs RiJ (RsRi)CRUsRs1Ri1(Rs Ri)(J C)RsRi1J (RsR )C Rs RiJ c所以，低頻電壓放大倍數(shù)為AuslU0Uiu。J (Rs Ri)CRAum(3-64 )UsUsUi1J (Rs Ri)CRsR令人1Ausm_RiAum(3-65)2(RsR)CRsRi分），即上式中，（&Ri）C正是耦合電容等效總電阻乘以 Co將式（3-65）代入式（3-64），可得fLjf(3-66)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,20 lg Ausl20 lg Ausm20 lg1(fL)(3-67)1800(900fL 時(shí)，Ausl135。當(dāng) farcta n-)L90 arcta n 了 (3-68)180。當(dāng) ffL時(shí)，Aus0.707 Ausm,即增益下降A(chǔ)usm，即頻率每降低10倍，增益下降20 dB。LAusl趨于0，高頻電壓放大倍數(shù)當(dāng)f趨于0時(shí),趨于-90 。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。島D咚廿二二匚(a)高頻等效電路o+-cr(b)輸入回路的等效變換(c) U s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rberbeUirbeRiU srbeRSRiR rbe（rbb RsRb）1又由圖（b）可知 ube j C1U? R 11 j RCj C因?yàn)閎 e間電壓Ube與輸出電壓u0的關(guān)系沒變，為“ gmRC ”所以高頻電壓放大倍數(shù)為AushUoUIUs Ube UoUs Us UbeRi阮1RsRrbe1 jRC(gmRL)將上式與式（3-63）比較，可得1RC齊，RC正是C所在回路的時(shí)間常數(shù)，因而(3-69)2 rbe(rbbRsRb)C(3-70)Aush的對(duì)數(shù)幅頻特性與相頻特性表達(dá)式為20lg Aush20lgAusm20 lg)2(3-71)180 arctanfH(3-72)當(dāng)ffH時(shí)，AushAusm=-180 。ffH 時(shí)，Aush0.707Ausm，即增益下降 3dB ；=-225 。ffH時(shí)，AushAusm上，即頻率每上升10倍，增益下f降20 dB。當(dāng)f趨于無窮大時(shí)，Aush趨于0,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)于頻率從零到無窮大的輸入電壓，電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式應(yīng)為1(1 加(1 jfH)(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。式(3-73 )表示頻率從 0到無窮大時(shí)的電壓放大倍數(shù)；上限頻率和下限頻率均可表示為1，分別是極間電容 c和耦合電容c所在回路的時(shí)間常數(shù)，等于從電容兩端向外看2的總等效電阻與相應(yīng)的電容之積?？梢?，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為了改善單管放大電路的高頻特性，需減小b e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)，C C (1 K)C C (1 gmRL)C ；而根據(jù)式(3-63)， 減小gmRL必然使Ausm減小?？梢?，如的提高與Ausm的增大是相互矛盾的。中頻電壓放大倍數(shù)AusmRs Rirb erbe(gmR )；因此，為了減小C需減小gmRL ,而 增益帶寬積對(duì)于大多數(shù)放大電路，fH人，因而通頻帶fbw fH fLfH。也就是說，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A fusm bw通常，由于gmRc 1，即AusmRbRsrbe j RgmRcCrbeRsrberb erbeRibeRi rber be j Rb。因此g m RcgmRc2 rbe/(rbb Rs/Rb)CRs, Rb/ RsRs ;設(shè)(1gmRc)CC ,且2 rbe(bbRs) gmRcC整理可得rb eRsrbe1rb e (rbbRs) crb erbbRsbw2(rbb(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禾口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，并不是在所有的應(yīng)用場(chǎng)合都需要寬頻帶放大電路。例如，在信號(hào)的接收電路中，就采用選頻放大電路，使之僅對(duì)某一頻率的信號(hào)放大，對(duì)其余頻率的信號(hào)均衰減，而且衰減速度愈快，電路性能愈好。因此，放大電路只需具有與信號(hào)頻率范圍相對(duì)應(yīng)的通頻帶即 可，盲目追求寬頻帶不但無益，而且還將犧牲放大電路的增益，降低抗干擾能力。