单管共射放大电路的频率响应

考虑耦合及极间电容时的等效电路→分别分析中频、低频、高频时的频率特性→整个频率范围内的频率特性。

其中, C ‘ = C b’e + ( 1 − K ) C b’c 。

下面分别讨论中频、低频和高频时地频率特性。将耦合电容 C 2 和负载电阻 R L 看作是下一级输入端耦合电容和输入电阻,暂不考虑。

1、中频段

中频区耦合电容容抗较小,可视为短路,极间电容容抗很大,可视为开路,其混合 π 型等效电路如图3.10所示。

U o = − g m U b’e R c

U b’e = r b’e r bb’ + r b’e U i = p U i

U i = r i R s + r i U s

其中, r i = R b / / ( r bb’ + r b’e ) , p = r b’e r bb’ + r b’e = r b’e r be

∴ U o = − g m p U i R c = − r i R s + r i p g m R c U s

A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c

将 g m = β r b ' e 代入式中 A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c = − r i R s + r i     ⋅   r b’e r be g m R c 得

A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c = − r i R s + r i   ⋅     β R c r be

与用微变等效电路分析的结果一致。

2、低频段

低频区耦合电容容抗较大,其分压作用较大,不可忽略,极间电容容抗很大,可视为开路,其混合 π 型等效电路如图3.11所示。

1.确定放大倍数

U ˙ o = − g m U ˙ b’e R c

U ˙ b’e = r b’e r bb’ + r b’e U ˙ i = p U ˙ i

U ˙ i = r i R s + r i + 1 j ω     C 1 U ˙ s

∴ U ˙ o = − r i R s + r i + 1 j ω     C 1 p g m R c U ˙ s

变换后得 U ˙ o = − r i R s + r i p g m R c 1 1 + 1 j ω     ( R s + r i )     C 1 U ˙ s

∴ A ˙ usL = U ˙ o U ˙ s = − r i R s + r i p g m R c 1 1 + 1 j ω     ( R s + r i )     C 1

令 τ L = ( R s + r i ) C 1

f L = 1 2 π τ L = 1 2 π ( R s + r i ) C 1

则 A ˙ usL = A usm 1 1 + 1 j ω τ L = A usm 1 1 − j f L f

幅频特性 | A ˙ usL | = | A usm | 1 + ( f L f ) 2

相频特性 ϕ = − 180 ∘ + arctan ⁡ f L f

当 f = f L 时, | A ˙ usL | = 1 2 A usm , f L 为下限频率。显然,下限频率 f L 主要取决于耦合电容 C 1 所在回路的时间常数 τ L = ( R s + r i ) C 1 。

2.确定频率特性

(1)画对数幅频特性(波特图)

将幅频特性取对数,得

L A = 20 lg ⁡ | A ˙ usL | = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ 1 + ( f L f ) 2

当 f < < f L 时, L A = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ f L f ,频率下降十倍 L A 下降20dB;

当 f > > f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | , L A 不随频率变化;

当 f = f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 3 dB , L A 比中频区低3dB。

(2)画相频特性

当 f < < 0.1 f L 时, ϕ ≈ − 90 ∘ ;

当 f < < 10 f L 时, ϕ ≈ − 180 ∘ ;

当 f = f L 时, ϕ = − 135 ∘ 。

当 0.1 f L < f < 10 f L 时, ϕ 是斜率为 − 45 ∘ / 10 倍频程的直线。

据此可画出对数幅频特性频率和相频特性,如图3.12所示。

3、高频段

高频区耦合电容容抗较小,可视为短路,极间电容容抗很小,不可忽略,其混合 π 型等效电路如图3.13所示。

由于 K -1 K C b’c 所在输出回路的时间常数比输入回路 C ′ 的时间常数小得多,故可将 K -1 K C b’c 忽略不计。再利用戴维南定理将输入回路简化,则可得高频简化等效电路,如图3.14所示。

其中 U s ‘ = r i R s + r i ⋅ r b’e r be U ˙ s

R ‘ = r b’e / / [ r bb’ + ( R s / / R b ) ]

C ′ = C b’e + ( 1 − K ) C b’c = C b’e + ( 1 + g m R c ) C b’c

1.确定放大倍数

U ˙ b’e = 1 j ω C ‘ R ′ + 1 j ω C ‘ U ˙ S ‘ = 1 1 + j ω   R ‘ C ‘ U ˙ S ‘

而 U ˙ o = − g m U ˙ b’e R c = − r i R s + r i ⋅ r b’e r be g m R c 1 1 + j ω   R ‘ C ‘ U ˙ s

∴ A ˙ usH = U ˙ o U ˙ s = A usm 1 1 + j ω   R ′ C ′

令 τ H = R ′ C ′ , f H = 1 2 π τ H = 1 2 π R ′ C ′

则 A ˙ usH = A usm 1 1 + j f f H

幅频特性 | A ˙ usH | = | A usm | 1 + ( f f H ) 2

相频特性 ϕ = − 180 ∘ − arctan ⁡ f f H

当 f = f H 时, | A ˙ usH | = 1 2 A usm , f H 为上限频率。显然,上限频率 f H  主要取决于电容 C ′ 所在回路的时间常数 τ H = R ′ C ′ 。

2.确定频率特性

(1)画对数幅频特性

将幅频特性取对数,得

L A = 20 lg ⁡ | A ˙ usH | = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ 1 + ( f f H ) 2

当 f < < f H 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | , L A 不随频率变化;

当 f > > f H 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ ( f f H ) ,频率增大十倍 L A 下降20dB;

当 f = f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 3 dB , L A 比中频区低3dB。

(2)画相频特性

当 f < < 0.1 f H 时, ϕ ≈ − 180 ∘ ;

当 f > > 10 f H 时, ϕ ≈ − 270 ∘ ;

当 f = f L 时, ϕ = − 225 ∘ 。

当 0.1 f H < f < 10 f H 时, ϕ 是斜率为 − 45 ∘ / 10 倍频程的直线。

据此可画出对数幅频特性频率和相频特性,如图3.15所示。

4、完整的频率特性

将中频、低频和高频的放大倍数综合起来,可得共射放大电路在全频率范围内放大倍数的表达式为:

A ˙ = us A usm ( 1 − j f L f ) ( 1 + j f f H )

同时,将三段频率特性综合起来,即得全频段频率特性。如图3.16所示。

,

考虑耦合及极间电容时的等效电路→分别分析中频、低频、高频时的频率特性→整个频率范围内的频率特性。

其中, C ‘ = C b’e + ( 1 − K ) C b’c 。

下面分别讨论中频、低频和高频时地频率特性。将耦合电容 C 2 和负载电阻 R L 看作是下一级输入端耦合电容和输入电阻,暂不考虑。

1、中频段

中频区耦合电容容抗较小,可视为短路,极间电容容抗很大,可视为开路,其混合 π 型等效电路如图3.10所示。

U o = − g m U b’e R c

U b’e = r b’e r bb’ + r b’e U i = p U i

U i = r i R s + r i U s

其中, r i = R b / / ( r bb’ + r b’e ) , p = r b’e r bb’ + r b’e = r b’e r be

∴ U o = − g m p U i R c = − r i R s + r i p g m R c U s

A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c

将 g m = β r b &apos; e 代入式中 A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c = − r i R s + r i     ⋅   r b’e r be g m R c 得

A usm = U o U i = − r i R s + r i p g m R c = − r i R s + r i   ⋅     β R c r be

与用微变等效电路分析的结果一致。

2、低频段

低频区耦合电容容抗较大,其分压作用较大,不可忽略,极间电容容抗很大,可视为开路,其混合 π 型等效电路如图3.11所示。

1.确定放大倍数

U ˙ o = − g m U ˙ b’e R c

U ˙ b’e = r b’e r bb’ + r b’e U ˙ i = p U ˙ i

U ˙ i = r i R s + r i + 1 j ω     C 1 U ˙ s

∴ U ˙ o = − r i R s + r i + 1 j ω     C 1 p g m R c U ˙ s

变换后得 U ˙ o = − r i R s + r i p g m R c 1 1 + 1 j ω     ( R s + r i )     C 1 U ˙ s

∴ A ˙ usL = U ˙ o U ˙ s = − r i R s + r i p g m R c 1 1 + 1 j ω     ( R s + r i )     C 1

令 τ L = ( R s + r i ) C 1

f L = 1 2 π τ L = 1 2 π ( R s + r i ) C 1

则 A ˙ usL = A usm 1 1 + 1 j ω τ L = A usm 1 1 − j f L f

幅频特性 | A ˙ usL | = | A usm | 1 + ( f L f ) 2

相频特性 ϕ = − 180 ∘ + arctan ⁡ f L f

当 f = f L 时, | A ˙ usL | = 1 2 A usm , f L 为下限频率。显然,下限频率 f L 主要取决于耦合电容 C 1 所在回路的时间常数 τ L = ( R s + r i ) C 1 。

2.确定频率特性

(1)画对数幅频特性(波特图)

将幅频特性取对数,得

L A = 20 lg ⁡ | A ˙ usL | = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ 1 + ( f L f ) 2

当 f < < f L 时, L A = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ f L f ,频率下降十倍 L A 下降20dB;

当 f > > f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | , L A 不随频率变化;

当 f = f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 3 dB , L A 比中频区低3dB。

(2)画相频特性

当 f < < 0.1 f L 时, ϕ ≈ − 90 ∘ ;

当 f < < 10 f L 时, ϕ ≈ − 180 ∘ ;

当 f = f L 时, ϕ = − 135 ∘ 。

当 0.1 f L < f < 10 f L 时, ϕ 是斜率为 − 45 ∘ / 10 倍频程的直线。

据此可画出对数幅频特性频率和相频特性,如图3.12所示。

3、高频段

高频区耦合电容容抗较小,可视为短路,极间电容容抗很小,不可忽略,其混合 π 型等效电路如图3.13所示。

由于 K -1 K C b’c 所在输出回路的时间常数比输入回路 C ′ 的时间常数小得多,故可将 K -1 K C b’c 忽略不计。再利用戴维南定理将输入回路简化,则可得高频简化等效电路,如图3.14所示。

其中 U s ‘ = r i R s + r i ⋅ r b’e r be U ˙ s

R ‘ = r b’e / / [ r bb’ + ( R s / / R b ) ]

C ′ = C b’e + ( 1 − K ) C b’c = C b’e + ( 1 + g m R c ) C b’c

1.确定放大倍数

U ˙ b’e = 1 j ω C ‘ R ′ + 1 j ω C ‘ U ˙ S ‘ = 1 1 + j ω   R ‘ C ‘ U ˙ S ‘

而 U ˙ o = − g m U ˙ b’e R c = − r i R s + r i ⋅ r b’e r be g m R c 1 1 + j ω   R ‘ C ‘ U ˙ s

∴ A ˙ usH = U ˙ o U ˙ s = A usm 1 1 + j ω   R ′ C ′

令 τ H = R ′ C ′ , f H = 1 2 π τ H = 1 2 π R ′ C ′

则 A ˙ usH = A usm 1 1 + j f f H

幅频特性 | A ˙ usH | = | A usm | 1 + ( f f H ) 2

相频特性 ϕ = − 180 ∘ − arctan ⁡ f f H

当 f = f H 时, | A ˙ usH | = 1 2 A usm , f H 为上限频率。显然,上限频率 f H  主要取决于电容 C ′ 所在回路的时间常数 τ H = R ′ C ′ 。

2.确定频率特性

(1)画对数幅频特性

将幅频特性取对数,得

L A = 20 lg ⁡ | A ˙ usH | = 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ 1 + ( f f H ) 2

当 f < < f H 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | , L A 不随频率变化;

当 f > > f H 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 20 lg ⁡ ( f f H ) ,频率增大十倍 L A 下降20dB;

当 f = f L 时, L A ≈ 20 lg ⁡ | A usm | − 3 dB , L A 比中频区低3dB。

(2)画相频特性

当 f < < 0.1 f H 时, ϕ ≈ − 180 ∘ ;

当 f > > 10 f H 时, ϕ ≈ − 270 ∘ ;

当 f = f L 时, ϕ = − 225 ∘ 。

当 0.1 f H < f < 10 f H 时, ϕ 是斜率为 − 45 ∘ / 10 倍频程的直线。

据此可画出对数幅频特性频率和相频特性,如图3.15所示。

4、完整的频率特性

将中频、低频和高频的放大倍数综合起来,可得共射放大电路在全频率范围内放大倍数的表达式为:

A ˙ = us A usm ( 1 − j f L f ) ( 1 + j f f H )

同时,将三段频率特性综合起来,即得全频段频率特性。如图3.16所示。

单管共射放大电路的频率响应

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