第三章 放大电路的频率特性(2)

2019-03-22 12:07

系。从而求出π参数的值。

因为 所以

rbb'?rb'e?rbe?rbb'?(1??)rb'e?(1??)2626??IEQICQ

26IEQ

rbb'?rbe?rb'e

又 gmUb'e?gmIbrb'e??Ib

ICQ??gm???rb'e26?26ICQ故

从上式可以看出,rb'e、gm等参数和工作点的电流有关。对于一般的小功率三极管,rbb'约为几十~几百欧,rb'e为1kΩ左右,gm约为几十毫安/伏。Cμ可从手册中查到,Cπ值一般手册未给,可查出fT,按如下公式算出Cπ值。

gfT?m2?C? 2.简化的混合π型模型

由于Cμ跨接在基-集之间,分析计算时列出的电路方程较复杂,解起来十

分麻烦,为此可得用密勒定理,将Cμ分别等效为输入端电容和输出端电容。 密勒定理:

'

从b、e两端向右看,流入Cμ的电流为

UUb'e(1?ce)?'?U?UUb'ece'beI??11j?C?j?C?

Uce??KU令b'e,则有

Ub'e(1?k)Ub'e?11j?C?j?(1?k)C?

''

此式表明,从b、e两端看进去,跨接在b、c之间的电容的作用,和一个

I'?'C?(1?k)C?的电容等效。这就是密勒定理。 ?并联在b、e两端,电容值为

'

同样,从c、e两端向右看,流入Cμ的电流为

1U(1?)??ceUce?Ub'eUce''K?I??1111?Kj?C?j?C?j?()C?K

''

此式表明,从b、e两端看进去,跨接在b、c之间的电容的作用,和一个

1?K()C?'

并联在b、e两端,电容值为K的电容等效。

§3 共e极放大电路的频率特性

下图(a)的共发射极放大电路中,将C2和RL视为下一级的输入耦合电容的输入电阻,所以画本级的混合π型等效电路时,不把它们包含在内,如下图(b)所示。

具体分析时,通常分成三个频段考虑。

⑴中频段:全部电容均不考虑,耦合电容视为短路,极间电容视为开路。 ⑵低频段:耦合电容的容抗不能忽略,而极间电容视为开路。 ⑶高频段:耦合电容视为短路,而极间电容的容抗不能忽略。

这样求得三个频段的频率响应,然后再进行综合。这样做的优点是,可使分析过程简单明了,且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。

在绘制频率特性曲线时,人们常常采用对数坐标,即横坐标用lgf,幅频特

?G?20lgAus性的纵坐标为u,单位为分贝(dB)。对相频特性的纵坐标仍为?,不取对数。这样得到的频率特性称为对数频率特性或波特图。采用对数坐标的优点主要是将频率特性压缩了,可以在较小的坐标范围内表示较宽的频率范围,使低频段和高频段的特性都表示得很清楚。而且将乘法运算转换为相加运算。下面分别讨论中频、低频、和高频时的频率特性。

一、中频源电压放大倍数Ausm

等效电路如图所示。 Uo??gmUb'eRc 而

Ub'e?rb'erbb'?rb'eUi?pUi

式中

Ui?riUsRs?ri

ri?Rb//(rbb'?rb'e)

p?二、低频源电压放大倍数Ausl及波特图

低频段的等效电路如图所示。由图可得

???gU?Uomb'eRc ?'?rb'eU??pU?Uiiberbb'?rb'e

ri???UUis1Rs?ri?j?C1

ri1??????ripgR??UpgRUUomcsmcs11R?rsiRs?ri?1?j?C1j?(Rs?ri)C1

Ur1Ausl?o??ipgmRc?1UsRs?ri1?j?(Rs?ri)C1

?l?(Rs?ri)C1

11fl??2??l2?(Rs?ri)C1

11??AA?Ausmuslusm1f1?1?jlj??lf 1Ausl?Ausmf?f2l时,当,fl为下限频。由上面可以看出,下限频率fl主

要由电容C1所在回路的时间常数τl决定。

?Ausl分别用模和相角来表示:

rb'erbb'?rb'e

将上述关系代入得

rUo??ipgmRcUsRs?ri

UrAusm?o??ipgmRcUsRs?ri

f1?(l)2f (3-22)

f???180??arctanlf (3-23)

根据(3-22)画对数幅频特性,将其取对数,得

??AuslAusmfGu?20lgAusl?20lgAusm?20lg1?(l)2f (3-24)

先看式(3-24)中的第二项,当f??fl时

?fl??20lg1???f???0??

故它将以横坐标作为渐近线;当f??fl时

?fl?flf??20lg1????20lg?20lg?f?ffl ??22其渐近线也是一条直线,该直线通过横轴上f=fl这一点,斜率为20dB/10倍频程,

即当横坐标频率每增加10倍时,纵坐标就增加20dB。故式(3—24)中第二项的曲线,可用上述两条渐近线构成的折线来近似。然后再将此折线向上平移20lg|Ausm|,就得式(3—24)所表示的低频段对数幅频特性,如图所示。可证明,这种折线在f=fl处,产生的最大误差为3dB。

farctanlf→0,则低频段的相频特性。根据式(3-23)可知,当f >> fl时,

flfl?arctan?90arctan?45??????180;ff当f << fl时,,则???90;当f = fl时,,

????135则。这样可分三段折线来近似表示低频段的相频特性曲线,如上图。

????180f≥ fl时

????90f≤ fl时

0.1 fl < f<10 fl时 斜率为-45o/10倍频程的直线

可以证明,这种折线近似的最大误差为±5.71o,分别产生在0.1 fl和10 fl处。

三、高频源电压放大倍数Aush及波特图

高频段,由于容抗变小,则电容C1可忽略不计,视为短路,但并联的极间电容影响应予考虑,其等效电路如图所示。

K?1C?K由于所在回路的时间常数比输入回路C?的

时间常数小得多,所以将K?1C?K忽略不计。

'C?由于?C??(1?K)C?,先要求出K值。

'?U?K?ce?Ub'e

??由等效电路可求得 Uce??gmUb'eRc,则

?U?gmUb'eRc?K?ce???gmRc?UUb'eb'e所以

'C??C??(1?gmRc)C?

下面我们求源电压放大倍数

根据定义可知:

?U?Aush?o?Us

???gU?Uomb'eRc

??为了求出Ub'e与Us的关系,利用戴维宁定理将等效电路图进行简化,如上图所示,其中

rirb'eri?'?U??U??pUsssRs?rirbb'?rb'eRs?ri

R?rb'e//[rbb'?(Rs//Rb)]


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