由上图可得:
?Ub'e1'11rij?C??'??'???UU?pUsss''11?j?RC1?j?RCR?r??siR?'j?C?
???gU?Uomb'eRc??gmRc?1'1?j?RC??令
?U1ri1?Aush?o??gmRc??p??Ausm''?U1?j?RCR?r1?j?RC?s?si
ri?pUsRs?ri
'??RC? h上限频率为
则
??AAushusmfh?12??h?1'2?RC?
1111??A?AusmA?Auslusmusmf1f1?j??h1?j1?1?jlfh j??lf
'C?可见,上限频fh主要由所在回路的时间常数τh决定。
用模和相角表示高频段的源电压放大倍数
AusmAusm????AAushuslff21?(l)21?()f fh
ff???180??arctan???180??arctalnfh f
高频段的对数特性为:
f2)fh
利用与低频同样的方法,可以画出高频段折线化的对数幅频特性和相频特性,如下图所示。
Gu?20lgAush?20lgAusm?20lg1?(四、完整的频率特性曲线(波特图)
将上述中频、低频和高频求出的放大倍数综合起来,可提共e极基本放大电路在全部频率范围内放大倍数的表达式
Ausm??Ausff(1?jl)(1?j)ffh
同时,将三频段的频率特性曲线综合起来,即提全频段的频率特性。
为使频带宽度展宽,要求fh尽可能地高,而
11fh??'2??h2?RC?
R?rb'e//[rbb'?(Rs//Rb)]
'C??C??(1?gmRc)C?
可见应选取rbb'小和rb'e小的管子,且C?也要小,还应选Cπ、Cμ小的管子。也可
'C?见,要小,要减小gmRc,即中频区电压放大倍数。所以,提高带宽与放大倍数是矛盾的。
因此,常用增益带宽积表示高频放大电路性能的优劣,结果如下:
1Ausm?fh?2?(Rs?rbb')C?
虽然这个公式是很不严格的,但它可得到一个个趋势:选定了管子以后,放大倍数与带宽的乘积就是定值,即放大倍数要提高,那么带宽就变窄。
作共发射极基本放大电路的分段折线化的对数频率特性图(波特图),步骤如下:
⑴求出中频电压放大倍数Ausm、下限频率fl和上限频率fh ⑵在幅频频特性的横坐标上找到对应的fl和fh的两个点,在fl和fh之间的中频区,作一条Gu=20lg|Ausm|的水平线;从f=fl点开始,在低频区作一条斜率为20dB/10倍频程的直线折向左下方;从f=fh点开始,在高频区作一条条斜率为-20dB/10倍程的直线折向右下方,即构成放大电路的幅频特性。如下图:
'⑶在相频特性图上,10fl至0.1fh之间的中频区,?=-180°;f<0.1fl时,?=-90°;f>10fh时,?=-270°;在0.1fl至10fl之间,以及0.1fh至10fh之间,相频特性分别为两条斜率为-45°/10倍频程的直线。f=f1时,?=-135°;f=fh时,?=-225°。以上就构成放大电路的相频特性。如下图:
五、其它电容对频率特性的影响
由以上推导上、下限频率时,可以看出一个规律,求某个电容所决定的截止频率,只需求出该电容所在回路的时间常数,然后由下式求出其截止频率即可:
1f?2??
⑴耦合电容C2
C2只影响下限频率,频率下降,C2容抗增大,其两端压降增大,使Uo下降,从而使Au下降。求fl的等效电路如下图所示。
1fl2?2?(ro?RL)C2
⑵射极旁电容Ce
中频段、高频段Ce容抗很小,可视为短路,当频率下降至低频段,其容抗不可忽略。其电路如下图所示。
'rbe?Rbr?Re//1?? 'Rb?Rs//Rb
所以
fl3?1'??rbe?Rb2?Ce?R//?e1??????
⑶输出端分布电容Co
当输出端带动容性负载,其电容并联在输出端,它影响上限频率。中频段、低频段时的容抗很大,视为开路。高频段时,容抗不可忽略,其对应的时间常数
'?h?CoRL。所以
fh?1'2?CoRL
§4多级放大电路的频率特性
一、多级放大电路的通频带
由前已知多级放大电路总的电压放大倍数,是各级放大倍数的乘积
??A??A????A?Auu1u2un
为简单起见,我们以两级放大器为例,且Ausm1?Ausm2,fl1?fl2,fh1?fh2。当它们组成多级放大器时
??A??A?Auu1u2
在中频区
2Ausm?Ausm1?Ausm2?Ausm1
在上、下限频率处,即fl?fl1?fl2,fh?fh1?fh2处,各级的电压放大倍数均下降到中频区放大倍数的0.707倍,即
??A??0.707A?0.707AAush1ush2usm1usm2 ??A??0.707A?0.707AAusl1usl2usm1usm2
而此时的总的电压放大倍数为
??A??A??0.5A?AAushush1ush2usm1usm2
??A??A??0.5A?AAuslusl1usl2usm1usm2
截止频率是放大倍数下降至中频区放大倍数的0.707时的频率。所以,总的截止频率
fh?fh1?fh2 总的频带为
fl?fl1?fl2
fbw?fh?fl?fbw1?fh1?fl1
所以,多级放大器的频带窄于单级放大器的频带;多级放大器的上限频率小于单级放大器的上限频率;多级放大器的下限频率大于单级的下限频率。
二、上、下限频率的计算
可以证明,多级放大电路的上限频率和组成它的各级电路的上限频率之间的关系为
1111?1.12?2?????2fhfh1fh2fhn下限频率满足下述近似关系
fl?1.1fl12?fl22?????fln2
实际中,各级参数很少完全相同。当各级上、下限频率相差悬殊时,可取起主要作用的那一级作为估算的依据。例如,多级放大电路中,其中某一级的上限频率fhk比其它各级小的多。而下限频率flk比其它大很多时,则总的上、下限频率近似为
fh?fhk,fl?flk
例:共e极放大电路如图所示,设三极管的β=100,rbe=6kΩ,rbb'=100Ω,fT=100MHz,Cμ=4pF。
⑴估算中频电压放大倍数Ausm ⑵估算下限频率fl ⑶估算上限频率fh 解:
⑴估算中频电压放大倍数Ausm
r'Ausm??ipgmRLRs?ri
ri?rbe//Rb1//Rb2?6//30//91?4.7k?
rb'e6?0.1??0.98rbb'?rb'e6 ?100gm???16.9mA/Vrb'e5.9 p?Ausm'RL?Rc//RL?12//3.9?2.9k?
r4.7'??ipgmRL???0.98?16.9?2.9??45.7Rs?ri0.24?4.7