考虑耦合电容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 jω c 1 u ˙ s
∴ u ˙ o =− r i r s + r i + 1 jω 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 jω ( 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 jω ( r s + r i ) c 1
令 τ l =( r s + r i ) c 1
f l = 1 2π τ l = 1 2π( r s + r i ) c 1
则 a ˙ usl = a usm 1 1+ 1 jω 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 =20lg| a ˙ usl |=20lg| a usm |−20lg 1+ ( f l f ) 2
当 f<< f l 时, l a =20lg| a usm |−20lg f l f ,频率下降十倍 l a 下降20db;
当 f>> f l 时, l a ≈20lg| a usm | , l a 不随频率变化;
当 f= f l 时, l a ≈20lg| a usm |−3db , 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 jω c ' r ′ + 1 jω c ' u ˙ s ' = 1 1+jω 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+jω r ' c ' u ˙ s
∴ a ˙ ush = u ˙ o u ˙ s = a usm 1 1+jω r ′ c ′
令 τ h = r ′ c ′ , f h = 1 2π τ h = 1 2π 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 =20lg| a ˙ ush |=20lg| a usm |−20lg 1+ ( f f h ) 2
当 f<< f h 时, l a ≈20lg| a usm | , l a 不随频率变化;
当 f>> f h 时, l a ≈20lg| a usm |−20lg( f f h ) ,频率增大十倍 l a 下降20db;
当 f= f l 时, l a ≈20lg| a usm |−3db , 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。