《单管共射放大电路的频率响应》论文

单管共射放大电路的频率响应论文摘要频率响应是放大电路的一个重要参数,也是选择电路组态和设计电路的一个重要依据。从理论上分析了影响单管共射放大电路的研究了低频段，中频段，高频段的频率响应，得出当下限频率越小，放大电路的低频响应越好，当上限频率越大，放大电路的高频响应越好，并画出完整的频率响应波形图。关键词：单管共射放大电路;频率特性;频率响应;电压增益AbstractFrequencyresponseisoneoftheimportantparametersamplifiercircuit,alsochoosecircuitconfigurationandcircuitdesignisanimportantbasis.Theoreticallyanalysesinfluencesinglepipewereshotamplifiercircuittheresearchoflowfrequencies,highfrequencybandoffrequencies,thefrequencyresponseoflowerfrequency,itisconcludedthatwhenthesmaller,amplifyingcircuitoflowfrequencyresponsebetter,whencapfrequency,thegreatertheamplifiercircuitofhighfrequencyresponse,thebetter.Drawacompletefrequencyresponsefluctuations.Keywords：Singlepipewereshotamplifiercircuit；Frequencycharacteristics；Frequencyresponse；Voltagegain.目录引言（绪论）……………………………………………………11．单管共射放大电路…………………………………………21.1单管共射放大电路的组成…………………………………21.2单管共射放大电路的工作原理……………………………22放大电路的频率响应…………………………………………42．1频率响应的一般概念……………………………………42.1.1幅频特性和相频特性……………………………………42.1.2下限频率、上限频率和通频带………………………42.1.3频率失真…………………………………………………52.2三极管的频率参数…………………………………………53单管共射放大电路的频率响应………………………………63.1中频段………………………………………………………73.2低频段………………………………………………………83.3高频段………………………………………………………93.4波形图………………………………………………………123.5增益带宽积…………………………………………………13结论………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………15致谢………………………………………………………………16引言（绪论）由于社会生产力的推动，人类在自然科学的许多领域，逐渐的展开了积极的实验探索和定量的研究，单管共射放大电路的频率响应就是其中的一个重要方面。单管共射放大电路是针对变化量的放大作用，当输入不同的正弦信号时，放大倍数将产生不同的变化。当下限频率越小，放大电路的低频响应越好。当上限频率越大，放大电路的高频响应越好。于是单管共射放大电路的研究成为一个令人神往的课题，是整个模拟电路的重要组成部分。现代物理的发展正改变着人类的生产和生活方式，开拓我们的未来。我们和谐社会和创新型国家的建设都需要我们关注物理、了解物理的发展。因此，我们有必要对单管共射放大电路的频率响应系统的学习和初步的探索。1．单管共射放大电路1．1单管共射放大电路的组成[1]图1是一个由三极管组成的单管共射极放大电路（通常简称为单管共射放大电路）的原理电路图。电路中只有一个三极管作为放大元件，而且，输入回路和输出回路的公共端是三极管的发射极，故称为单管共射放大电路。放大电路中各元件的作用为，三极管VT作为放大元件，是放大电路的核心。集电极电源VCC是一个直流电源，输出端负载上得到的较大能量由VCC提供。集电路负载电阻R0的作用是，将集成电路电流ci的变化转换为集电极电压的变化，再传送放大电路的输出端。基极电源VBB,它的极性应使三极管的发射结正向偏置，而且，VBB与基极电阻Rb共同决定了当输出信号等于图1单管共射放大电路零时放大电路的基极电流，这个电流称为静态积极电流。1.2单管共射放大电路的工作原理当信号Iu输入电路后,相当于加在bR和发射结上的电压发生了变化，产生BEu。于是使晶体管的基极电流发生变化，Bi产生相应的变化△Bi。基极电流的变化被放大了倍后成为集电极电流的变化:由△Ci变为△Bi。集电极电流流过电阻cR,则cR上的电压降也增大。输出电压等于直流电源电压与cR上电压之差.电阻cR上电压随输入信号变化,则输出电压也产生变化，由△0u变为△CEu。我们发现,所有这些量都由两部分组成:第一部分,如Bi,Ci等不随输入信号变化,成为直流量;第二部分,如△Bi,△Ci等是随输入信号变化的,称为交流量.交流量是叠加在直流量之上的[3].组成放大电路时必须遵循以下几个原则：首先，外加直流电源的极性必须使三极管的发射结正向偏置，而集电结反向偏置，以保证三极管工作在放大区。此时，若基集电流有一个微小的变化量△Bi，将控制集电极电流产生一个较大的变化量△Ci，二者之间的关系为△Ci=△Bi。其次，输出回路的接法应该使输入电压的变化量△Iu能够传送到三极管的基集回路，并使基集电流产生相应的变化量△Bi。第三，输出回路的接法应使集电极电流的变化量△Ci能够转化为集电极电压的变化量△CEu，并传送到放大电路的输出端。[1]2放大电路的频率响应2．1频率响应的一般概念[1]由于放大器件（包括BJT和FET）本身具有极间电容，此外，放大电路中有时存在电抗性元件，所以，当放大电路输入不同频率的正弦波信号时，电路的放大倍数将有所不同，而成为频率的函数。这种函数关系称为放大电路的频率响应。2.1.1幅频特性和相频特性由于电抗性元件的作用，使正弦波信号痛过放大电路时，不仅信号的幅度得到放大，而且还将产生一个相位移。此时，电压放大倍数uA可表示如下：uA=uA（f）)(f（2-1）上式表示，电压放大倍数的幅值uA和相角都是频率f的函数。其中uA（f）称为幅值特性，)(f称为相频特性。一个典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性如图2所示。图2单管共射放大电路的的频率特性2.1.2下限频率、上限频率和通频带由图3可见，放大电路在中频断的放大倍数通常称为中频电压放大倍数umA，而将电压放大倍数下降为0.707umA时相应的低频频率和高频频率分别称为放大电路的下限频率Lf和上限频率Hf，二者之间的频率范围称为频率带BW,即BW=Hf-Lf。（2-2）通频带的宽度表征放大电路对不同频率输入信号的响应能力，是放大电路的重要技术指标之一。由幅频特性可知：低频段，随着频率f的下降，放大倍数下降；高频段，随着频率f的增大，放大倍数下降。产生的原因：低频段，随着频率f的下降→耦合电容的容抗增大→其分压作用增强→实际加到放大电路输入端的电压减小→输出电压下降→放大倍数下降。高频段，随着频率f的增大→三极管极间电容的容抗减小→其分流作用增强→实际被放大的电流减小→放大倍数下降。由相频特性可知：低频段与中频段相比，会产生0°～90°超前附加相移；高频段与中频段相比，会产生0°～－90°滞后附加相移。2.1.3频率失真由于放大电路通频带的宽度有一定限制，因此，当输入信号的频率升高或降低时，电压放大倍数的幅值可能减小，同时，可能产生滞后或超前的相位移。所以，当输入信号包含多次谐波时，经过放大电路以后，输出波形可能产生失真，如图3所示如图3（a）所示，若放大电路对这两个频率的信号同等地放大，且产生的相移也相同，则得到图3（a）所示不失真输出波形；若放大电路对频率为2f的信号放大倍数降低，如图3（b）所示，则得到图3（b）所示的失真波形，这种失真为幅频失真；若放大电路对频率为1f及2f的信号产生不同的附加相移，如图3（c）所示，则得到图3（c）所示的失真波形，这种失真为相频失真。图3频率失真2.2三极管的频率参数三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信号的适应能力，也是三极管的重要参数。三极管由两个PN结组成，而PN结是有电容效应的，如图5所示。信号频率不太高时（如低频、中频）→结电容容抗很大→可视为开路→结电容不影响放大倍数。当频率较高时→结电容容抗减小→其分流作用增大→集电极电流Ci减小→Ci与Bi之比下降→三极管电流放大系数将降低→放图4三极管极间电容大倍数降低。同时，由于Ci与Bi之间存在相位差，放大倍数还会产生附加相移[2]。因此，信号处于低频和中频时，电流放大系数是常数，不随频率而变化。高频时，电流放大系数是频率f的函数，可表示为ffj10（2-3）0—中频时共射电流放大系数。的模和相角可表示为：)(10ff（2-4）)arctan(ff（2-5）其随频率变化的特性如图5所示。图5的幅频特性3单管共射放大电路的频率响应中频区：是特性曲线的平坦部分，在该区域内电压放大倍数umA和相位差（=-180）不随频率变化。这时由于在此中频区范围内，1C、2C的容抗1CX很小，可视为短路；而bcC和beC的容抗2CX很大可视为开路，均对信号无影响。低频区（小于几十赫兹）：这时2CX的容抗仍很大，可忽略,1CX容抗随频率下降而变大，承受了一部分信号电压，因此电压放大倍数随信号频率下降而减小。高频区（大于几十千赫到几百千赫）：这时1CX容抗很小，忽略2CX的容抗随频率升高图6单管共射放大电路及其而变小，对信号电流起分流作用，因此电放大混合π型等效电路压倍数也随频率增加而减小。3.1中频段在中频段，一方面，隔直电容1C的容抗比串联回路中的其他电阻值小得多，可以认为交流短路；另一方面，三极管极间电容的容抗又比其并联支路中的其他电阻值大得多，可以视为交流开路。总之，在中频段可将各种容抗的影响忽略不计，因此，将图7（b）中各种电容的作用忽略，即可得到阻容耦合单管共射放大电路的中频等效电路如图7所示[1]。图8，中频等效电路cebmoRUgU（3-1）iiebbbebebpUUrrrU''''（3-2）sisiiURRRU（3-3）其中，)//(''ebbbbirrRR，beebebbbebrrrrrp'''')(sbeebisiebUrrRRRU（3-4）bebi//rRR式中scmbeebisicebmoURgrrRRRRUgU（3-5）cmbeebisisosmRgrrRRRUUAu（3-6）已知ebmrg，代入上式后可得becisismrRRRRAu（3-7）与用微变等效电路分析的结果一致。3.2低频段当频率下降时，由于隔直电容的容抗增大，将使电压放大倍数降低，所以在低频段必须考虑1C的作用。而三极管的极间电容并联在电路中，此时可认为交流开路，因此，低频等效电路如图8所示。[1]图8低频等效电路有图可得sbeeb1isiebj1UrrCRRRU（3-8）式中bebirRR//iebbbebebUpUrrrUi''''（3-9）cebmoRUgUs1iscmbeebisi)(j111UCRRRgrrRRR（3-10）低频电压放大倍数1issmsosL)(j111CRRAUUAuu（3-11）可低频等效电路的时间常数为1isL)(CRR（3-12）低频段的下限（-3dB）频率为1is