放大电路频率响应优化方法

前两章分析放大电路的性能指标时，都假设电路的输入信号为单一频率的正弦波信号，而且电路中所有耦合电容和旁路电容对交流信号都视为短路，FET或BJT的极间电容、电路中的负载电容及分布电容均视为开路。而实际的输入信号大多含有许多频率成分，占有一定的频率范围，如广播电视中语言及音乐信号的频率范围为20 Hz～20 kHz，卫星电视信号的频率范围为3.7～4.2 GHz等。因此，放大电路中所含各电容的容抗会随信号频率的变化而变化，从而使放大电路对不同频率的输入信号具有不同的放大能力，其增益的大小会随频率而变化，输出与输入信号间的相位差也会随频率而变化，即增益是输入信号频率的函数。这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。图4.2.1是某阻容耦合单级共源放大电路的频率响应曲线，其中图4.2.1（a）是幅频响应曲线，图4.2.1（b）是相频响应曲线。

分析频率响应的方法有两种，即计算机辅助分析法和手工计算的工程简化分析法。利用SPICE等计算机仿真软件分析包含上述所有电容的频率响应，可以得到比手工计算精确得多的频率响应曲线，但却不能提供分析频率响应的过程，也不能提供改善频率响应的依据。工程简化分析法得到的结果虽有误差，但其概念清楚，而且还能提供频率响应和电路参数的关系，有利于人们在设计放大电路时，合理选择电路元器件的参数，改善放大电路的频率响应。

图4.2.1　阻容耦合单级共源放大电路的频率响应(www.xing528.com)

本章将详细介绍频率响应的工程简化分析方法。由于放大电路中的每只电容只对频谱的一段产生重要影响，因此手工分析频率响应时，可将输入信号的频率划分为3个区域：中频区、低频区和高频区。在中频区（fL～fH之间的通频带内），对耦合电容和旁路电容、FET或BJT的极间电容和负载电容及分布电容的处理同前两章一样，放大电路的中频小信号等效电路中不包含任何电容，此时的增益基本上为常数，输出与输入信号间的相位差也为常数。在f ＜ fL的低频区，FET或BJT的极间电容、电路中的负载电容及分布电容仍可视为开路，而耦合电容和旁路电容的容抗增大，故不能再视为短路，放大电路的低频小信号等效电路中应包含这些电容。由于它们对信号的衰减（即分压）作用，此时的增益会随信号频率的降低而减小，输出与输入信号间的相位差也会发生明显变化。在f ＞ fH的高频区，耦合电容和旁路电容可视为短路，而FET、BJT的极间电容和电路中的负载电容及分布电容不能再视为开路，电路的高频小信号等效电路中应包含这些电容。由于它们对信号的分路作用，此时的增益会随信号频率的增加而减小，输出与输入信号间的相位差增大。

由上可知，分别利用3个频段的小信号等效电路和近似技术，便可以分析求得放大电路的频率响应，从而避免了用一个完整的（即包含所有电容在内的）小信号等效电路来求解，这就是频率响应的工程简化分析法。

为了便于理解和手工分析实际放大电路的频率响应，下一节将首先对简单RC电路的频率响应加以分析。

单时间常数RC电路是指由一个电阻和一个电容组成或者最终可以简化成一个电阻和一个电容组成的电路，它有两种类型，即RC高通电路和RC低通电路，它们的频率响应可分别用来模拟放大电路的低频响应和高频响应。