共射极放大电路的频率响应优化

考虑到耦合电容和结电容的影响，图4.4.4（a）所示电路的等效电路如图4.4.4（b）所示。

图4.4.4　单管共射放大电路及其交流等效电路

在分析放大电路的频率响应时，为了方便起见，一般将输入信号的频率范围分为中频、低频和高频3个频段。在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因容抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响；在低频段，应当考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视为开路；在高频段，应当考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）仍视为短路。根据上述原则，便可得到放大电路在各频段的等效电路，从而得到各频段的放大倍数。

4.4.2.1　中频电压放大倍数

当中频电压信号作用于电路时，由于

所以可视为开路；又由于

所以C可视为短路。因此，图4.4.4（a）所示电路的中频等效电路如图4.4.5所示。

图4.4.5　单管共射放大电路的中频等效电路

输入电阻为Ri= Rb//(rbb′+rb′e) = Rb//rbe，

中频电压放大倍数为

式中，=RL//Rc。

4.4.2.2　高频电压放大倍数

考虑到高频信号作用时的影响，图4.4.4（a）所示电路的高频等效电路如图4.4.6（a）所示。

图4.4.6　单管共射放大电路的高频等效电路

利用戴维宁定理，从两端向左看，电路可等效成图（b）所示电路，R和构成如图4.4.4（a）所示电路的低通电路。通过图（c）所示电路可以求出b′-e间的开路电压及等效内阻R的表达式。

因为b′-e间电压与输出电压的关系没变，所以高频电压放大倍数为

它所在回路的时间常数τ=R，因而上限频率为

4.4.2.3　低频电压放大倍数

考虑到低频电压信号作用时耦合电容C的影响，图4.4.4（a）所示电路的低频等效电路如图4.4.7所示。

图4.4.7　单管共射放大电路的低频等效电路

它所在回路的时间常数τ = (RL+RC)C，因而下限频率为

写出的表达式

从以上分析可知，式（4.4.13）可以全面表示任何频段的电压放大倍数，而且上限频率和下限频率均可表示为

分别是极间电容和耦合电容C所在回路的时间常数，τ是从电容两端向外看的总等效电阻与相应的电容之积。可见，求解上、下限截止频率的关键是正确求出回路的等效电阻。

例4.4.1　在图4.4.4（a）所示电路中，已知VCC= 15 V，Rs= 1 kΩ，Rb= 20 kΩ，Rc= RL= 5 kΩ，C = 5 μF；晶体管的UBEQ= 0.7V，rbb′= 100 Ω，β = 100，fβ= 0.5 MHz，Cob= 5 pF。试估算电路的截止频率fH和fL，并画出的波特图。

解：（1）求解Q点。

可见，放大电路的Q点合适。

（2）求解混合π模型中的参数。

根据式（4.4.4b）有

（3）求解中频电压放大倍数。

（4）求解fH和fL。

因为Rs＜＜Rb，所以

（5）画的波特图。

根据式（4.4.11）及以上的计算结果可得

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20lg|| ≈ 38.6(dB)

画出的波特图，如图4.4.8所示。

图4.4.8　例4.4.1图

思考题

4.4.1　放大电路在高频信号作用时，放大倍数数值下降的原因是（　　）。

A.耦合电容和旁路电容的存在

B.半导体管极间电容和分布电容的存在

C.半导体管的非线性特性

D.放大电路的静态工作点不合适

4.4.2　对于单管共射放大电路，当f = fH时，Uo与Ui的相位关系是（　　）。

A.-45°　　B.-135°　　C.-225°

习　题

4.4.1　已知某放大电路的波特图如图题4.4.1所示，填空：

（1）电路的中频电压增益20lg|| =_______dB，=_______。

（2）电路的下限频率fL≈_______Hz，上限频率fH≈_______kHz。

（3）电路的电压放大倍数的表达式=_______。

图题4.4.1

4.4.2　在图题4.4.2所示电路中，已知晶体管的bbr′、Cμ、Cπ，Ri≈ rbe。

填空：除要求填写表达式的之外，其余各空填入①增大、②基本不变、③减小。

图题4.4.2

（1）在空载情况下，下限频率的表达式fL=　　　 。当Rs减小时，fL将　　　；当带上负载电阻后，fL将　　　。

（2）在空载情况下，若b-e间等效电容为，则上限频率的表达式fH=　　　 ；当Rs为零时，fH将　　　；当Rb减小时，gm将　　　，Cπ′将　　　，fH将　　　。

4.4.3　如图题4.4.3所示放大电路中，已知晶体管的Ubeq= 0.7 V，β0= 100，电路参数

Rs= 0.5 kΩ，Rc= 1 kΩ，Rb= 10 kΩ，Rb2= 1.5 kΩ，Re= 0.1 kΩ，C1= 0.1 μF，VCC= 12 V。

（1）计算下限频率上限频率。（2）计算中频电压增益。（3）绘制电压增益的幅频特性画出波特图。

4.4.4　图题4.4.4所示为一个简单的音频放大器的输出级。晶体管参数为UBEQ= 0.7 V，β0= 200，Rs= 500 Ω，Rc= 1 kΩ，Rb= 430 kΩ，Re= 2.5 kΩ，VCC= 10 V。若fL= 15 Hz，求C1的值。

图题4.4.3

图题4.4.4

4.4.5　已知某共射放大电路的波特图如图题4.4.5所示，试写出的表达式。

图题4.4.5

4.4.6　已知某电路电压放大倍数为试求解：

（1）、fL和fH。

（2）画出波特图。

4.4.7　电路如图题4.4.7所示。已知晶体管的β、rbb′、Cμ均相等，所有电容的容量均相等，静态时所有电路中晶体管的发射极电流IEQ均相等。定性分析各电路，将结论填入空内。

（1）低频特性最差即下限频率最高的电路是_______；

（2）低频特性最好即下限频率最低的电路是_______；

（3）高频特性最差即上限频率最低的电路是_______。

4.4.8　在图题4.4.7（b）所示电路中，若要求C1与C2所在回路的时间常数相等，且已知rbe= 1kΩ，则C1：C2= ?若C1与C2所在回路的时间常数均为25 ms，则C1、C2各为多少？下限频率fL≈ ?

图题4.4.7

4.4.9　在图题4.4.7（a）所示电路中，若Ce突然开路，则中频电压放大倍数、fH和fL各产生什么变化（是增大、减小、还是基本不变）？为什么？

4.4.10　在图题4.4.10所示电路中，已知晶体管的rbb′= 80 Ω，rbe= 1.68 kΩ，Cμ= 4 pF，fβ= 100 MHz；Rs= 500 Ω，Rb1= 56 kΩ，Rb2= 16 kΩ，Rc= 4 kΩ，Re= 4 kΩ，RL= 8 kΩ，C1= 5 μF，C2= 10 μF；VCC= 12 V。

（1）求fH、fL。

（2）求中频放大倍数。

（3）画幅频、相频特性曲线。