单管共射放大电路的低频响应
若单管共射放大电路中没有耦合电容和旁路电容,其中频段的幅频特性可以水平延伸到零频率,或者说fL=0,因而不必进行低频响应特性的分析。考虑到在分立器件电路中或在集成电路引出脚与外部电路之间常用阻容耦合方式,有必要对阻容耦合放大电路的低频响应特性加以简单的讨论。
阻容耦合共射放大电路的低频响应是由耦合电容C1、C2和旁路电容CE引起的,如图3—27(a)所示。
在低频范围内,由于C1、C2产生压降,使实际输入到晶体管基极和输出到负载RL的信号电压随频率降低而下降。同时,由于CE的容抗随频率降低而增大,电容CE与RE的并联阻抗Ze也增加,引起交流负反馈,导致低频增益下降。
综上所述,放大电路的低频等效电路中要保留电容C1、C2和CE,而在低
频范围内晶体管本身的电容效应非常小,通常可以不考虑,因此可用简化h模型来代替。考虑到偏置电阻RB(=RB1//RB2),可画出其低频等效电路如图3—27(b)所示。
根据低频等效电路图3—27(b),可推导出电路的低频电流增益函数AIS(s)(=Io/Is)。为了方便,将图3—27(b)中的Rs、RB、RE和RC用电导符号Gs、GB、GE和GC来表示,然后列出各节点电压U1、U2、U3和U4的复频域电路方程
(3—63)
另外,由图3—27(b)等效电路可见,输出和输入电流可表示为
由以上方程可推导出低频电流增益函数为
式(3—64)中,系数am、a2和a1在满足RB>>hie,Rs的条件下,可近似表示如下
由以上公式可见:
(1)低频电流增益函数AIS(s)具有3个零点和3个极点。其中两个极点(p1、p2)可由二阶因式(s2+a2s+a1)的根得到,由式(3—65)中系数a2和a1关系式可知。它们都含有C1、CE以及RB、RE,也就是说这两个极点的值既与电路参数有关,又与发射极回路参数有关,因为hie使两个电路之间相互关联。
(2)第三个极点p3=-1/(Rc+RL)C2是独立的,它的值只决定于输出耦合电路的参数,与输入耦合电路及发射极回路无关。
(3)由于零点和极点数相等,所以在s趋近于无限大时,零点和极点的贡献相抵消,低频电流增益函数AIS(S)的幅值趋近于常数am,可见系数am就是中频电流增益。
(4)由AIS(s)可以导出AUS(s)
由于电阻Rs与RL是纯阻,与频率无关,故低频电压增益函数AUS(s)的幅频特性与低频电流增益函数AIS(s)相同。
【例3—5】 在图3—27(a)电路中,设RC=2kW,RS= RE= RL=1kW, RB=10kW,C1=5mF C2=10mF,CE=100mF,晶体管的hfe=44,hie=1.4kW,试求低频电流增益函数AIS(s)表达式。
解:将所给数值分别代入式(3—64)、(3—65),可得各系数和各零点的值
am=12.5
a1=4500
a2=267
Z1=Z2=0
Z3=-10rad/s
将系数a1和a2代入二阶因子式
(s2+a2s+a1)=(s2+267s+4500)=(s+248.5) (s+18.5)
故极点的值为
p1=-18.5 rad/s
p2=-248.5 rad/s
p3=-1/[(Rc+RL)C2]=-33 rad/s
由以上零极点值及系数值可写出电路的低频电流增益函数
由传输函数求低频截频也可采用图解法或解析法。
1)图解法
有关图解法已在本节前面介绍过,现将[例3—5题]解所得低频电流增益
函数AIS(jw)的结果绘制成幅频特性曲线,如图3—28所示。
wL=|p2|=248.5rad/s
fL=wL /2p=39.6Hz
2)解析法
解析法是由低频增益函数导出低频截频。下面,先推出计算公式。
具有n个低频极点的低频增益函数可写成如下一般形式
(3—67)
当工作频率w =wL时,
由于多极点放大器的低频截频wL大于任一低频极点值,即
故式(3—68)展开后,可以仅保留wL的二次方项而将其余高次方项忽略,简化成下式
由上式可得
上式是由多个低频极点求低频截频的近似计算公式。可见低频截频wL大于任一低频极点。
若采用[例3—5]中所求得的极点数据,采用式(3—70)就可求得该电路的低频截频fL