放大电路的全频带增益特性分析

放大电路的全频带增益特性分析摘要：本文运用模拟电子技术课堂上所学知识，以及通过查阅资料文献所获得的知识，对常用放大电路的中频增益、输入电阻、输出电阻、频率特性等主要性能进行分析和定量计算。运用放大电路的高频模型，通过对之流通路和交流通路的求解计算出放大电路的增益函数，并用Matlab画出了该放大电路的幅度相应和相位响应，在Multisim软件中进行了模拟。关键字：放大电路；模拟TheCharacteristicsAnalysisOfTheWholeBandGainAmplifierCircuitAbstract:Inthispaper,weusedtheknowledgebylearningtheanalogelectronictechnologyintheclassroom,andlookedfortheinformationonliterature.Weanalyzedthecommon-usedoftheIFamplifier-growing,inputresistance,outputresistance,frequencycharacteristics.Byuseingthehigh-frequencyamplifyingcircuitmodelofthecirculationroadandthesolutionoftheexchangepathwayt,wecalculatedtheamplifier-growingfunction,andusedMatlabtodrawtheamplificationcircuitcorrespondingamplitudeandphaseresponsewhichweresimulatedinMultisimsoftware.Keywords:amplifiercircuit；simulation1.放大电路频率特性简介幅频响应曲线：多种不同信号的比值描绘成的曲线，叫做幅频响应曲线。相频相应：信号通过系统之后的输出信号的相位与它输入时的信号的相位值差。在放大电路中提到过通频带的概念。放大电路输出信号的幅度和相位，会随着信号频率的变化发生变化，一般来说，在放大电路的低频段与高频段和中频段相比，信号的幅度会下降，也会产生一定的相移。这就是放大电路的频率特性，它分为幅频特性和相频特性两方面。幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律，相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随信号频率变化而变化的规律。这些统称放大电路的频率响应。幅频特性偏离中频值的现象，称为幅度频率失真。相频特性偏离中频值的现象，称为相位频率失真。放大电路的幅频特性和相频特性，也称频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生的失真，称为相频失真。幅频失真和相频失真是线性失真。产生频率失真的原因是放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等，并且三极管的电流放大系数β也是频率的函数。在研究频率特性时，前面介绍的三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。2常用共集电极放大电路（CC）全频带特性分析RB1RLC1VCC+us-+uO-RSRB2C2RE图2-1图1中，RS=500Ω，RB1=51kΩ，RB2=20kΩ，RE=2kΩ，RL=2kΩ，C1=C2=10μF，晶体管的hfe=100，rbb’=80Ω，Cb’c=10μF，fT=200MHz，UBE=0.7V，VCC=12V。我们将以该实用电路为例，分析其中频增益、输入电阻、输出电阻，并画出该电路的波特图。2.1直流通路的求解VCC12VRb320k¦¸RB451k¦¸Q22N2714RE22k¦¸VCC790图2-1-1直流通路因为IB极小故UB可以直接根据RB1和RB2分压算得UB=VCCRB2/(RB1+RB2)UB=3.38VUB=UBE+REIBQ（1+hfe）解得IBQ=0.013mA,ICQ=hfeIBQ=1.3mA,IEQ=IBQ（1+hfe）=1.313mAVCC=UCEQ+REIBQ（1+hfe）解得UCEQ=9.374V2.2交流通路的求解由题目所给，是共集电极电路，且是高频模型，所以可以画出如图所示的交流等效电路图Rs1500¦¸C310uFV210mVrms200MHz0¡ã1310Rb520k¦¸RB651k¦¸Rbb1kΩR32kΩR42kΩI11A3Cbc270uFCbe270uFRbc1kΩ8C610uF12140图2-2-1由静态工作点可求出：20''bbieebrhrsgTCQUIm05.0263.1PFFCCMHZcbfgebTm3010*1012200*14.3*205.02''并且根据米勒定理，可以把be间和bc间的电容归于'1C和'2C，这样便可以继续简便地讨论问题。于是可求：PFChgCCcbiembe1090)1('''1PFCCCcbhgbeiem40)1('1''2所以经过米勒定理的变换后等效图为V1120Vrms60Hz0°R1500ΩRbc1kΩR31kΩR420kΩR52kΩR62kΩR751kΩC110uFCi210uFCo210uFC410uF123I11A4590图2-2-2由等效电路图可以求得，有两个极点，即fH1和fH2。由他们所在的之路的电阻和电容可以求出相应的频率。191118322*3.14*20*10HfMHZCR21221142()2*3.14*10*10*(22)HELfMHzCRRKK而在中频的情况下，我们由常识可以知道：因为是共集电极的电路所以放大增益1usmA。中频时的等效电路图：V1120Vrms60Hz0°R1500ΩRbc1kΩR31kΩR420kΩR52kΩR62kΩR751kΩ1I11A3409图2-2-3于是可以根据公式算出来放大增益的具体增益函数表达式即])10*83*1)(10*4*1(10*4*[*1)1(*)1()(666jfjfjfffjffjffjAjfAHLLusm)10*25*1)(10*83*1(10*25*)(666jwjwjwjwA将相应的两个所求频率代入，即可得到。求出上面的表达式后，可以相应的将它的波特图画出来，这里面应该是一条从零点开始，经过上升和下降然后最终保持不变的高通滤波器。下面我们再来看一下输出电阻的求解:)230150(01.395.110)/1//(//3121'jjjwCRRRRsBBs)2325(1'jhhRIURfeiesxxx所以)2525(//'jRRRExo2.3用波特仪和Matlab模拟画出放大电路的波特图RL2k¦¸Rs500¦¸C110uFC210uFVCC12VRb220k¦¸RB151k¦¸V110mVrms200MHz0¡ãQ12N2714VCCRE12k¦¸6XBP1INOUT40215图2-3-1用波特仪测量波特曲线所得幅度响应和相位响应如图所示图2-3-2放大电路的幅度响应图2-3-3放大电路的相位响应2.4Matlab程序w=-8*pi:0.01:8*pi;b=[25*10^(-6),0];a=[2.075*10^(-9),1.08*10^(-4),1];H=freqs(b,a,w);subplot(211)plot(w,abs(H));gridonxlabel('\omega(rad/s)'),ylabel('|H(\omega)|');title('H(s)的幅频特性')subplot(212)plot(w,angle(H));gridonxlabel('\omega(rad/s)'),ylabel('\phi(\omega)');title('H(s)的相频特性')sys=tf(b,a);bode(sys);gridon3参考文献1、高吉祥主编《高频电子线路》电子工业出版社2003年2、曾兴雯刘乃安陈健编《高频电路原理与分析》（第三版）西安电子科技大学出版社2001年3、王卫东傅佑麟编《高频电子线路》电子工业出版社2004年4、高如云陆曼茹张企民孙万蓉编《通信电子线路》（第二版）西安电子科技大学出版社2002年5、张肃文编《高频电子线路》高等教育出版社6、阳翠娥主编《高频电子线路实验与课程设计》哈尔滨工业大学出版社2001年