共射-共基電路的高頻響應(yīng)分析及PSPICE仿真*

任青蓮，高文華

(太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院，山西太原 030024)

0 引言

共射-共基組合放大電路具有較大的輸入電阻、較大的輸出電阻，電壓增益與單級共射電路接近，最突出的特點是高頻相應(yīng)特性好，頻帶寬，因而獲得廣泛的應(yīng)用［1］。本文將通過詳細的分析、計算，推導(dǎo)出共射-共基組合放大電路的高頻響應(yīng)，并與單管共射電路進行了比較，最后通過實例進行了PSPICE仿真驗證。

1 共射-共基組合放大電路高頻特性分析

圖1是一個典型的共射-共基組合放大電路。其中晶體管VT1組成共射組態(tài)，VT2組成共基組態(tài)。

圖1 共射-共基組合放大電路

1.1 高頻等效電路

在高頻區(qū)，耦合電容C1、C2和旁路電容CE、CB的容抗很小，其分壓作用可以忽略，但晶體管結(jié)電容的影響必須考慮。采用晶體管的高頻小信號模型-混合參數(shù)Π形等效電路，忽略rb′b2的影響，可得其高頻等效電路如圖2所示。

圖2 CE-CB放大電路的高頻等效電路

圖中RB=RB1//RB2，R′L=RC//RL。

根據(jù)密勒定理，

若 β1= β2，rb′e1=rb′e2，則≈－1。等效后，共射級的輸入端總電容

由此可以看出，共射-共基組合電路，利用共基電路低輸入電阻，作為共射電路的負載電阻，使共射電路具有低阻輸出節(jié)點，進而使共射電路的值較小，從而減小了密勒效應(yīng)，擴展了共射電路即整個電路的上限截止頻率。

1.2 上限截止頻率計算

從圖 2 可以看出，電容(Cb′e1+C′μ)、(C″μ+Cb′e2)和Cb′c2組成3個 RC 低通電路。

1.2.1 電容(Cb′e1+C′μ)引起的上限截止頻率

根據(jù)圖 2 可知，電容(Cb′e1+C′μ)和電阻(RS//RB+rb′b1)//rb′e1構(gòu)成 RC 低通電路，其時間常數(shù)為:

通常RB?RS

所以

所以，上限截止頻率為:

由于電容(Cb′e1+2Cb′c1)小，所以上限截止頻率 fH1較高。

1.2.2 電容(Cμ″+Cb′e2)引起的上限截止頻率

根據(jù)圖2，電容(C″μ+Cb′e2)和電阻re2構(gòu)成RC低通電路，其時間常數(shù)為:

所以，上限截止頻率為

因為晶體管VT2的特征頻率為:

通常 Cb′c比 Cb′e小，比較公式(7)和(11)可知，fH1和 fβ在同一數(shù)量級，比較公式(9)和(10)可知，fH2和fT2相近，因為特征頻率很高，若VT1和VT2特性相同，則

1.2.3 電容 Cb′c2引起的上限截止頻率

電容Cb′c2和電阻R′L也構(gòu)成了RC低通電路，其時間常數(shù)為:

上限截止頻率為:

晶體管VT1的共射截止頻率為:

公式(7)和公式(16)相比，可以看出fH1和fH3在同一數(shù)量級上。

1.2.4 實際電路的上限截止頻率

綜上分析，fH2?fH1，fH1和fH3在同一數(shù)量級上，所以實際共射-共基電路的上限截止頻率近似等于fH1，而fH1與VT1組成的共射級放大倍數(shù)有關(guān)，正是由于VT1的負載電阻是VT2的輸入電阻，很低，使得VT1的 Cb′c1等效到其基極的密勒電容很小，從而擴展了共射電路即整個電路的上限截止頻率，電路具有較好高頻相應(yīng)。

圖1 晶體管采用 2N2222，其 β =164，Cb′c=8pF，Cb′e=24.5pF，rb′e=4.646 kΩ。由公式(7)、(9)、(16)可計算出fH1=25.7 MHz，fH2=139.6 MHz，fH3=49.1 MHz。整個電路的上限截止頻率fH≈fH1=25.4 MHz。

1.3 與單管共射電路的比較

將圖1共射-共基電路中的晶體管VT2及其基極偏置電路去掉，將電阻RC與晶體管VT1集電極相連，組成單管共射放大電路，如圖3所示。

圖3 單管共射放大電路

其高頻通路如圖4所示。

圖4 單管共射放大電路的高頻等效電路

圖4中C′μ1為Cb′c1折合到輸入端的電容，Cb′c1折合到輸出端的電容容抗遠小于與它并聯(lián)的電阻R′L，故可忽略。

等效后，共射電路輸入端的總電容

共射電路的上限截止頻率為:

比較公式(7)和公式(19)可以看出，由于gm1R′L很大，盡管Cb′c1很小，但由于密勒效應(yīng)，使輸入端電容增大了很多，從而降低了單管共射電路的上限截止頻率。帶入圖3中的數(shù)據(jù)和晶體管的參數(shù)，求得共射電路的上限截止頻率為fH=7.56 MHz。將該結(jié)果與共射-共基電路相比，可以看出，共射電路的上限截止頻率比共射-共基電路的低很多。

2 PSPICE仿真驗證

利用PSPICE仿真軟件分別對圖1共射-共基放大電路和圖3共射放大電路進行頻率特性仿真，仿真結(jié)果如圖5所示。

比較圖5的仿真結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，共射-共基組合放大電路和共射放大電路的下限截止頻率及中頻增益基本相同，但前者的上限截止頻率要比后者的高，即共射-共基組合放大電路的高頻特性要優(yōu)于共射電路的高頻特性。調(diào)用PSPICE的特征函數(shù)Bandwidth(Vdb(out)，3)，可求得共射-共基電路和共射電路的3db帶寬分別為22.8 MHz和6.55 MHz，仿真結(jié)果和理論分析結(jié)果基本吻合，證明了理論分析的合理性。

圖5 仿真結(jié)果

3 結(jié)論

本文對共射-共基組合放大電路的高頻特性進行了詳細的分析，給出了上限截止頻率的計算方法，并與共射電路的高頻特性進行了比較，從密勒效應(yīng)的角度分析了造成兩者上限截止頻率相差懸殊的原因，同時，利用PSPICE仿真驗證了理論分析的正確性。理論分析和仿真結(jié)果都表明共射-共基電路具有較好的高頻響應(yīng)特性，頻帶寬，因而在特定的場合具有較高的使用價值。

［1］童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2001.

［2］高文煥，汪蕙.模擬電路的計算機分析與設(shè)計-PSPICE程序應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2001.

［3］盧成健，陳宇寧，鄭金存，等.共射-共基電路的頻率響應(yīng)及其PSPICE仿真［J］.玉林師范學(xué)院學(xué)報，2007，28(5):25－30.

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