共集电极放大电路高频响应的理论分析和仿真.doc

共集电极放大电路高频响应的理论分析和仿真-电气论文共集电极放大电路高频响应的理论分析和仿真 赵鑫,陈得宝,杨一军(淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽淮北235000)摘要:利用EWB软件中的受控源,构建共集电极放大电路的简化高频等效电路,等效电路的直接交流分析仿真与s域源电压增益解析表达式Matlab仿真的数值解、幅频特性、截止频率都吻合很好。源增益和截止频率对晶体管参数β的关系曲线表明,β由小到大引起放大倍数增大,截止频率减小,符合增益带宽积近似不变的结论。关键词 :共集电极;频率响应;EWB;Matlab中图分类号:TN721?34文献标识码:A文章编号:1004?373X(2015)14?0127?02收稿日期:2015?01?25基金项目:安徽省教育厅专业综合改革试点(2012zy308);重点教学研究项目(2013jyxm097);重大教学研究项目(2014zd?jy060);资源共享课(2012gxk057;2013gxk048);淮北师范大学青年科学研究项目(2014xq005)电气信息类专业综合改革的一个重要内容是深化实践教学改革,提高学生综合创新能力,而计算机仿真技术的迅速发展,为实践教学中各类电子电路的探讨和研究带来了极大便捷,被广泛用于各类电路的分析和设计中[1?3]。随着频率升高,放大电路中的晶体三极管结电容开始影响增益,在结电容分流分压作用下,增益的幅度和相位都不再是常量。目前文献关于放大电路的频率响应报道多为共射,以及近似处理后的共集[4?5],)电路以及晶体管参数β对其截至频率影响方面的报道在众多文献中至今尚未见到。本文利用EWB软件提供的受控源模型,直接对共集电极放大电路的高频等效电路仿真,截止频率等与s域中Matlab的仿真结果一致。编程探讨了β增大对截止频率的影响,验证了增益带宽积保持不变的结论。触类旁通,为探讨不同结构、不同组态的单级或多级放大器的频率响应,提供了一条新的途径。1频率响应的电路仿真典型共集电极放大电路如图1所示,基极电流可表示为:将图1电路参数代入式(1),同时取β=120,可求得IB=。启动仿真后观察到输出波形不失真,说明晶体管工作于线性放大区。使用EWB中受控源模型,可做出图1电路的简化高频等效电路,如图2所示。图2中rbb′是基区体电阻,一般为几十欧[5](在此取50Ω);Cb′c是集电结电容,在2~10pF范围内[6](在此取5pF);Cb′e是发射结电容,与晶体管特征频率fT,Cb′c关系为:式中小功率管fT的典型值在100~1000MHz之间[6](此处取200MHz)。其余参数可根据rb′e=26mVIB,gm=brb′e计算,代入数据有rb′e=,gm=,Cb′e=。对图2电路的输出节点启动交流分析仿真,幅频特性结果如图3所示。由游标1可知,中频段的源电压增益Avsm=vo/vs=。×Avsm=,移动游标2接近该值的最好位置的y2=,而x2=(如图3所示),即截止频率为fC=。2源电压增益的理论计算和幅频特性在s域中,将Cb′e左边输入部分利用戴维南定理等效为电压源vs′和阻抗ZS′串联,其中:代