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 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的关系曲线表明，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 ：TN721?34：A：1004?373X（xx）14?0127?02 ：xx?01?25 基金项目：安徽省教育厅专业综合改革试点（xxzy308）；重点教学 研究项目（xxjyxm097）；重大教学研究项目（xxzd?jy060）；资源共享课（xxgxk057；xxgxk048）；淮北师范大学青年科学研究项目（xxxq005） 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，而完整的共集（CC）电路以及晶体管参数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=120，可求得IB=3.70977A。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50）；Cbc是集电结电容，在210pF范围内6（在此取5pF）；Cbe是发射结电容，与晶体管特征频率fT，Cbc关系为： 式中小功率管fT的典型值在1001000MHz之间6（此处取200MHz）。其余参数可根据rbe=26mVIB，gm=brbe计算，代入数据有rbe=2.4320k，gm=41.119ms，Cbe=8.6249pF。 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=0.91323954。截止频率fC处对应的增益应为0.707Avsm=0.6457，移动游标2接近该值的最好位置的y2=646.125mV，而x2=31.01MHz（如图3所示），即截止频率为fC=31.01MHz。 2源电压增益的理论计算和幅频特性 在s域中，将Cbe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： 代入相关数据，Avsm=0.91336，与高频等效电路结果完全一样。运行Matlab可以得到幅频特性曲线，结果如图4所示，与EWB仿真相同。同理，在相频特性曲线上，也有相同的结论。 3基于Matlab的频率响应分析 （1）截止频率。将break与if结构结合使用，在判断满足Avsm小于等于0.707Avsm时，强制终止while，跳出循环结构，同时显示当前频率。编程运行后fC=31.054MHz，与EWB相同。 （2）晶体管参数对截止频率的影响。将从常见的范围80增加到150，做出Avsm，fC对关系曲线，具体见图5。 可以看到随增大，Avsm增大，fC减小。由式（1）、式（8）可知，增大，则IB减小，造成rbe增大，从而引起Avsm增大。但由于rbe?（1+）RL，使得Avsm增加的量很小。根据增益带宽积近似为常量知，当Avsm略有增加，则fC应略有减小，同理，也可以用类似方法讨论电路中其他参数的变化对截止频率的影响。 4结语 借助简化高频等效电路可以直接仿真的特点，完成了对共集电极的源电压增益、频率特性、截止频率的交流仿真，结果验证了Matlab编程所求。充分利用Matlab的图形功能，研究晶体三极管电流放大系数增大对截止频率产生的影响，验证了增益提高，截止频率下降，而增益带宽积则维持基本不变的结论。上述研究方法，为探讨各种类型放大器提供了借鉴之处。 参考文献 1杨一军，陈得宝，方振国，等.基于微变等效电路的差分：共基负反馈放大器的仿真与分析J.北京电子科技学院学报，xx，22（2）：74?80. 2郭修其，周文华，郑朝武.基于电路仿真的高压共轨电磁阀驱动电路设计J.浙江大学学报：工学版，xx，45（5）：901?906. 3杨一军，陈得宝，丁国华，等.基于PSO的多级反馈放大器的设计与仿真J.四川大学学报：自然科学版，xx，50（1）：85?89. 4尹慧，秦文华，刘新.共射