共射级放大电路的频率响应Multisim电路仿真——硬件工程师笔记

目录

[1 共射级放大电路频率响应基础知识](#1 共射级放大电路频率响应基础知识)

[1.1 频率响应的定义](#1.1 频率响应的定义)

[1.2 频率响应的三个主要频段](#1.2 频率响应的三个主要频段)

[1.2.1 低频段](#1.2.1 低频段)

[1.2.2 中频段](#1.2.2 中频段)

[1.2.3 高频段](#1.2.3 高频段)

[1.3 通频带](#1.3 通频带)

[1.3.1 定义](#1.3.1 定义)

[1.3.2 重要性](#1.3.2 重要性)

[1.4 改善频率响应的方法](#1.4 改善频率响应的方法)

[1.4.1 低频响应的改善](#1.4.1 低频响应的改善)

[1.4.2 高频响应的改善](#1.4.2 高频响应的改善)

[1.5 频率响应的测量](#1.5 频率响应的测量)

[1.5.1 测量方法](#1.5.1 测量方法)

[1.5.2 注意事项](#1.5.2 注意事项)

[2 共射级放大电路频率响应仿真实验](#2 共射级放大电路频率响应仿真实验)

[3 输入电容对共射级放大电路低频特性的影响](#3 输入电容对共射级放大电路低频特性的影响)

[4 输出电容对共射级放大电路低频特性的影响](#4 输出电容对共射级放大电路低频特性的影响)

[5 射级旁路电容对共射级放大电路低频特性的影响](#5 射级旁路电容对共射级放大电路低频特性的影响)

[6 晶体管对共射级放大电路频率特性的影响](#6 晶体管对共射级放大电路频率特性的影响)

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1 共射级放大电路频率响应基础知识

1.1 频率响应的定义

频率响应是指共射级放大电路对不同频率信号的放大能力，通常用增益随频率变化的特性曲线来表示。它反映了电路在不同频率下对输入信号的放大效果，是评估放大电路性能的重要指标之一。

1.2 频率响应的三个主要频段

1.2.1 低频段

特点

在低频段，电路的增益会下降。这是因为耦合电容和旁路电容对低频信号的阻碍作用较大。耦合电容在低频时的容抗较大，会阻碍信号的传输；旁路电容在低频时不能很好地旁路交流信号，导致交流信号的反馈增加，从而使增益降低。

低频截止频率fL是低频段的一个重要参数，它是指增益下降到中频增益的2^(-0.5)（约-3dB）时的频率。

影响因素

耦合电容和旁路电容的大小是主要影响因素。较大的耦合电容和旁路电容会使低频截止频率降低，导致低频段增益下降的频率范围更宽。

1.2.2 中频段

特点

中频段是放大电路的平坦区域，电路的增益基本保持不变。在这个频率范围内，电路的电容和电感等元件对信号的影响较小，晶体管的工作状态较为稳定，能够实现较好的放大效果。

中频增益Avm是电路在中频段的增益，通常也是电路的最大增益。

影响因素

中频增益主要由晶体管的直流工作点、电路的电阻参数等决定。在中频段，电路的频率特性主要由晶体管的固有特性（如电流放大系数等）和电路的静态工作点设置来决定。

1.2.3 高频段

特点

在高频段，电路的增益也会下降。这是因为晶体管的极间电容（如基极-集电极电容、基极-发射极电容等）和分布电感等元件对高频信号的影响较大。这些电容在高频时会产生较大的容抗，导致信号的相位偏移和幅度衰减。

高频截止频率fH是高频段的一个重要参数，它是指增益下降到中频增益的2^(-0.5)（约-3dB）时的频率。

影响因素

晶体管的极间电容和分布电感是主要影响因素。不同的晶体管型号，其极间电容和分布电感的大小不同，从而导致高频截止频率不同。此外，电路的布线和元件布局也会影响高频特性，例如过长的布线会增加分布电感。

1.3 通频带

1.3.1 定义

通频带是指放大电路在增益下降不超过中频增益的2^(-0.5)（约-3dB）的频率范围内，能够正常放大信号的频率范围。它等于高频截止频率减去低频截止频率，即BW =fH-fL。

1.3.2 重要性

通频带的宽度反映了放大电路能够有效放大信号的频率范围。对于音频放大电路，通频带需要覆盖人耳可听到的频率范围（20Hz-20kHz）；对于射频放大电路，通频带可能需要覆盖更宽的频率范围。通频带越宽，电路能够处理的信号频率范围越广，但设计难度也相对较大。

1.4 改善频率响应的方法

1.4.1 低频响应的改善

减小耦合电容和旁路电容的值

通过选择较小的耦合电容和旁路电容，可以提高低频截止频率，使电路在更低的频率下就能达到较好的放大效果。但需要注意的是，耦合电容和旁路电容的值也不能过小，否则会影响电路的稳定性和直流偏置。

采用直接耦合方式

直接耦合可以避免耦合电容对低频信号的影响。但直接耦合电路需要考虑不同级之间的直流偏置匹配问题，设计相对复杂。

1.4.2 高频响应的改善

选择高频特性好的晶体管

不同型号的晶体管，其极间电容和特征频率fT不同。选择特征频率较高、极间电容较小的晶体管，可以提高电路的高频截止频率。

采用补偿电路

对于高频段的增益下降，可以通过一些补偿电路来改善。例如，使用中和电路（Neutralization Circuit）来抵消晶体管的极间电容效应，从而提高高频特性。中和电路通过在晶体管的基极和集电极之间引入一个反馈电容，来补偿极间电容的影响。

优化电路布局

在设计电路时，尽量减小布线长度，避免过长的布线引入过多的分布电感。同时，合理布局元件，减少高频信号之间的相互干扰。

1.5 频率响应的测量

1.5.1 测量方法

频率响应可以通过扫频仪来测量。将扫频仪的输出信号作为放大电路的输入信号，同时将放大电路的输出信号接入示波器或频谱分析仪。通过改变扫频仪的频率范围，观察放大电路输出信号的幅度变化，从而得到频率响应曲线。

1.5.2 注意事项

在测量过程中，要确保输入信号的幅度适中，避免因输入信号过大导致电路饱和失真，影响测量结果。同时，要保证测量设备的频率范围和精度满足要求，以获得准确的频率响应数据。

2 共射级放大电路频率响应仿真实验

如上图所示，左下图表示频率响应特性曲线，横坐标表示频率（1HZ-100MHZ），纵坐标表示增益单位dB(dB=20*log(vo/vi))；右上角示波器中的红色曲线表示输入，蓝色曲线表示输出；低频段增益增高，中频段增益几乎不变，高频段增益下降。

3 输入电容对共射级放大电路低频特性的影响

如上图所示，输入电阻为C1，相对2中的C1将其容值变为1uF，对其频率响应特性影响较小。

4 输出电容对共射级放大电路低频特性的影响

如上图所示，输入电阻为C2，相对2中的C2将其容值变为1uF，对其频率响应特性影响较小。

5 射级旁路电容对共射级放大电路低频特性的影响

如上图所示，输入电阻为C3，相对2中的C3将其容值变为1uF，对其低频段频率响应特性影响较大。

6 晶体管对共射级放大电路频率特性的影响

如上图所示，更换了三极管，对其低频段频率响应特性影响较大。

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