《模拟集成电路基础》课程研究性学习报告--放大电路通频带展宽研究

1、放大电路通频带展宽研究模拟集成电路基础课程研究性学习报告 放大电路通频带展宽研究院系 电信学院电子科学与技术 成员 时间 2013年5月 摘要：本文结合课程相关内容，以基本放大电路的频率响应通频带为分析基础，对几种能够展宽通频带的方法进行了研究、归纳和总结，分析过程分为定性分析部分与定量分析部分，前者直观易懂，便于读者理解方法的主要原理，后者属于理论推导，完备严谨。关键词：频率响应、截频、通频带展宽。一、引言我们都知道，在实际的放大电路中总是含有电抗元件，因而，它的增益和相移都与频率有关，即实际放大电路能工作的频率范围是有限的，一旦超出了这个范围，输出信号将不能按原有增益放大，从而导致失真。因

2、此，如何获得更宽的通频带范围意义重大。二、放大电路高频响应 由于一般放大电路的频带宽度主要取决于三极管本身的高频特性，因而选用频率特性高的三极管是展宽频带、改善高频性能的有效途径。以下，我们将以单管共射放大电路为基础，推导出它的高频响应。图1是共射放大电路的交流通路，利用高频放大电路的单向近似模型，可得其简化的高频等效电路，如图2。由图2，推导可得：共射放大电路的高频增益函数表达式为式中，中频电压增益转角频率 其中和分别为由解析法，又得高频截频为可推广到具有n个高频极点的电路系统，此时系统的高频截频可由下式计算：因此，由单管共射放大电路的高频增益函数表达式可知，高频增益函数的极点对通频带有着决

3、定性的影响，而极点又与、和有关。故想要使通频带展宽，就要围绕改变这几个参数而设计。以下将介绍几种使通频带展宽的方法。三、通频带展宽方法（1）基极补偿法l 定性分析图3所示是基极补偿原理电路，图中RS和CB是补偿元件，ri和Ci代表三极管的输入电阻和输入电容。在未补偿的情况(即不接RS和CB)下，当频率升高时，Ci和ri并联阻抗减少，因而放大电路输入端分得的信号电压下降(即真正加到三极管输入端的信号电压Ube下降)，根据放大电路特性，使输出减少，放大倍数下降。增加补偿元件RS和CB后，尽管Ci和ri的并联阻抗要减小，但此时RB和CB的并联阻抗也要下降。因此相对来说，接补偿元件后，Ube下降的少一

4、些，输出也下降得少一些，即不同程度地改善了放大器的高频特性。如果RS和CB选择合适，改善的效果会相当好，但采用这种方法会带来中频增益的减小。 l 定量分析此处以图2电路为基础，如图4是一个基极补偿时的等效输入端电路，图中CB与R是补偿元件，因为补偿元件放在了基极上，所以对于RL、Co没有任何影响，而只影响戴维南等效电阻RS、输入端等效电容Ci。计算RS时, RS为电源内阻，高频时CB将R短路且认为RS远小于Rb与rbb，rbe。所以新的戴维南等效电阻RSRSRS。RS为图2的戴维南等效电阻，即不补偿时戴维南等效电阻。为了考虑CB对输入电容Ci的影响考虑进来，通过等效变换的方法，最终得到输入电容

5、Ci约为RS2RB2CB,故此时Ci,RS=RS2RB2CBRS,适当选择CB与R时，可满足基极未补偿前CiRS=CiRSRS2RB2CBRS即H1变小，又输出端不变，所以H变大，频带展宽。（2）集电极补偿l 定性分析图5是集电极补偿电路。电感L是补偿元件，其补偿原理如下为：当频率升高时，由于输出电容C减小，使输出下降，即增益下降，但这时补偿元件L也起作用。这是因为RC和L串联，频率升高，阻抗增大，从而补偿了因频率升高C的容抗减小造成的下降。另一方面从交流电路还可以看出，L和C是一种连接方法。当频率为某一值时，会产生谐振(0=1/LC)。只要L、C元件值选的合适，这种补偿有较好的效果。补偿前后

6、的幅频特性曲线如图6所示，其中曲线是未补偿的情况；曲线、是选择不同L、C补偿后的情况。显然曲线欠补偿，曲线补偿效果最好，而曲线过于尖锐(产生谐振了)，应避免。 图6 集电极补偿幅频特性曲线l 定量分析 同样以图2电路为基础，如图7是一个集电极补偿输出等效电路，L1是补偿元件，其中LC 回路等效阻抗，当LR,即高频时，。为了体现电感L1对其对输出电容C0的影响，通过等效变换的方法，得到，所以得等效变换电阻，高频时等效变换输出端电容，即新的输出端等效电容C0CO,考虑到负载RL较大，所以与R并联后约为R，所以此时C0RC0R=LR，因为L1对输入端无影响，所以为了展宽频带必须满足，可见，对补偿元件

7、R与L的选着将影响通频带展宽的效果。即图6所示。（3）发射极补偿发射极补偿是放大器用于高频时广泛采用的一种补偿方法，例如电视机中的视放电路为展宽频带就采用了发射极补偿。图8所示是发射极补偿的原理电路，RE和CE是补偿元件。我们知道RE接在发射极上，对直流而言，可以稳定静态工作点，对交流而言却使放大倍数下降。为了减小这种交流损失，常在RE两端并接一大电容。它对交流视为短路，从而避免了因RE的引入对交流性能的影响。但是如果有意把CE选小一些，那么在中频时CE可视为开路，使放大电路因RE的作用减弱(本质上是负反馈减弱)。故高频时的电压放大倍数相对来说得到提高，即展宽了频带，起到了高频补偿的作用。当然

8、，这种方法是要牺牲一部分中频放大倍数的。（4）负反馈法l 定性分析负反馈能改善放大器频率特性的原理图9所示，实线表示了负反馈放大器的频率特性，虚线表示无反馈放大器的频率特性。由于反馈信号正比于输出信号。在中频区输出信号大，反馈信号也大；而在高频区及低频区，输出信号减小，反馈信号也跟着减小，这就是说，随频率的升高或降低，反馈有所减弱(因为是负反馈，放大器的净输入信号Xi等于输入信号Xi与反馈信号Xf之差)这样使得净输入信号Xi变成中频区小，高频区及低频区大因此，净输入信号Xi与原放大器放大倍数A相乘的结果，使输出信号在中频区下降多一些，而在高频区与低频区下降少一些，从而使输出信号的上限频率升高，

9、下限频率下降，通频带B=fH-fL就展宽了 图9 反馈放大器频率特性l 定量分析为了简化分析，设反馈网络为纯电阻网络，且放大电路的波尔图高低频各有一个拐点。基本放大电路的中频放大倍数为Am,上限频率为fH，下限频率为fL。 则由已知理论，高频放大倍数：Ah=Am1+jffH 低频放大倍数：Al=Am1-jffL设负反馈放大倍数为F引入负反馈后，则有AF=A1+AAF由上式，可得Ahf=Amf1+jffHf其中Amf=Am1+AmF为负反馈中频放大倍数，负反馈上限截频fHf=(1+AmF)fH同理，得负反馈下限频率fLf=fL1+AmF因此，可知引入负反馈后，频带得到了展宽，但是同时也注意到，增

10、益有所损失。（5）多级放大电路由之前的推导，我们已知多级放大电路的上限截频为其中，Hn为第n级的上限频率。由式中可以看出，多级放大电路的上限频率H比任何一级的上限频率低。级数越多，通频带越窄。因此，想要提高放大电路的通频带，应该尽可能地减少单路级数。四、总结1.研究通频带的展宽的方法对实际运用具有重要的意义。但是应当指出的是，根据现有的理论，在一定条件下，增益带宽积近似于常数，即有时候增益与带宽我们并不能同时兼顾。增加带宽的同时会牺牲一定的增益，因此应该根据实际需要，不能盲目地增加通频带带宽。2.通过此次研讨的机会，我们对模电中关于放大电路频率响应中的相关知识又有了进一步的了解与掌握。特别是对通频带理论这一块，我们查阅了几本不同的教材，每一本教材都有自己的特色，因此极大地加深了我们对理论知识的理解。3.为了找到关于展宽通频带方面的相关资料，我们积极利用网上图书馆中的数据库，大量搜索，进步一锻炼了我们利用网络工具查找文献的能力。4.通过收集的论文资料的阅读，我们规范了自己的论文格式，进一步地加深了规范论文的写作格式，相信这对我们今后更多的科研论文，研究设计等有着很大帮助。参考文