共射-共基电路的高频响应分析及PSPICE仿真*

任青莲，高文华

(太原科技大学电子信息工程学院，山西太原 030024)

0 引言

共射-共基组合放大电路具有较大的输入电阻、较大的输出电阻，电压增益与单级共射电路接近，最突出的特点是高频相应特性好，频带宽，因而获得广泛的应用［1］。本文将通过详细的分析、计算，推导出共射-共基组合放大电路的高频响应，并与单管共射电路进行了比较，最后通过实例进行了PSPICE仿真验证。

1 共射-共基组合放大电路高频特性分析

图1是一个典型的共射-共基组合放大电路。其中晶体管VT1组成共射组态，VT2组成共基组态。

图1 共射-共基组合放大电路

1.1 高频等效电路

在高频区，耦合电容C1、C2和旁路电容CE、CB的容抗很小，其分压作用可以忽略，但晶体管结电容的影响必须考虑。采用晶体管的高频小信号模型-混合参数Π形等效电路，忽略rb′b2的影响，可得其高频等效电路如图2所示。

图2 CE-CB放大电路的高频等效电路

图中RB=RB1//RB2，R′L=RC//RL。

根据密勒定理，

若 β1= β2，rb′e1=rb′e2，则≈－1。等效后，共射级的输入端总电容

由此可以看出，共射-共基组合电路，利用共基电路低输入电阻，作为共射电路的负载电阻，使共射电路具有低阻输出节点，进而使共射电路的值较小，从而减小了密勒效应，扩展了共射电路即整个电路的上限截止频率。

1.2 上限截止频率计算

从图 2 可以看出，电容(Cb′e1+C′μ)、(C″μ+Cb′e2)和Cb′c2组成3个 RC 低通电路。

1.2.1 电容(Cb′e1+C′μ)引起的上限截止频率

根据图 2 可知，电容(Cb′e1+C′μ)和电阻(RS//RB+rb′b1)//rb′e1构成 RC 低通电路，其时间常数为:

通常RB≫RS

所以

所以，上限截止频率为:

由于电容(Cb′e1+2Cb′c1)小，所以上限截止频率 fH1较高。

1.2.2 电容(Cμ″+Cb′e2)引起的上限截止频率

根据图2，电容(C″μ+Cb′e2)和电阻re2构成RC低通电路，其时间常数为:

所以，上限截止频率为

因为晶体管VT2的特征频率为:

通常 Cb′c比 Cb′e小，比较公式(7)和(11)可知，fH1和 fβ在同一数量级，比较公式(9)和(10)可知，fH2和fT2相近，因为特征频率很高，若VT1和VT2特性相同，则

1.2.3 电容 Cb′c2引起的上限截止频率

电容Cb′c2和电阻R′L也构成了RC低通电路，其时间常数为:

上限截止频率为:

晶体管VT1的共射截止频率为:

公式(7)和公式(16)相比，可以看出fH1和fH3在同一数量级上。

1.2.4 实际电路的上限截止频率

综上分析，fH2≫fH1，fH1和fH3在同一数量级上，所以实际共射-共基电路的上限截止频率近似等于fH1，而fH1与VT1组成的共射级放大倍数有关，正是由于VT1的负载电阻是VT2的输入电阻，很低，使得VT1的 Cb′c1等效到其基极的密勒电容很小，从而扩展了共射电路即整个电路的上限截止频率，电路具有较好高频相应。

图1 晶体管采用 2N2222，其 β =164，Cb′c=8pF，Cb′e=24.5pF，rb′e=4.646 kΩ。由公式(7)、(9)、(16)可计算出fH1=25.7 MHz，fH2=139.6 MHz，fH3=49.1 MHz。整个电路的上限截止频率fH≈fH1=25.4 MHz。

1.3 与单管共射电路的比较

将图1共射-共基电路中的晶体管VT2及其基极偏置电路去掉，将电阻RC与晶体管VT1集电极相连，组成单管共射放大电路，如图3所示。

图3 单管共射放大电路

其高频通路如图4所示。

图4 单管共射放大电路的高频等效电路

图4中C′μ1为Cb′c1折合到输入端的电容，Cb′c1折合到输出端的电容容抗远小于与它并联的电阻R′L，故可忽略。

等效后，共射电路输入端的总电容

共射电路的上限截止频率为:

比较公式(7)和公式(19)可以看出，由于gm1R′L很大，尽管Cb′c1很小，但由于密勒效应，使输入端电容增大了很多，从而降低了单管共射电路的上限截止频率。带入图3中的数据和晶体管的参数，求得共射电路的上限截止频率为fH=7.56 MHz。将该结果与共射-共基电路相比，可以看出，共射电路的上限截止频率比共射-共基电路的低很多。

2 PSPICE仿真验证

利用PSPICE仿真软件分别对图1共射-共基放大电路和图3共射放大电路进行频率特性仿真，仿真结果如图5所示。

比较图5的仿真结果可以发现，在相同条件下，共射-共基组合放大电路和共射放大电路的下限截止频率及中频增益基本相同，但前者的上限截止频率要比后者的高，即共射-共基组合放大电路的高频特性要优于共射电路的高频特性。调用PSPICE的特征函数Bandwidth(Vdb(out)，3)，可求得共射-共基电路和共射电路的3db带宽分别为22.8 MHz和6.55 MHz，仿真结果和理论分析结果基本吻合，证明了理论分析的合理性。

图5 仿真结果

3 结论

本文对共射-共基组合放大电路的高频特性进行了详细的分析，给出了上限截止频率的计算方法，并与共射电路的高频特性进行了比较，从密勒效应的角度分析了造成两者上限截止频率相差悬殊的原因，同时，利用PSPICE仿真验证了理论分析的正确性。理论分析和仿真结果都表明共射-共基电路具有较好的高频响应特性，频带宽，因而在特定的场合具有较高的使用价值。

［1］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2001.

［2］高文焕，汪蕙.模拟电路的计算机分析与设计-PSPICE程序应用［M］.北京:清华大学出版社，2001.

［3］卢成健，陈宇宁，郑金存，等.共射-共基电路的频率响应及其PSPICE仿真［J］.玉林师范学院学报，2007，28(5):25－30.

［4］刘晟，刘昕，王晓宇，等.基于二端口网络的放大电路的全频段响应［J］.电气电子教学学报，2004，30(2):23－26.