放大电路高频特性分析计算与设计.pdf

放大电路高频特性分 析计算与设计 张浩风 著 1 前言 模拟放大电路使用了晶体管等三端元器件，这些器件的电压和电流关系很难像两端器件 例如电阻和电容那样地“线性”，然而这些三端器件可以方便地实现电压到电流的跨导变换， 通过改变两个端点的电压得到第三端来自电源的电流，因为需要电源，故而也称为有源放大 电路。跨导在不同的工作点是不同的，仅仅是在小范围变化的情况下可以近似看作线性的， 而两端器件例如电阻电容等，虽然很“线性”然而却难以实现信号放大。由于晶体管属于非 线性器件，组成的电路也就是非线性电路了。 对于非线性电路，分析计算方法是建立在直流静态工作点上的交流小信号电路基础上， 而交流小信号电路可以分为低频和高频小信号电路，本书重点讨论高频小信号电路，也就是 考虑了电路中分布参数，特别是分布电容参数的电路。晶体管放大电路通常都是负反馈电路， 只有通过高频小信号等效电路进行补偿才能保证负反馈的稳定。 考虑了晶体管分布电容的放大电路，其线性等效的高频电路通常会增加两个分布电容， 对于三极管来说是 Cbe 和 Cbc，分别为基极发射极电容和基极集电极电容。MOSFET 与此 类似，分别对应栅极源极电容 Cgs 和栅极漏极电容 Cgd 。 在本书中，高频小信号电路中，输出对于输入的传递函数中，分母大部分是三阶以内的， 少数也有四阶或五阶，分子则比分母少一阶。这里的阶数是指是拉氏变换中的 s 的次数。本 书中的绝大多数电路的开环传递函数的分子和分母经过补偿之后都存在实数根（或近似看作 实数根），这些根分别代表了零点和极点的频率，通常都满足在频率数值上“相距甚远”，可 s2 +Ds +E 以通过s 的低次项与高次项系数比值得到。例如开环传递函数W s o ( ) 3 2 ， s +As +Bs +C 经过补偿后分子和分母存在实数根（或近似看作实数根），即得到低频极点 p 1 的频率为 C B A f p 1 ，高频极点p 2 的频率为f p 2 ，超高频极点p 3 的频率为f p 3 ，而分 2πB 2πA 2π E D 子的零点则分别是低频零点 z 1 频率为f z 1 和高频零点 z2 频率为f z 2 。即使存 2πD 2π 在右半平面的极点和零点，也依然可以这样近似计算。更具体的情况可以参考附录 I 。 第一章主要讨论最基本的晶体管放大电路的高频小信号等效电路的分析和计算，包括三 极管放大电路以及 MOSFET 放大电路的常用电路的高频特性计算并给出仿真设计实例。最 后还会讨论电流源电路以及放大电路中常用偏置电路。 第二章讨论频率补偿设计，包括一阶和二阶以及高阶电路的频率补偿设计以及常用的补 偿环节的计算和仿真设计实例。 第三章讨论基本的反馈放大电路，内容包括单级和多级的负反馈电路。 第四章讨论功率放大电路，首先讨论放大电路的输入输出和中间放大电路，之后给出设 计实例。 第五章对三极管放大电路的各级电路进行高频小信号等效电路的分析和计算以及仿真 设计实例。