放大电路的频率响应

第五章 放大电路的频率响应5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型5.6集成运放的频率响应和频率补偿童诗白第四版童诗白第三版本章重点和考点：2、单管共射放大电路混合模型等效电路图、频率响应的表达式及波特图绘制。1、晶体管、场效应管的混合模型。本章教学时数：4学时5.1频率响应概述研究放大电路频率响应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。一、高通电路+_+_CRiUOU图 5.1.1（a)RC 高通电路RCCRRUUAu j111j1iO 令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：)(arctan90Lff相角：频率响应的基本概念fL称为下限截止频率2LL1lg20lg20lg20ffffAu则有：dB 020lg L uAff时时，当当LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 时时，当当dB32lg20lg20 L uAff时时，当当2LL1ffffAu放大电路的对数频率特性称为波特图。对数幅频特性：实际幅频特性曲线：图(a)幅频特性当 f fL(高频)，当 f fT 时，三极管失去放大作用；f fT 时，由式；112T0 ff得：ff0T 3.共基截止频率 f 值下降为低频 0 时 的 0.707 时的频率。ffj10 f 与 f 、fT 之间关系：因为，1 ffj10 可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比较较，可可知知与与 ffj10 ff)1(10000说明：ff)1(10000 ，因因为为：所以：1.f 比 f 高很多，等于 f 的(1+0)倍；2.f fT Rs，Rb rbe；(1+gmRc)Cbc CbeCRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故cbbbs)(21 CrRcbbbsHsm)(21 CrRfAu说明：HsmfAu 式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和 Cbc 的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用 rbb 和 Cbc 均小的高频三极管。*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）复习：1.晶体管、场效应管的混合模型2.单管共射放大电路的频率响应表达式：)j1)(j1(j)j1)(j1(HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特图的绘制：三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性5.5多级放大电路的频率响应多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：unuuuAAAA 21对数幅频特性为：nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20在多级放大电路中含有多个放大管，因而在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。多级放大电路的总相位移为：nkkn121 两级放大电路的波特图图 fHfL幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一 级二 级20dB/十倍频40dB/十倍频图 相频特性270360fL1fH1fO54018045090一 级二 级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。多级放大电路的上限频率和下限频率的估算2H22H21HH1111.11nffff 2L22L21LL1.1nffff 在实际的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。例已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。解：（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）电压放大倍数353)1021)(101(10fjfjjfAu例分别求出如图所示Q点稳定电路中C1 C2和Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1Reui图 2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路b解：交流等效电路图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路1.考虑C1对低频特性的影响(b)C1所在回路的等效电路1121121/2121CRRcrRRRfiSbebbSLI2.考虑C2对低频特性的影响(c)C2所在回路的等效电路2222121CRRfLcL3.考虑Ce对低频特性的影响(d)Ce所在回路的等效电路eSbbbeeeLICRRRrRf1/2121214.考虑结电容对高频特性的影响(e)结电容所在回路的等效电路CRRRrrfSbbbbebHH/212121比较C1、C2、Ce所在回路的时间常数1、2、e,当取C1C2Ce时，e将远小于1,2，即fLe远大于fL1和fL2因此，fLe就约为电路的下限频率。5.6 集成运放的频率响应和频率补偿集成运放的频率响应集成运放有很好的低频特性（fL0）：集成运放直接耦合放大电路集成运放高频特性较差：集成运放AOd很大，等效电容 或 很大；集成运放内部需接补偿电容。CgsC末加频率补偿集成运放的频率响应图末加频率补偿fC单位增益带宽fO附加相移为 1800对应的频率集成运放常引入负反馈，容易产生自激振荡。自激振荡产生的条件存在fO，且fO fC如何消除自激振荡？图末加频率补偿的集成运放的频率响应集成运放的频率补偿频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改变集成运放的频率响应，使f=fO时，20lgA0d-1800，从而破坏产生自激振荡的条件，使电路稳定。稳定裕度幅值裕度相位裕度OffodmAGlg20Cffm0180fCfO一般要求Gm-10dB,m450一、滞后补偿在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的频率范围内只存在一个拐点，并按-20dB/十倍频的斜率下降，即相当于一个RC回路的频率响应。其附加相移为-900。1.简单电容补偿将一个电容并接在集成运放时间常数最大的那一级电路中，使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降低，以至增益隋频率始终按-20dB/十倍频的斜率下降，直至0dB。设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大22011/21iiHCRRf)(/2122011CCRRfiiH图5.6.3滞后补偿前后集成运放的幅频特性图5.6.4简单电容补偿加C之前加C之后将电容C跨接在某级放大电路的输入端和输出端，则折合到输入端的等效电容C/是C的Auk倍，（Auk该级放大电路的电压放大倍数）2.密勒效应补偿图密勒效应补偿滞后补偿的缺点：降低了上限频率二、超前补偿（略）