【电子教案--模拟电子技术】第四章放大电路的频率响应课件

,模 拟 电 子 技 术,4.1放大电路的频率性,第,四,章,放大电路的频率响应,4.2多级放大器的频率响应,小结,4.1放大电路的频率性第 四 章放大电路的频率响应4.2,4.1放大电路的频率性,引言,4.1.2 晶体管以及其单级放大电路的频率特性,4.1.3 集成运算放大器高频参数及其影响,4.1.1 简单,RC,低通和高通电路的频率特性,4.1放大电路的频率性引言 4.1.2 晶体管以及其单级,f,O,A,u,m,1.幅频特性和相频特性,A,u,(,f,),幅频特性,(,f,),相频特性,0.707,A,u,m,f,O,A,u,f,L,下限截止频率,f,H,上限截止频率,2.频带宽度,(带宽),BW,(,B,and,W,idth,),BW,=,f,H,-,f,L,f,H,引 言,f,L,f,H,fOAum1.幅频特性和相频特性Au(f)幅频特,一,、RC,低通电路的频率特性,4.1.1 简单,RC,低通和高通电路的频率特性,1.频率特性的描述,R,C,令,1/,RC,=,H,则,f,H,=,1/2,RC,一、RC 低通电路的频率特性4.1.1 简单 RC 低通和,滞后,f,O,|,A,u,|,1,0.707,O,45,90,f,H,f,幅频特性,相频特性,滞后fO|Au|10.707O4590,2.频率特性的,波特图,f/f,H,0,20lg,|,A,u,|/,dB,20,0,45,90,f,H,40,0.1 1 10 100,0.1 1 10,f/f,H,频率特性,波特图,90,f,0,|,A,u,|,1,0.707,0,45,f,H,f,3 dB,20 dB/,十倍频,45,/,十倍频,2.频率特性的波特图f/fH020lg|Au|/d,二,、RC,高通电路的频率特性,令,1/,RC,=,L,则,f,L,=,1/2,RC,超前,f,10,f,L,20lg,|,A,u,|=0 dB,f,=,f,L,20lg,|,A,u,|=20lg0.7071=,-,3 dB,f,0.1,f,L,20lg,|,A,u,|=,-,20lg,f,/,f,H,R,C,二、RC 高通电路的频率特性令 1/RC=L则,例 4.1.1,求已知一阶低通电路的上限截止频率。,0.01 F,1 k,1 k,1/1 k,0.01 F,例 5.1.2,已知一阶高通电路的,f,L,=300 Hz，求电容,C,。,500,C,2 k,戴维宁定理等效,例 4.1.1求已知一阶低通电路的上限截止频率。0.01,4.1.2 晶体管及其单级放大电路的频率特性,一,、,单级阻容耦合放大器的中频和低频特性,+V,CC,R,C,C,1,C,2,V,R,L,+,+,R,B1,R,B2,R,S,U,S,1.中频特性,C,1,、,C,2,可视为短路,极间电容可视为开路,2.低频特性：,极间电容视为开路,耦合电容,C,1,、,C,2,与电路中电阻串联,容抗不能忽略,4.1.2 晶体管及其单级放大电路的频率特性一、单级阻容耦,结论,:频率降低,A,u,s,随之减小,输出比输入电压,相位超前。,R,B,r,be,结论:频率降低,Aus 随之减小,输,因,值随频,率升高而降,低，高频下,不能采用,H,参数等效电,路。,二,、,单级放大器的高频性,1.晶体三极管的混合 型等效电路,B,E,B,C,r,bb,r,b,e,r,b,c,C,b,c,C,b,e,C,b,e,：,不恒定，,与工作状态有关,C,b,c,：,几 pF，限制着放大器频带的展宽,因 值随频二、单级放大器的高频性1.晶体三极管的混,2.,与频率,f,的关系,=0.707,0,f,共发射极截止,频率,f,T,特征频率,=1,可,求得,：,同样可求得：,可见：,f,f,o,0.707,o,1,f,T,O,2.与频率 f 的关系=0.7070f,3.,晶体管单级放大电路高频特性,E,B,B,C,r,bb,r,b,e,C,b,e,C,b,c,R,L,R,S,U,S,r,bb,E,B,B,C,r,b,e,C,b,e,R,L,C,M,R,S,U,S,密勒等效,(,C,1,，,C,2,视为,短路,),在输出回路略去,C,b,c,R,L,=R,C,/,R,L,H,=,1/,R,t,C,t,f,H,=,1/2,R,t,C,t,C,M,=,(1+,g,m,R,L,),C,b,c,3.晶体管单级放大电路高频特性EBBCrbbrbeC,R,t,=,(,R,S,+,r,bb,)/,r,b,e,C,t,=,C,b,e,+C,M,=C,b,e,+(1+,g,m,R,L,),C,b,c,增益带宽积,G,BW,=,A,u,s0,f,H,(常数),结论：频率升高，,A,u,减小,输出相位滞后,增益带宽积为常数,Rt=(RS+r bb)/rb,三、完整的单管共射放大电路的频率特性,将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、,低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示,的,完整,的频率特性（波特）图,。,共射电路完整波特图,实际上，同时也可得出单管共,射电路完整的电压放大倍数表,达式，,即,三、完整的单管共射放大电路的频率特性将前面画出的单管共射放大,，,由上图可看出，画单管共射,放大电路的频率特性,时，关键在于算出下限和上限截止频率,和,下限截止频率取决于低频时输入回路的时间数,，由图可知：，其中，,而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的,时间常数 ；由图可知：,，,，由上图可看出，画单管共射 放大电路的频率特性和下限截止频率,其中,因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等,效电路，算出输入回路的时间常数 和,，,则可以方便的画出放大电路的频率特性图。,对数幅频特性,：在 到 之间，,是一条水平直线；在 时，是一条斜率为,+20Db/,十倍频程的直线；在 时，是一,其中对数幅频特性：在 到 之间，,条斜率为,+20Db/,十倍频程的直线；在 时，,是一条斜率为,-20Db/,十倍频程的直线。放大电路,的通频带 。,相频特性：,在 时，；,在 时，；,在 时，；,条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在,而在,f,从 到 以及从 到 的范围内，,相频特性都是斜率为 十倍频程的直线。,前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际,的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大,误差为,3dB,，相频特性的最大误差为 ，,都出现在线段转折处。,而在f从 到 以及从,如果同时考虑耦合电容,和 ，则可分别求出,对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率,这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折,频率。如果二者之间的比值在45倍以上，则,可取较大的值作为放大电路的下限频率。,如果同时考虑耦合电容 和 ，则可分别求,否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图,的画法要复杂一些。,如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极,电阻 和旁路电容 ，而且 的电容量不够,大，则在低频时不能被看作短路。因而，由,又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，,由于 在射极电路里，射极电流 是基极电流,否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图 如,的,倍，它的大小对放大倍数的影响较大，,因此 往往是决定低频响应的主要因素。,4.1.3 集成运算放大器高频参数及其响,一,、,小信号频率参数,f,/,Hz,20lg,A,u,d,(,f,),/dB,f,H,O,f,T,0,1.开环带宽,BW,BW,=,f,H,的倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此 往往是决,2.单位增益带宽,BW,G,BW,G,=,f,T,运放闭环工作时，,带宽,增益积,=,A,u,d,f,H,f,H,为开环增益下降 3 dB 时的频率,通用型,集成运放带宽,较,窄,(,几赫兹,),f,T,为开环增益下降至 0 dB,(,即,A,u,d,=1,),时的频率,带宽增益积,=,1,f,T,=,f,T,=,BW,G,=,A,u,d,f,H,BW,G,=,A,u,d,BW,f,=0，使,A,u,f,=1，当,A,u,f,降为 0.707 时，此时的频率,即为,f,T,。,BW,G,=,A,u,f,BW,f,如,741,型运放,:,A,u,d,=10,4,，,BW=7,Hz,，,A,u,f,=10,，,则,BW,f,=7 kHz,2.单位增益带宽 BWGBWG=f T运放闭环工作时，,二,、,大信号频率参数,1.转换速率,S,R,输入,输出,A 741 为,0.5,V/,s,高速型,S,R,10,V/,s,否则将引起输出波形失真,例如：,则：,须使：,S,R,2,f U,om,A741，,U,om,=,10 V,最高不失真频率为 8 kHz,二、大信号频率参数1.转换速率 SR输入输出A 741,2.全功率带宽,BW,P,输出为最大峰值电压时不产生明显失真的,最高工作频率,三,、,高速宽带集成运放,当,BW,G,2 MHz，,BW,P,20 kHz，,S,R,6,V/,s,选高速宽带运放,2.全功率带宽 BWP输出为最大峰值电压时不产生明显失真的,4.2,多级放大器的,频率响应,如果放大器由多级级联而成，那么，总增益,4.2 多级放大器的频率响应 如果放大器由多级级联而成，那,4.2.1,多级放大器的上限频率,f,H,设单级放大器的增益表达式为,4.2.1 多级放大器的上限频率fH,式中，|,A,uI,|=|,A,uI1,|,A,uI2,|,A,uIn,|为多级放大器中,频增益。令,式中，|AuI|=|AuI1|AuI2|,4.2.2,多级放大器的下限频率,f,L,设单级放大器的低频增益为,(569),(570),(571),(572),4.2.2 多级放大器的下限频率fL(569)(,解得多级放大器的下限角频率近似式为,若各级下限角频率相等，即,L1,=,L2,=,Ln,则,解得多级放大器的下限角频率近似式为若各级下限角频率相等,第 四章,小 结,第 四章 小 结,一、简单,RC,电路的频率特性,RC,低通电路,R,C,R,C,RC,高通电路,一、简单 RC 电路的频率特性RC 低通电路RCRC,90,f,O,|,A,u,|,1,0.707,O,45,f,H,f,90,f,O,|,A,u,|,1,0.707,O,45,f,L,f,90fO|Au|10.707O45fHf90,二、放大电路的高频特性,B,B,C,E,r,bb,r,b,e,C,b,e,C,b,c,1.晶体管混合,型等效电路,(了解),f,o,0.707,o,f,1,f,T,晶体管放大电路,增益带宽积,G,BW,A,u,s0,f,H,=,常数,二、放大电路的高频特性BBCErbbrbeCbe,2.,集成运算放大器高频参数及其影响,小信号,频率参数,开环带宽,BW=,f,H,单位增益带宽,BW,G,=,A,u,d,BW=A,u,f,BW,f,=,f,T,闭环带宽,BW,f,=,f,Hf,带宽增益积,G,BW,=,A,u,d,BW,大信号动态参数：,转换速率,S,R,全功率带宽,BW,P,2.集成运算放大器高频参数及其影响 小信号开环带宽,三、集成运放小信号交流放大电路,1.耦合电容构成高通电路对下限频率的影响,当电路中只有一个,RC,高通电路时：,当电路中有两个,RC,高通电路时：,耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不,引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。,三、集成运放小信号交流放大电路1.耦合电容构成高通电路对下,2.闭环放大倍数对上限频率的影响,闭环放大倍数,A,u,f,越小，,上限频率,f,H,越大：,3.采用单电源时的电路特点,1,),输出接耦合电容，采用 OTL 电路形式。,2,),输入端的静态电压为,V,CC,/2。,2.闭环放大倍数对上限频率的影响闭环放大倍数 Auf 越,