模擬電路4 課件5

1、第五章第五章 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)5.1頻率響應(yīng)概頻率響應(yīng)概述述5.2晶體管的晶體管的高頻等效模型高頻等效模型5.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)5.5多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)5.3場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型高頻等效模型5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償5.1頻率響應(yīng)概頻率響應(yīng)概述述5.1.1研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)

2、，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。頻率響應(yīng)或頻率特性。小小信號(hào)等效模型只適用于低頻信號(hào)的分析。信號(hào)等效模型只適用于低頻信號(hào)的分析。本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的描述方法。描述方法。第五章第五章一、一、 高通電路高通電路+_+_CRiUOU圖圖 5.1.1（a) RC 高通電路高通電路RCCRRUUAu j111j1iO 令：令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：)(arctan90Lff相

3、角：5.1.2頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念fL稱為下限截止頻率稱為下限截止頻率第五章第五章2LL1lg20lg20lg20ffffAu則有：則有：dB 020lg L uAff時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)LL 20lg20lgufffAf當(dāng)時(shí)，dB32lg20lg20 L uAff時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)2LL1ffffAu放大電路的放大電路的對(duì)數(shù)頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。第五章第五章對(duì)數(shù)幅頻特性：對(duì)數(shù)幅頻特性： 實(shí)際幅頻特性曲線：實(shí)際幅頻特性曲線：圖圖 5.1.3( (a) ) 幅頻特性幅頻特性當(dāng)當(dāng) f fL( (高頻高頻) )，當(dāng)當(dāng) f fT 時(shí)，時(shí)，三極管失去放大作用；三極管失去放大作用； f

4、fT 時(shí)，由式時(shí)，由式；112T0 ff得：得： ff0T 第五章第五章3.共基截止頻率共基截止頻率 f 值下降為低頻值下降為低頻 0 時(shí)時(shí) 的的 0.707 時(shí)的頻率。時(shí)的頻率。 ffj10 第五章第五章 f 與與 f 、 fT 之間關(guān)系：之間關(guān)系：因?yàn)橐驗(yàn)椋?1 ffj10 可得可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比較較，可可知知與與 ffj10 ff)1(10000第五章第五章說(shuō)明：說(shuō)明： ff)1(10000 ，因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕核裕?. f 比比 f 高很多，等于高很多，等于 f 的的 (1 + 0) 倍；倍；2. f fT Rs，Rb rbe；(1 + gm

5、Rc)Cb c Cb eCRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故cbbbs)(21 CrR第五章第五章cbbbsHsm)(21 CrRfAu說(shuō)明：說(shuō)明：HsmfAu 式不很嚴(yán)格，但從中可以看出一個(gè)大式不很嚴(yán)格，但從中可以看出一個(gè)大概的趨勢(shì)，即選定放大三極管后，概的趨勢(shì)，即選定放大三極管后，rbb 和和 Cb c 的值即被的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時(shí)，若將放大倍數(shù)確定，增益帶寬積就基本上確定，此時(shí)，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個(gè)通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大如愈得到一個(gè)通頻帶既

6、寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問(wèn)題是選用電路，首要的問(wèn)題是選用 rbb 和和 Cb c 均小的高頻三極管。均小的高頻三極管。*場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的增益帶寬積（自閱）場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路的增益帶寬積（自閱）第五章第五章復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1.晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管的混合混合 模模型型2.單管共射放大電路的單管共射放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)表達(dá)式：表達(dá)式：)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特圖的繪制：波特圖的繪制：三段直線構(gòu)成幅頻特性三段直線構(gòu)成幅頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性第五章第五章5.5多級(jí)放大電路的頻

7、率響應(yīng)多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)5.5.1多級(jí)放大電路頻率特性的定性分析多級(jí)放大電路頻率特性的定性分析多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)：多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)：unuuuAAAA 21對(duì)數(shù)幅頻特性為：對(duì)數(shù)幅頻特性為： nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20在多級(jí)放大電路中含有多個(gè)放大管，因而在高頻等效在多級(jí)放大電路中含有多個(gè)放大管，因而在高頻等效電路中有電路中有多個(gè)低通電路多個(gè)低通電路。在阻容耦合放大電路中，如。在阻容耦合放大電路中，如有多個(gè)耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就有多個(gè)耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就含有含有多個(gè)高通電路多個(gè)高通電路。第五

8、章第五章多級(jí)放大電路的總相位移為：多級(jí)放大電路的總相位移為： nkkn121 兩級(jí)放大電路的波特圖兩級(jí)放大電路的波特圖圖圖 5.5.1fHfL幅頻特性幅頻特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 級(jí)級(jí)二二 級(jí)級(jí) 20dB/十倍頻十倍頻 40dB/十倍頻十倍頻第五章第五章圖圖 5.5.1相頻特性相頻特性 270 360fL1fH1fO 540 180 450 90一一 級(jí)級(jí)二二 級(jí)級(jí)多級(jí)放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級(jí)的多級(jí)放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級(jí)的通頻帶為窄。通頻帶為窄。第五章第五章5.5.2多級(jí)放大電路的上限頻率和下限頻率的估算多

9、級(jí)放大電路的上限頻率和下限頻率的估算2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1 . 1nffff 在實(shí)際的多級(jí)放大電路中，當(dāng)各放大級(jí)的時(shí)間常數(shù)在實(shí)際的多級(jí)放大電路中，當(dāng)各放大級(jí)的時(shí)間常數(shù)相差懸殊時(shí)，可取其主要作用的那一級(jí)作為估算的依據(jù)相差懸殊時(shí)，可取其主要作用的那一級(jí)作為估算的依據(jù)即：即：若某級(jí)的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級(jí)的下限頻率，則若某級(jí)的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級(jí)的下限頻率，則可認(rèn)為整個(gè)電路的下限頻率就是該級(jí)的下限頻率?？烧J(rèn)為整個(gè)電路的下限頻率就是該級(jí)的下限頻率。同理同理若某級(jí)的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級(jí)的上限頻率，則可認(rèn)若某級(jí)的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級(jí)的上限頻率，則可認(rèn)為整個(gè)

10、電路的上限頻率就是該級(jí)的上限頻率。為整個(gè)電路的上限頻率就是該級(jí)的上限頻率。第五章第五章例例5.5.1已知某電路的各級(jí)均為共射放大電路，其對(duì)數(shù)幅頻已知某電路的各級(jí)均為共射放大電路，其對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示。求特性如圖所示。求下限頻率、下限頻率、上限頻率和電壓放大倍數(shù)。上限頻率和電壓放大倍數(shù)。（2）高頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，）高頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，斜率為斜率為-60dB/十倍頻程，電十倍頻程，電路中應(yīng)有三個(gè)電容，為三級(jí)路中應(yīng)有三個(gè)電容，為三級(jí)放大電路。放大電路。解：（解：（1）低頻段只有一個(gè)）低頻段只有一個(gè)拐點(diǎn)，說(shuō)明影響低頻特性拐點(diǎn)，說(shuō)明影響低頻特性的只有一個(gè)電容，故電路的只有一個(gè)電容，故電路的下限頻率為的

11、下限頻率為10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)353)1021)(101 (10fjfjjfAu第五章第五章例例5.5.2分別求出如圖分別求出如圖所示所示Q點(diǎn)穩(wěn)定電路中點(diǎn)穩(wěn)定電路中C1 C2和和Ce所確定的下限頻所確定的下限頻率的表達(dá)式及電路上限率的表達(dá)式及電路上限頻率表達(dá)式。頻率表達(dá)式。C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1Reui圖圖 2.4.2阻容耦合的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路阻容耦合的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路b解：交流等效電路解：交流等效電路圖圖5.5.3(a)Q點(diǎn)穩(wěn)定電路的交流等效電路點(diǎn)穩(wěn)定電路的交流等效電路第五章第五章

12、1.考慮考慮C1對(duì)低頻特性的影響對(duì)低頻特性的影響(b) C1所在回路的等效電路所在回路的等效電路1121121/2121CRRcrRRRfiSbebbSLI2.考慮考慮C2對(duì)低頻特性的影響對(duì)低頻特性的影響(c) C2所在回路的等效電路所在回路的等效電路2222121CRRfLcL第五章第五章3.考慮考慮Ce對(duì)低頻特性的影響對(duì)低頻特性的影響(d) Ce所在回路的等效電路所在回路的等效電路eSbbbeeeLICRRRrRf1/2121214.4.考慮結(jié)電容對(duì)高頻特性的影響考慮結(jié)電容對(duì)高頻特性的影響(e)結(jié)電容所在回路的等效電路結(jié)電容所在回路的等效電路CRRRrrfSbbbbebHH/212121比

13、較比較C1、C2、Ce所在回路的時(shí)間所在回路的時(shí)間常數(shù)常數(shù)1 1、2 2、e e, ,當(dāng)取當(dāng)取C C1 1C C2 2CeCe時(shí)，時(shí)，e e將遠(yuǎn)小于將遠(yuǎn)小于1 1,2 2，即即f fLeLe遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于f fL1L1和和f fL2L2因此，因此，f fLeLe就約為電路的下限頻率就約為電路的下限頻率。第五章第五章5.6 集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償5.6.1集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)集成運(yùn)放有很好的低頻特性（集成運(yùn)放有很好的低頻特性（fL0）：）：集成運(yùn)放直接耦合放大電路集成運(yùn)放直接耦合放大電路集成運(yùn)放高頻特性較差：集成運(yùn)放高頻特性較差：集成運(yùn)放集成運(yùn)放A

14、Od很大，很大， 等效電等效電容容 或或 很大；集成運(yùn)放很大；集成運(yùn)放內(nèi)部需接補(bǔ)償電容。內(nèi)部需接補(bǔ)償電容。CgsC末加頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放末加頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)圖圖5.6.1末加頻率補(bǔ)償末加頻率補(bǔ)償?shù)谖逭碌谖逭耭C單位增益帶寬單位增益帶寬fO附加相移為附加相移為 1801800 0對(duì)應(yīng)的頻率對(duì)應(yīng)的頻率集成運(yùn)放常引入負(fù)反饋，容集成運(yùn)放常引入負(fù)反饋，容易產(chǎn)生自激振蕩。易產(chǎn)生自激振蕩。自激振蕩產(chǎn)生的條件自激振蕩產(chǎn)生的條件存在存在fO，且且fO fC如何消除自激振蕩？如何消除自激振蕩？圖圖5.6.1末加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放末加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)第五章第五章5.6.2集成

15、運(yùn)放的頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率補(bǔ)償頻率補(bǔ)償頻率補(bǔ)償：在集成運(yùn)放電路中接入不同的補(bǔ)償電路，改：在集成運(yùn)放電路中接入不同的補(bǔ)償電路，改變集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)，使變集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)，使f=fO時(shí)，時(shí)， 20lgA0d-1800 ，從而破壞產(chǎn)生自從而破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定。激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定。穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度幅值裕度幅值裕度相位裕度相位裕度OffodmAGlg20Cffm0180fCfO一般要求一般要求Gm-10dB,m450第五章第五章一、滯后補(bǔ)償一、滯后補(bǔ)償在加入補(bǔ)償電容后，使運(yùn)放的幅頻特性在大于在加入補(bǔ)償電容后，使運(yùn)放的幅頻特性在大于0dB的的頻率范圍內(nèi)只存在一個(gè)拐點(diǎn)，并按頻率范

16、圍內(nèi)只存在一個(gè)拐點(diǎn)，并按-20dB/十倍頻的十倍頻的斜率下降，即相當(dāng)于一個(gè)斜率下降，即相當(dāng)于一個(gè)RC回路的頻率響應(yīng)。其附回路的頻率響應(yīng)。其附加相移為加相移為- 900。1.簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償將一個(gè)電容并接在集成運(yùn)放時(shí)間常數(shù)最大的那一級(jí)將一個(gè)電容并接在集成運(yùn)放時(shí)間常數(shù)最大的那一級(jí)電路中，使幅頻特性中的第一拐點(diǎn)的頻率進(jìn)一步降電路中，使幅頻特性中的第一拐點(diǎn)的頻率進(jìn)一步降低，以至增益隋頻率始終按低，以至增益隋頻率始終按-20dB/十倍頻的斜率下十倍頻的斜率下降，直至降，直至0dB。第五章第五章設(shè)某運(yùn)放第二級(jí)放大電路輸設(shè)某運(yùn)放第二級(jí)放大電路輸入端等效電容所在回路的時(shí)入端等效電容所在回路的時(shí)間常數(shù)最大間常數(shù)最大22011/21iiHCRRf)(/2122011CCRRfiiH圖圖5.6.3滯后補(bǔ)償前后集成運(yùn)放的幅頻