多級放大電路頻率響應(yīng)

多級放大電路頻率響應(yīng)上節(jié)內(nèi)容回顧單管共射放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路頻率響應(yīng)多級放大電路頻率響應(yīng)時間常數(shù)法多級放大電路頻率響應(yīng)多級放大電路頻率響應(yīng)§5.5多級放大電路的頻率響應(yīng)

在多級放大電路中，有多個放大管，因此：在高頻等效電路中含多個C′

，即有多個低通電路；在阻容耦合放大電路中，有多個耦合電容或旁路電容，因此，在低頻等效電路中含多個高通電路。對于這種電路，如何求解截止頻率？截止頻率與每個回路的時間常數(shù)有什么關(guān)系？一、多級放大電路的頻率特性的

定性分析二、截止頻率的估算多級放大電路頻率響應(yīng)一、多級放大電路的頻率特性的定性分析設(shè)一個n級放大電路各級的電壓放大倍數(shù)分別為則該電路的電壓放大倍數(shù)為：對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性的表達(dá)式為：左式表明：⑴多級放大器的對數(shù)幅頻特性等于各級對數(shù)幅頻特性的代數(shù)和。⑵多級放大器的相頻特性等于各級相頻特性的代數(shù)和。多級放大電路頻率響應(yīng)

設(shè)一個放大器由二個單管放大電路組成，它們的頻率響應(yīng)相同：即：整個電路的中頻電壓增益為：多級放大電路頻率響應(yīng)當(dāng)?=?L1時：說明當(dāng)?=?L1時增益下降6dB，產(chǎn)生+90o的相移。同理可得當(dāng)?=?H1時，增益也下降6dB，產(chǎn)生-90o的相移。而整個電路的?L和?H，根據(jù)定義應(yīng)是增益下降3dB時的頻率，因此多級放大器的通頻帶比組成它的單級放大電路低。多級放大電路頻率響應(yīng)如下圖所示：多級放大電路頻率響應(yīng)二、截止頻率的估算1、下限截止頻率多級放大電路低頻段電壓放大倍數(shù)的模為：根據(jù)?L的定義，當(dāng)?=?L時：多級放大電路頻率響應(yīng)多級放大電路頻率響應(yīng)2、上限截止頻率多級放大電路低頻段電壓放大倍數(shù)的模為：根據(jù)?H的定義，當(dāng)?=?H時：多級放大電路頻率響應(yīng)多級放大電路頻率響應(yīng)

根據(jù)以上分析，若放大器由兩個具有相同頻率特性的單管放大電路組成，則：

多級放大電路頻率響應(yīng)

若放大器由三個具有相同頻率特性的單管放大電路組成，則：多級放大電路頻率響應(yīng)

在多級放大電路中1、若各級截止頻率相差不多的情況下，就用上面

的式子計算整個放大電路的截止頻率。2、若某級的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級的下限頻率，

則可認(rèn)為整個電路的下限頻率就是該級的下限

頻率。3、若某級的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級的上限頻率，

則可認(rèn)為整個電路的上限頻率就是該級的上限

頻率。

對于有多個耦合電容和旁路電容的單管放大電路，在分析下限頻率時，應(yīng)①先求出每個電容所確定的截止頻率，②然后利用上面的公式求出電路的下限頻率。多級放大電路頻率響應(yīng)例1、已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅

頻特性如圖所示。試求解下限、上限截止頻率，

以及電壓放大倍數(shù)。多級放大電路頻率響應(yīng)解：

⑴低頻段只有一個拐點(diǎn)，曲線斜率為20dB/十倍頻，影響低頻特性的只有一個電容，所以?L=10Hz。多級放大電路頻率響應(yīng)⑵高頻段只有一個拐點(diǎn)，電路每一級的上限頻率

為2105Hz，曲線斜率為-60dB/十倍頻，影響

高頻特性的有三個電容，電路為三級放大電路，

上限頻率為：

?H0.52?H1=0.532105105Hz多級放大電路頻率響應(yīng)⑶三級共射電路在中頻段的輸出電壓與輸入相位相

反，因此：多級放大電路頻率響應(yīng)例2、電路如圖所示。求電路中C1，C2，Ce所確

定的下限頻率的表達(dá)式以及電路的上限頻率

的表達(dá)式。多級放大電路頻率響應(yīng)解、先根據(jù)電路圖畫出其交流等效電路圖如下：多級放大電路頻率響應(yīng)電路含多個電容時的處理方法：當(dāng)考慮某一電容的影響時，應(yīng)將其它電容作理想化處理，即耦合電容和旁路電容視為短路，極間電容視為開路。

多級放大電路頻率響應(yīng)⑴考慮C1對低頻特性的影響，它所在回路的等效電路如圖所示：由它確定的下限頻率為：多級放大電路頻率響應(yīng)⑵考慮C2對低頻特性的影響，它所在回路的等效電路

如圖所示：由它確定的下限頻率為：多級放大電路頻率響應(yīng)⑶考慮Ce對低頻特性的影響，它所在回路的等效

電路如圖所示：由它確定的下限頻率為：多級放大電路頻率響應(yīng)比較時間常數(shù)1、2和e：當(dāng)取C1=C2=Ce時，e遠(yuǎn)小于1、2，即?Le遠(yuǎn)大于?L1、?L2，可以認(rèn)為該電路的下限頻率近似等于?Le。因此，為了改善電路的低頻特性，應(yīng)使Ce的容量遠(yuǎn)大于C1和C2。多級放大電路頻率響應(yīng)⑷考慮C′

對高頻特性的影響，它所在回路的等效電路

如圖所示：由它確定的上限頻率為：多級放大電路頻率響應(yīng)§5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)

前已討論，集成運(yùn)放是一種直接耦合多級放大器。一般說來，電路的級數(shù)較多，也較復(fù)雜。通?？衫糜嬎銠C(jī)進(jìn)行模擬計算得出它的頻率響應(yīng)，也可通過直接測試來獲得頻響曲線。多級放大電路頻率響應(yīng)下圖表示集成運(yùn)放F007的簡化高頻通路：多級放大電路頻率響應(yīng)

與實際電路相比，略去了偏置電路，但考慮了與高頻電壓增益有關(guān)的那些寄生參數(shù)，如圖中的Rp1，Cp1，RP2和Cp2。其中Rp1、Cp1包含了T6的輸出電阻和輸出電容；Rp2是T13的輸出電阻。根據(jù)上圖所示電路模型而得出的F007的波特圖如下圖所示：多級放大電路頻率響應(yīng)由圖可知，運(yùn)放的開環(huán)低頻增益為106dB（2105），具有兩個轉(zhuǎn)折頻率?1（4.9Hz)和?2（1．25MHz），?1主要是由于補(bǔ)償電容CC的密勒效應(yīng)而形成的,由于?1

＜＜?2，因而運(yùn)放的上限頻率?H=?1。單位增益頻率為?2=1．25MHz。從相位響應(yīng)可以看出在相當(dāng)寬闊的頻率范圍內(nèi)，其相位角為-90o，直至?2時，變?yōu)?135o。多級放大電路頻率響應(yīng)休息多級放大電路頻率響應(yīng)§5.7頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)

研究電路的性能有兩種方法：

1、頻域法（穩(wěn)態(tài)分析法）：輸入正弦信號，在幅值不變的情況下，改變信號頻率，考察輸出信號幅值與相位的變化，叫頻率響應(yīng)。前面介紹的就是這種方法。

該種分析法的優(yōu)點(diǎn)是分析簡單，實際測試時并不需要很特殊的設(shè)備，它的缺點(diǎn)是用幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)不能直觀地確定放大電路的波形失真，因此也難于用這種方法選擇使波形失真達(dá)到最小的電路參數(shù)。

多級放大電路頻率響應(yīng)2、時域法（瞬態(tài)分析法）：輸入階躍信號，考察輸出信號前沿與頂部的變化，叫階躍響應(yīng)。該種分析法的優(yōu)點(diǎn)在于從瞬態(tài)響應(yīng)上可以很直觀地放大電路放大階躍信號的波形失真，并可利用脈沖示波器直接觀測放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)。瞬態(tài)分析法的缺點(diǎn)是分析比較復(fù)雜，這一點(diǎn)在分析復(fù)雜電路和多級放大電路時更為突出。

本節(jié)介紹第二種方法。一、階躍響應(yīng)的指標(biāo)二、頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)的關(guān)系多級放大電路頻率響應(yīng)一、階躍響應(yīng)的指標(biāo)

階躍函數(shù)是t=0時刻發(fā)生躍變的信號，如圖所示。

由于電路中電容上的電壓不能突變，造成輸出信號跟不上輸入的變化因而產(chǎn)生失真。如圖所示。多級放大電路頻率響應(yīng)為了描述失真情況，引入三個指標(biāo)：⑴上升時間：

指輸出電壓從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到穩(wěn)態(tài)值的90%所需要的時間tr。多級放大電路頻率響應(yīng)⑵平頂傾斜率（平頂降落）

指的是在指定的時間內(nèi)，輸出電壓頂部的變化量與上升的終了值的百分比：多級放大電路頻率響應(yīng)⑶超調(diào)量（上沖）指在輸出電壓上升的瞬態(tài)過程中，上升值超過穩(wěn)態(tài)值的部分。多級放大電路頻率響應(yīng)二、頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)的關(guān)系1、上升時間與上限頻率的關(guān)系

我們以簡單的單管共射電路為例，電路如圖。

C′

所在回路是低通電路，如圖所示：

多級放大電路頻率響應(yīng)

在階躍信號作用下，C′上的電壓按指數(shù)規(guī)律上升。ub′e(C′上的電壓)的起始值為0，終了值為UI，回路時間常數(shù)為RC′

，因而ub′e

的表達(dá)式為：

多級放大電路頻率響應(yīng)uI與ub′e隨時間的變化波形如圖所示：多級放大電路頻率響應(yīng)根據(jù)上式計算出ub′e上升到10%UI所需的時間為:

同理計算出ub′e上升到90%UI所需的時間為2.3RC′，因此：多級放大電路頻率響應(yīng)由（2）式得：代入（1）式得：

因此，上升時間tr與上限頻率fH成反比，fH越高，則上升時間tr越短，前沿失真越小。從物理意義上講，如果放大電路對階躍電壓的上升邊響應(yīng)很好，即很陡直，那么，就說明放大電路能真實地放大變化很快的電壓，因為實際上頻率很高的正弦波正是一種變化很快的信號。多級放大電路頻率響應(yīng)2、平頂傾斜率與下限頻率的關(guān)系由于階躍信號的平頂部分對應(yīng)著直流分量，因此低頻參數(shù)起主要作用。耦合電容C所在回路是低通電路，如圖所示：多級放大電路頻率響應(yīng)

圖中，u′O為開路時的輸出電壓，u′O=-gmub′eRC，它隨ub′e產(chǎn)生線性變化，且反相。因為(RC+RL)C>>tr,ub′e從0到UI的變化階段，u′O跟著變化，電容C近似為短路，

當(dāng)ub′e達(dá)到穩(wěn)定值UI時，uO也達(dá)到最大值Uom。然后uO按指數(shù)規(guī)律下降：多級放大電路頻率響應(yīng)當(dāng)t<<RC時因為tr<<tp<<RC（tp

為指定的時間），所以：多級放大電路頻率響應(yīng)

由此可見，平頂降落與低頻下限頻率fL成正比，fL越低，平頂降落越小。在物理意義上，如果放大電路對階躍電壓的平頂部分響應(yīng)很好，那么，就說明放大電路能很好地放大變化很慢的電壓，因為實際上頻率很低的正弦波正是一種變化很慢的電壓。多級放大電路頻率響應(yīng)

前者是從頻域分析的角度去衡量，后者則是從時域分析的角度去衡量，因此它們之間必然存在著內(nèi)在的聯(lián)系．利用這些內(nèi)在關(guān)系，就可以用階躍響應(yīng)指標(biāo)tr和去間接地測量放大器的頻率響應(yīng)指標(biāo)?H和?L，給實際測量帶來很大的方便。

事實上，無論是頻率響應(yīng)（穩(wěn)態(tài)分析）還是階躍響應(yīng)（瞬態(tài)分析），所反映的都是同一個放大電路的特性，只是從不同的角度去衡量而已。多級放大電路頻率響應(yīng)

但是，穩(wěn)態(tài)分析法在放大電路的分析中仍占主導(dǎo)地位，這是因為：1、任何周期性的信號都可分解為一系列的正弦波，

因此