模擬電子技術(shù)5

第五章

放大電路的頻率響應(yīng)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).第五章放大電路的頻率響應(yīng)§5.1頻率響應(yīng)概述§5.2晶體管的高頻等效模型§5.3場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型§5.4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)§5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償§5.7頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng).

在放大電路中，由于耦合電容、旁路電容、晶體管極間電容、分布電容、寄生電容等的存在，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，電路的放大倍數(shù)不但數(shù)值會(huì)減小，而且會(huì)產(chǎn)生超前或滯后的相移，因此電路的放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，這種函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為頻率響應(yīng)或頻率特性?！?.1頻率響應(yīng)概述.一、高通電路CR.幅頻特性相頻特性10.7071090o45o0o下限(截止)頻率相位超前電路.RCR二、低通電路.幅頻特性相頻特性-90o-45o0o10.7070上限(截止)頻率相位滯后電路.90o45o0o0-3高通電路波特圖低通電路波特圖-90o-45o0o0-320dB/十倍頻-20dB/十倍頻三、波特圖.電路低頻段的放大倍數(shù)需乘因子當(dāng)f=fL時(shí)放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍，相角超前45o；當(dāng)f=fH時(shí)放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍，相角滯后45o。截止頻率決定于電容所在回路的時(shí)間常數(shù)電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性?xún)蓷l曲線(xiàn)。幾個(gè)結(jié)論.§5.2晶體管的高頻等效電路一、混合π模型：根據(jù)結(jié)構(gòu)建立的物理模型體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容由于結(jié)電容的存在，使Ic和Ib的大小、相角均與頻率有關(guān)，即電流放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)，所以新引入了一個(gè)參數(shù)gm。bceb’c’e’rbb’rb’c’rb’e’rcrecb’c’(cμ)cb’e’(cπ).混合π模型的簡(jiǎn)化及單向化：使信號(hào)單向傳遞密勒定理（P226-227）_bceb’rb’crbb’rb’ercecμcπub’egmub’eubeibic++_rce>>RL

；rb’c>>Cμ的容抗_bceb’rbb’rb’ecπub’egmub’eubeibic++_cμ”cμ’c'πCμ單向化，將其等效在輸入和輸出回路故Cμ’’的分流作用可以忽略.單向化-密勒定理密勒定理.簡(jiǎn)化的混合π模型的主要參數(shù)T管模型：

h參數(shù)模型混合π模型.二、電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)由定義知：共射截止頻率.電流放大倍數(shù)的波特圖注意折線(xiàn)化曲線(xiàn)的誤差－20dB/10倍頻特征頻率.晶體管的頻率參數(shù)共射截止頻率：

fβ特征頻率：

fT≈

β0

fβ共基截止頻率：

fα

=(1+β0)

fβ≈

β0

fβ≈

fT從IEQ估算從手冊(cè)查得求Cπ：

.§5.3場(chǎng)效應(yīng)管的高頻等效模型高頻等效模型簡(jiǎn)化模型.§5.4單管放大電路的頻率響應(yīng)5.4.1單管共射放大電路的頻率響應(yīng)分頻段考慮：.一、中頻電壓放大倍數(shù).二、低頻電壓放大倍數(shù)高通.下限截止頻率：.三、高頻電壓放大倍數(shù)低通.上限截止頻率：.四、完整頻率響應(yīng)的波特圖綜合考慮.五、截止頻率下限截止頻率：上限截止頻率：由電容所在回路的時(shí)間常數(shù)決定.5.4.2單管共源放大電路的頻率響應(yīng).1.若干個(gè)放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？2.為什么波特圖開(kāi)闊了視野？同樣長(zhǎng)度的橫軸，在單位長(zhǎng)度不變的情況下，采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)后，最高頻率是原來(lái)的多少倍？102030405060Of10102103104105106lgf練習(xí)與思考：.試求解：（1）Aum＝？fL＝？fH

＝?

（2）畫(huà)出波特圖。

例5-1：.5.4.3放大電路頻率響應(yīng)的改善和增益帶寬積一、低頻特性的改善：

應(yīng)增大耦合電容C

所在回路的時(shí)間常數(shù)，以降低fL，但改善的程度有限。

最佳解決方法：采用直接耦合方式。.二、高頻特性的改善：

應(yīng)減小

C’π所在回路時(shí)間常數(shù)，以增大fH。∴fH的提高與Ausm

的增大相互矛盾！通常fH>>fL→

通頻帶fbw=fH-fL≈fH→增益與帶寬矛盾

→引入新參數(shù)：增益帶寬積

.三、增益帶寬積：.

因rbb’

和Cμ由晶體管決定，故管子選定后，放大電路增益帶寬積就大體確定。即：增益增大多少倍，帶寬幾乎就變窄多少倍。

為改善電路的高頻特性，拓展頻帶，應(yīng)首選rbb’

和Cob(≈Cμ)均小的高頻管，并盡量減小C’π所在回路總等效電阻。此外，也可采用共基電路。

注意：放大電路的通頻帶并非越寬越好，而是夠?qū)捵詈茫欣诘挚雇獠扛蓴_信號(hào)。.§5.5多級(jí)放大電路的頻率響應(yīng)5.5.1定性分析由兩個(gè)具有相同頻率響應(yīng)的單管放大電路構(gòu)成兩級(jí)放大電路時(shí):即增益下降6dB，同時(shí)產(chǎn)生+900的相位移。.6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL>fL1，fH<fH1，頻帶變窄！.兩級(jí)放大電路的波特圖.n級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)幅頻特性：相頻特性：n個(gè)放大管→n個(gè)低通電路;m個(gè)耦合或旁路電容→m個(gè)高通電路.5.5.2截止頻率的估算結(jié)論：1.放大電路的級(jí)數(shù)越多，頻帶越窄；

2.若fLk遠(yuǎn)高于其它各級(jí)，則fL≈fLk;3.若fHk遠(yuǎn)低于其它各級(jí)，則fH≈fHk;m個(gè)耦合或旁路電容n個(gè)放大管由于求解使增益下降3dB的頻率，經(jīng)修正，可得:1.1為修正系數(shù).解:∵低頻有一拐點(diǎn)，為20dB/十倍頻∴電路有一耦合或旁路電容

fL=10Hz

∵高頻有一拐點(diǎn)，為-60dB/十倍頻∴電路為三級(jí)放大電路，每級(jí)f’H=2×105HzP243例5.5.1某電路各級(jí)均為共射電路,求:fL,fH,Au。例5-2：.P244例5.5.2試求電路的各fL和fH。解:∵fL=1/2πτ

fH=1/2πττ=RC∴關(guān)鍵應(yīng)求各電容所在電路的等效電阻例5-3：.C2、Ce短路，開(kāi)路，求出C1、Ce短路，開(kāi)路，求出.C1、C2短路，開(kāi)路，求出C1、C2、Ce短路，求出.電壓放大倍數(shù)分析很小！.例5-4：1.該放大電路為幾級(jí)放大電路?2.耦合方式?3.在f＝104Hz時(shí)，增益下降多少？附加相移φ’＝？4.在f＝105Hz時(shí)，附加相移φ’≈？5.畫(huà)出相頻特性曲線(xiàn)；6.fH＝？

已知某放大電路的幅頻特性如圖所示，討論下列問(wèn)題：.§5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償

因集成運(yùn)放為直接耦合的多級(jí)放大電路，故其低頻特性好(fL=0)，但其高頻特性卻很差，原因在于集成運(yùn)放的輸入級(jí)和中間級(jí)的電壓增益很高，再加上其內(nèi)部必須接補(bǔ)償電容所致。

通用型集成運(yùn)放的-3dB帶寬僅有幾Hz~十幾Hz。.未加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放的頻率響應(yīng).思考：集成運(yùn)放為什么需要頻率補(bǔ)償？

如果不采取補(bǔ)償措施（接入一定的補(bǔ)償電容、電阻），集成運(yùn)放在實(shí)際應(yīng)用中接入負(fù)反饋以后很容易產(chǎn)生自激振蕩，從而使電路不能正常工作。.

在實(shí)際應(yīng)用中，集成運(yùn)放常引入負(fù)反饋。若反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻網(wǎng)絡(luò)，則高頻時(shí)，電路的附加相移將由極間電容所產(chǎn)生。

若高頻時(shí)存在一頻率f0，它可產(chǎn)生±1800的附加相移，且f0比單位增益帶寬fC小，則電路的負(fù)反饋將轉(zhuǎn)變?yōu)檎答?，并產(chǎn)生頻率為f0的自激振蕩，使電路無(wú)法工作。.集成運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩的條件為：

存在頻率f0，且f0<fC

對(duì)絕大多數(shù)集成運(yùn)放而言，自激振蕩條件均可滿(mǎn)足，這就是集成運(yùn)放內(nèi)部（外部）必須加補(bǔ)償電容的原因。

為破壞集成運(yùn)放產(chǎn)生自激振蕩的條件，?？刹捎妙l率補(bǔ)償方法改變其頻率響應(yīng)。.穩(wěn)定裕度幅值裕度：相位裕度：一般要求：.一、滯后補(bǔ)償：補(bǔ)償后，f<fC前僅有一拐點(diǎn)，且按-20dB/十倍頻斜率下降。C’π所在回路時(shí)間常數(shù)最大簡(jiǎn)單電容補(bǔ)償.密勒效應(yīng)補(bǔ)償

此法常用于集成運(yùn)放中，可大大減小補(bǔ)償電容的容量，以便將電容集成于運(yùn)放內(nèi)部。所在回路時(shí)間常數(shù)最大滯后補(bǔ)償總結(jié)：優(yōu)點(diǎn)—簡(jiǎn)單易行；缺點(diǎn)—頻帶變窄。若在補(bǔ)償電容回路加一小阻值電阻，則可改善高頻特性。.二、超前補(bǔ)償：補(bǔ)償后，可抵消高頻段的拐點(diǎn)，使幅頻特性斜率變緩。集成運(yùn)放中超前相位補(bǔ)償原理圖有源負(fù)載放大管.超前補(bǔ)償總結(jié)：優(yōu)點(diǎn)—展寬頻帶