模电电子课件教案第5讲-放大电路的频率响应.ppt

第5讲放大电路的频率响应,5.1简单RC低通和高通电路的频率响应,5.2晶体管放大电路的频率响应,5.3负反馈放大电路的自激与相位补偿,频率响应概述,5.2和5.3自学，不作考试要求。本讲也是模拟电子技术的基本内容,频率响应概述,何为频率响应？,描述电路对不同频率信号所起作用的差别。复数。包括幅频响应和相频响应。,如何研究频率响应？,频域分析法。描述频响：画幅频特性曲线和相频特性曲线。主要参数：截止频率、通频带、通带增益。,为何要研究频率响应？,合理利用或设计电路。,5.1简单RC低通和高通电路的频率响应,5.1.2一阶RC高通电路的频率响应,5.1.1一阶RC低通电路的频率响应,5.1.1一阶RC低通电路的频率响应,一、一阶RC无源低通滤波电路及其频响分析,令1/RC=H,fH=1/2RC,可见：,低通,产生090滞后相移,渐近波特图,二、一阶RC无源低通滤波电路的渐近波特图,何谓波特图？为何采用波特图表示？何谓近似波特图（也称渐近波特图、理想波特图）？,幅频特性最大误差在fH处，为3dB.相频特性最大误差在0.1fH和10fH处。,例5.1.1,求图示电路的上限截止频率，画出其渐近波特图,解：,例5.1.1解续：,例5.1.1解续：,例5.1.1解续：,转折角频率为时间常数的倒数,归一化一阶低通函数：,为通带增益,5.1.2一阶RC高通电路的频率响应,高通和低通滤波电路的组成、分析、结论会有何异同？,一、一阶RC无源高通滤波电路及其频响分析,令1/RC=L,fL=1/2RC,5.1.2一阶RC高通电路的频率响应,二、一阶RC无源高通滤波电路的渐近波特图,幅频特性最大误差在fL处，为3dB.相频特性最大误差在0.1fL和10fL处。,例5.1.2,已知图示电路的fL=300Hz，求电容量,解：,例5.1.2,已知图示电路的fL=300Hz，求电容量,解：,转折角频率为时间常数的倒数,归一化一阶高通函数：,*讨论,试比较一阶RC无源高通和低通滤波电路的组成、表达式和渐近波特图。,讨论小结:电路及其表达式,一阶无源低通,一阶无源高通,fH=1/2RC,fL=1/2RC,转折角频率为时间常数的倒数,讨论小结:渐近波特图,一阶无源低通,一阶无源高通,5.1复习要点,了解一阶RC低通和高通电路的频率响应，理解频率响应的分析方法。2.掌握渐近波特图的概念和画法。,主要要求：,RC低通电路频率响应的分析,重点：,5.2晶体管放大电路的频率响应,5.2.3多级放大电路的频率响应,5.2.2单管共发射极放大电路的频率响应,5.2.1晶体管的高频特性,5.2.1晶体管的高频特性,一、晶体管混合型高频等效电路,为基区体电阻，约几十欧,为低频共发射极电流放大系数,得,晶体管低频小信号等效电路的另一种表示方法,0,一、晶体管混合型高频等效电路,5.2.1晶体管的高频特性,发射结结电容,fT为晶体管的特征频率，查手册,考虑结电容，即可由低频等效电路得到高频等效电路,二、晶体管的频率参数,三、场效应管的高频小信号等效电路,很小，通常可略,5.2.2单管共发射极放大电路的频率响应,2.求中频段源电压增益,例图,1.画放大电路的全频段小信号等效电路,中频段小信号等效电路,RB阻值很大，其作用可忽略,单管共发射极放大电路的频响分析方法,3.求高频段源电压增益,单管共发射极放大电路的频响分析步骤续,由密勒定理得高频段简化等效电路,3.求高频段源电压增益,单管共发射极放大电路的频响分析步骤续,CM=(1+gmRC)Cbc,RS=(RS+rbb)/rbe,Ci=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRC)Cbc,输入回路低通等效电路时间常数为：,CiRS,4.求低频段源电压增益,单管共发射极放大电路的频响分析步骤续,低频段小信号等效电路,4.求低频段源电压增益,单管共发射极放大电路的频响分析步骤续,低频段小信号等效电路,5.求全频段源电压增益,单管共发射极放大电路的频响分析步骤续,6.画渐近波特图,解：,例5.2.1,图示放大电路中，已知UBEQ=0.7V，0=65，rbb=100，Cbc=5pF，fT=100MHz，试估算该电路的中频源电压增益、上限频率、下限频率和通频带，并画出渐近波特图。,求晶体管混合型等效电路参数,图示放大电路中，已知UBEQ=0.7V，0=65，rbb=100，Cbc=5pF，fT=100MHz，试估算该电路的中频源电压增益、上限频率、下限频率和通频带，并画出渐近波特图。,解：,求晶体管混合型等效电路参数,可见放大电路工作点合适，故可求得,例5.2.1,例5.2.1解续：,2.求中频源电压增益,中频段小信号等效电路,例5.2.1解续：,3.求上限、下限频率及通频带,RS=(RS+rbb)/rbe=223,Ci=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRC)Cbc=494pF,例5.2.1解续：,3.求上限、下限频率及通频带,RS=(RS+rbb)/rbe=223,Ci=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRC)Cbc=494pF,例5.2.1解续：,4.作放大电路的渐近波特图,幅频特性,lgfL=lg41=1.61lgfH=lg1.45106=6.16,35dB,例5.2.1解续：,4.作放大电路的渐近波特图,幅频特性,+20dB/十倍频,-20dB/十倍频,例5.2.1解续：,4.作放大电路的渐近波特图,幅频特性,+20dB/十倍频,-20dB/十倍频,相频特性,-45/十倍频,-45/十倍频,解：,补例,已知某放大器的幅频特性如图所示。试求该放大器的中频增益、fH、fL及通频带BW。若输入信号ui=5sin(2107t)+10sin(2105t)+20sin(2103t)mV，说明输出有无频率失真？,由图可得中频增益为60dB，即1000倍,fH=106Hz,fL=100Hz,BW=fHfL=（106102）Hz106Hz,由于输入信号由频率为107Hz、105Hz、103Hz的正弦波叠加而成，其中频率107Hz已在通频带以外，所以输出信号会产生频率失真。,5.2.3多级放大电路的频率响应,多个耦合电容和旁路电容，故含有多个高通电路，多个低频转折点频率；多个晶体管结电容，故含有多个低通电路，多个高频转折点频率。,转折点频率值由相应电容所在回路的时间常数决定。,多级放大电路截止频率的计算,若某级下限频率远高于其它各级下限频率（工程上大于5倍即可），则该下限频率为主极点频率，电路下限频率近似等于该主极点频率。若某级的上限频率远低于其它各级上限频率（低于5倍即可），则该上限频率为主极点频率，电路上限频率近似等于该主极点频率。,解：,补例,画出函数的幅频特性渐近波特图，并求上限频率、下限频率、通频带。,20dB/十倍频,-20,-20dB/十倍频,20dB/十倍频,40dB/十倍频,20dB/十倍频,40dB/十倍频,解：,画出函数的幅频特性渐近波特图，并求上限频率、下限频率、通频带。,fL100Hz,BWfH105Hz,-20,补例,*讨论,为什么多级放大电路的通频带不会大于构成它的任一单级电路的频带？,答：由于多级放大电路总的对数增益等于各级电路对数增益的代数和，而各单级电路在其上、下限频率处对数增益均下降了3dB，因此在各单级上、下限频率处，多级放大电路总对数增益的下降不可能小于3dB，即总对数增益下降3dB所对应的fL将上移，fH将下移，所以多级放大电路的频带宽度不会大于构成它的任一单级电路的频带。,5.2复习要点,1.了解晶体管的混合型高频等效电路及频率参数。2.理解单管共发射极放大电路频率响应的分析方法，理解其波特图特点。3.了解多级放大电路的频率响应。,主要要求：,1.晶体管的混合型高频等效电路和特征频率。2.单管共发射极放大电路频率响应的分析方法。,重点：,5.3负反馈放大电路的自激与相位补偿,5.3.3集成运算放大器的相位补偿,5.3.2负反馈放大电路稳定性的判断,5.3.1负反馈放大电路的自激振荡条件,5.3.4集成运放的频率响应及高频参数,5.3.1负反馈放大电路的自激振荡条件,5.3.2负反馈放大电路稳定性的判断,一、判断方法,产生自激振荡,一、判断方法,产生自激振荡,不产生自激振荡,5.3.2负反馈放大电路稳定性的判断,二、稳定裕度,通常要求,二、稳定裕度,通常要求,通常要求,反馈网络为纯电阻网络时判断稳定的简便方法,作高度为的水平线（称反馈线），与开环幅频特性曲线相交，交点对应的附加相移a若小于180，则稳定，否则不稳定。,利用开环频率特性判断：,判断方法：,反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例,可见：F越大即反馈越深，越易自激。,反馈网络为纯电阻网络时判断稳定性举例,反馈线交于20dB/十倍频的区域，则有45及以上相位裕量，稳定。,单级深度负反馈放大电路，会因附加相移而产生高频自激吗？,例5.3.1,某负反馈放大电路中，开环频率特性如图所示，设反馈网络为纯电阻网络，为保证电路稳定工作，试确定反馈系数的最大值。,解：,为保证可靠稳定，设相位裕量为45，则由图可得:,135,5.3.3集成运算放大器的相位补偿,相位补偿也称频率补偿：接入电容、电阻元件，改变放大电路开环增益在高频段的相频特性，使电路具有足够的稳定裕量。,常用措施：,简单电容补偿方法：补偿电容加于上限频率最低的那个放大器的输入端，使反馈线处于开环幅频特性曲线斜率为20dB/十倍频的区域。,以简单电容补偿为例说明相位补偿原理,*讨论,负反馈放大电路产生自激振荡的主要原因是什么？如何预防或消除之？,要预防或消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件。对高频自激振荡，通常采用相位补偿。对阻容耦合方式构成的负反馈放大电路，所用耦合电容和旁路电容的数目越多，则产生低频自激振荡的可能性越大，对付由此引起的低频振荡可通过适当改变耦合电容和旁路电容的电容量。对因电源耦合引起的低频自激振荡，通常采用电源去耦电路。,5.3.4集成运放的频率响应及高频参数,限制了运放应用电路的最高工作频率。,一、小信号频率参数,BWf受BWG和Auf限制。,5.3.4集成运放的频率响应及高频参数,一、小信号频率参数,构成Auf=10的放大电路时，BWf=,例：运放LM741:Aud=104，BW=7Hz，,7kHz,5.3.4集成运放的频率响应及高频参数,BWf受BWG和Auf限制。,二、大信号动态参数,1.转换速率SR,SR2fUom,例：A741：