模电第5章放大电路的频率响应ppt课件

1、第五章第五章 放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应5.1频率呼应概述频率呼应概述5.2晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率呼应单管放大电路的频率呼应5.5多级放大电路的频率呼应多级放大电路的频率呼应5.3场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型5.6集成运放的频率呼应和频率补偿集成运放的频率呼应和频率补偿5.1频率呼应概述频率呼应概述5.1.1研讨放大电路频率呼应的必要性研讨放大电路频率呼应的必要性由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为所以电路的放大倍数为频率的函数

2、，这种关系称为频率呼应或频率特性。频率呼应或频率特性。小信号等效模型只适用于低频信号的分析。小信号等效模型只适用于低频信号的分析。本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、本章将引入高频等效模型，并阐明放大电路的上限频率、下限频率和通频带的求解方法，以及频率呼应的描画方法。下限频率和通频带的求解方法，以及频率呼应的描画方法。一、一、 高通电路高通电路+_+_CRiUOU图图 5.1.1a) RC 高通电高通电路路RCCRRUUAu j111j1iO 令：令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：)(arctan90Lff相角：5.1.2

3、频率呼应的根本概念频率呼应的根本概念fL称为下限截止频率称为下限截止频率2LL1lg20lg20lg20ffffAu那么有：那么有：dB 020lg L uAff时时，当当LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 时时，当当dB32lg20lg20 L uAff时时，当当2LL1ffffAu放大电路的对数频率特性称为波特图。放大电路的对数频率特性称为波特图。对数幅频特性：对数幅频特性： 实践幅频特性曲线：实践幅频特性曲线：图图 5.1.3(a) 幅频特性幅频特性当当 f fL(高频高频)，当当 f fT 时，三极管失去放大作用；时，三极管失去放大作用； f = fT 时，由式时，由式；

4、112T0 ff得：得： ff0T 3.共基截止频率共基截止频率 f 值下降为低频值下降为低频 0 时时 的的 0.707 时的频率。时的频率。 ffj10 f 与与 f 、 fT 之间关系：之间关系：由于由于， 1 ffj10 可得可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比较较，可可知知与与 ffj10 ff)1(10000阐明：阐明： ff)1(10000 ，因因为为：所以：所以：1. 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 + gmRc)Cbc CbeCRRgrrRRRfAu 21 cmbeeb

5、isiHsm故故cbbbs)(21 CrRcbbbsHsm)(21 CrRfAu阐明：阐明：HsmfAu 式不很严厉，但从中可以看出一个大式不很严厉，但从中可以看出一个大约的趋势，即选定放大三极管后，约的趋势，即选定放大三极管后，rbb 和和 Cbc 的值的值即被确定，增益带宽积就根本上确定，此时，假设将放即被确定，增益带宽积就根本上确定，此时，假设将放大倍数提高假设干倍，那么通频带也将几乎变窄同样的大倍数提高假设干倍，那么通频带也将几乎变窄同样的倍数。倍数。如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大如愈得到一个通频带既宽，电压放大倍数又高的放大电路，首要的问题是选用电路，首要的问题是选用

6、 rbb 和和 Cbc 均小的高频三均小的高频三极管。极管。*场效应管共源放大电路的增益带宽积自阅场效应管共源放大电路的增益带宽积自阅复习：复习：1.晶体管、场效应管的混合晶体管、场效应管的混合 模型模型2.单管共射放大电路的单管共射放大电路的频率呼应频率呼应表达式：表达式：)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特图的绘制：波特图的绘制：三段直线构成幅频特三段直线构成幅频特性性五段直线构成相频特五段直线构成相频特性性5.5多级放大电路的频率呼应多级放大电路的频率呼应5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析多级放大电路频率特性的定性分析多级放

7、大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：对数幅频特性为：在多级放大电路中含有多个放大管，因此在高频等效在多级放大电路中含有多个放大管，因此在高频等效电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如电路中有多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如有多个耦合电容或旁路电容，那么在低频等效电路中有多个耦合电容或旁路电容，那么在低频等效电路中就含有多个高通电路。就含有多个高通电路。unuuuAAAA21nkukunuuuAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20多级放大电路的总相位移为：多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图两级放大电路的波特图图图 5.5.

8、1fHfL幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 级级二二 级级20dB/20dB/十倍频十倍频40dB/40dB/十倍频十倍频nkkn121图图 5.5.1相频特性相频特性270270360360fL1fH1fO 5405401801804504509090一一 级级二二 级级多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。通频带为窄。5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算多级放大电路的上限频率和下限频率的估算2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1

9、 . 1nffff 在实践的多级放大电路中，当各放大级的时间常数在实践的多级放大电路中，当各放大级的时间常数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的根据相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的根据即：假设某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，即：假设某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，那么可以为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。那么可以为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理假设某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，同理假设某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，那么可以为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。那么可以为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。例例5.5.

10、1知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如下图。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。性如下图。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。2高频段只需一个拐点，高频段只需一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。解：解：1低频段只需一个低频段只需一个拐点，阐明影响低频特性拐点，阐明影响低频特性的只需一个电容，故电路的只需一个电容，故电路的下限频率为的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz3电压放大倍数电压放大倍数353)1021

11、)(101 (10fjfjjfAu例例5.5.2分别求出如下分别求出如下图图Q点稳定电路中点稳定电路中C1 C2和和Ce所确定的下限频率所确定的下限频率的表达式及电路上限频的表达式及电路上限频率表达式。率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+CeuoRb1Reui图图 2.4.2阻容耦合的静态任务点稳定阻容耦合的静态任务点稳定电路电路b解：交流等效电路解：交流等效电路图图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路点稳定电路的交流等效电路1.思索思索C1对低频特性的影对低频特性的影响响(b) C1所在回路的等效电路所在回路的等效电路1121121/2121CRRcrRRRfiSbebbSLI2

12、.思索思索C2对低频特性的影对低频特性的影响响(c) C2所在回路的等效电所在回路的等效电路路2222121CRRfLcL3.思索思索Ce对低频特性的影对低频特性的影响响(d) Ce所在回路的等效所在回路的等效电路电路eSbbbeeeLICRRRrRf1/2121214.4.思索结电容对高频特性的影响思索结电容对高频特性的影响(e)结电容所在回路的等效电路结电容所在回路的等效电路CRRRrrfSbbbbebHH/212121比较比较C1、C2、Ce所在回路的时间所在回路的时间常数常数1、2、e,当取当取C1C2Ce时，时，e将远小于将远小于1,2，即，即fLe远大远大于于fL1和和fL2因此，

13、因此，fLe就约为电路的下限频率。就约为电路的下限频率。5.6 集成运放的频率呼应和频率补偿集成运放的频率呼应和频率补偿5.6.1集成运放的频率呼应集成运放的频率呼应集成运放有很好的低频特性集成运放有很好的低频特性fL0：集成运放直接耦合放大电路集成运放直接耦合放大电路集成运放高频特性较差：集成运放高频特性较差：集成运放集成运放AOd很大，很大， 等效等效电容电容 或或 很大；集成运很大；集成运放内部需接补偿电容。放内部需接补偿电容。CgsC末加频率补偿集成运放末加频率补偿集成运放的频率呼应的频率呼应图图5.6.1末加频率补偿末加频率补偿fC单位增益带宽单位增益带宽fO附加相移为附加相移为 1

14、800对应的频率对应的频率集成运放常引入负反响，容集成运放常引入负反响，容易产生自激振荡。易产生自激振荡。自激振荡产生的条件自激振荡产生的条件存在存在fO，且，且fO fC如何消除自激振荡？如何消除自激振荡？图图5.6.1末加频率补偿的集成运放末加频率补偿的集成运放的频率呼应的频率呼应5.6.2集成运放的频率补偿集成运放的频率补偿频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改动集成运放的频率呼应，使动集成运放的频率呼应，使f=fO时，时， 20lgA0d-1800 ，从而破，从而破坏产生自激振荡的条件，使电路稳定。坏产生自激振荡的条件，使电路稳

15、定。稳定裕度稳定裕度幅值裕度幅值裕度相位裕度相位裕度OffodmAGlg20Cffm0180fC fO普通要求普通要求Gm-10dB,m450一、滞后补偿一、滞后补偿在参与补偿电容后，使运放的幅频特性在大于在参与补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的的频率范围内只存在一个拐点，并按频率范围内只存在一个拐点，并按-20dB/十倍频的十倍频的斜率下降，即相当于一个斜率下降，即相当于一个RC回路的频率呼应。其附回路的频率呼应。其附加相移为加相移为- 900。1.简单电容补偿简单电容补偿将一个电容并接在集成运放时间常数最大的那一级将一个电容并接在集成运放时间常数最大的那一级电路中，使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降电路中，使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降低，以致增益隋频率一直按低，以致增益隋频率一直按-20dB/十倍频的斜率下十倍频的斜率下降，直至降，直至0dB。设某运放第二级放大电路输设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时入端等效电容所在回路的时间常数最大间常数最大22011/21iiHCRRf)(/2122011CCRRfiiH图图5.6.3滞后补偿