模拟电子技术5

第五章

放大电路的频率响应模拟电子技术基础.第五章放大电路的频率响应§5.1频率响应概述§5.2晶体管的高频等效模型§5.3场效应管的高频等效模型§5.4单管放大电路的频率响应§5.5多级放大电路的频率响应§5.6集成运放的频率响应和频率补偿§5.7频率响应与阶跃响应.

在放大电路中，由于耦合电容、旁路电容、晶体管极间电容、分布电容、寄生电容等的存在，当输入信号的频率过高或过低时，电路的放大倍数不但数值会减小，而且会产生超前或滞后的相移，因此电路的放大倍数是频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。§5.1频率响应概述.一、高通电路CR.幅频特性相频特性10.7071090o45o0o下限(截止)频率相位超前电路.RCR二、低通电路.幅频特性相频特性-90o-45o0o10.7070上限(截止)频率相位滞后电路.90o45o0o0-3高通电路波特图低通电路波特图-90o-45o0o0-320dB/十倍频-20dB/十倍频三、波特图.电路低频段的放大倍数需乘因子当f=fL时放大倍数幅值约降到0.707倍，相角超前45º；当f=fH时放大倍数幅值也约降到0.707倍，相角滞后45º。截止频率决定于电容所在回路的时间常数电路高频段的放大倍数需乘因子频率响应有幅频特性和相频特性两条曲线。几个结论.§5.2晶体管的高频等效电路一、混合π模型：根据结构建立的物理模型体电阻、结电阻、结电容由于结电容的存在，使Ic和Ib的大小、相角均与频率有关，即电流放大倍数是频率的函数，所以新引入了一个参数gm。bceb’c’e’rbb’rb’c’rb’e’rcrecb’c’(cμ)cb’e’(cπ).混合π模型的简化及单向化：使信号单向传递密勒定理（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单向化，将其等效在输入和输出回路故Cμ’’的分流作用可以忽略.单向化-密勒定理密勒定理.简化的混合π模型的主要参数T管模型：

h参数模型混合π模型.二、电流放大倍数的频率响应由定义知：共射截止频率.电流放大倍数的波特图注意折线化曲线的误差－20dB/10倍频特征频率.晶体管的频率参数共射截止频率：

fβ特征频率：

fT≈

β0

fβ共基截止频率：

fα

=(1+β0)

fβ≈

β0

fβ≈

fT从IEQ估算从手册查得求Cπ：

.§5.3场效应管的高频等效模型高频等效模型简化模型.§5.4单管放大电路的频率响应5.4.1单管共射放大电路的频率响应分频段考虑：.一、中频电压放大倍数.二、低频电压放大倍数高通.下限截止频率：.三、高频电压放大倍数低通.上限截止频率：.四、完整频率响应的波特图综合考虑.五、截止频率下限截止频率：上限截止频率：由电容所在回路的时间常数决定.5.4.2单管共源放大电路的频率响应.1.若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lgf练习与思考：.试求解：（1）Aum＝？fL＝？fH

＝?

（2）画出波特图。

例5-1：.5.4.3放大电路频率响应的改善和增益带宽积一、低频特性的改善：

应增大耦合电容C

所在回路的时间常数，以降低fL，但改善的程度有限。

最佳解决方法：采用直接耦合方式。.二、高频特性的改善：

应减小

C’π所在回路时间常数，以增大fH。∴fH的提高与Ausm

的增大相互矛盾！通常fH>>fL→

通频带fbw=fH-fL≈fH→增益与带宽矛盾

→引入新参数：增益带宽积

.三、增益带宽积：.

因rbb’

和Cμ由晶体管决定，故管子选定后，放大电路增益带宽积就大体确定。即：增益增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。

为改善电路的高频特性，拓展频带，应首选rbb’

和Cob(≈Cμ)均小的高频管，并尽量减小C’π所在回路总等效电阻。此外，也可采用共基电路。

注意：放大电路的通频带并非越宽越好，而是够宽最好，有利于抵抗外部干扰信号。.§5.5多级放大电路的频率响应5.5.1定性分析由两个具有相同频率响应的单管放大电路构成两级放大电路时:即增益下降6dB，同时产生+900的相位移。.6dB3dBfLfH≈0.643fH1fL>fL1，fH<fH1，频带变窄！.两级放大电路的波特图.n级放大电路的电压放大倍数幅频特性：相频特性：n个放大管→n个低通电路;m个耦合或旁路电容→m个高通电路.5.5.2截止频率的估算结论：1.放大电路的级数越多，频带越窄；

2.若fLk远高于其它各级，则fL≈fLk;3.若fHk远低于其它各级，则fH≈fHk;m个耦合或旁路电容n个放大管由于求解使增益下降3dB的频率，经修正，可得:1.1为修正系数.解:∵低频有一拐点，为20dB/十倍频∴电路有一耦合或旁路电容

fL=10Hz

∵高频有一拐点，为-60dB/十倍频∴电路为三级放大电路，每级f’H=2×105HzP243例5.5.1某电路各级均为共射电路,求:fL,fH,Au。例5-2：.P244例5.5.2试求电路的各fL和fH。解:∵fL=1/2πτ

fH=1/2πττ=RC∴关键应求各电容所在电路的等效电阻例5-3：.C2、Ce短路，开路，求出C1、Ce短路，开路，求出.C1、C2短路，开路，求出C1、C2、Ce短路，求出.电压放大倍数分析很小！.例5-4：1.该放大电路为几级放大电路?2.耦合方式?3.在f＝104Hz时，增益下降多少？附加相移φ’＝？4.在f＝105Hz时，附加相移φ’≈？5.画出相频特性曲线；6.fH＝？

已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题：.§5.6集成运放的频率响应和频率补偿

因集成运放为直接耦合的多级放大电路，故其低频特性好(fL=0)，但其高频特性却很差，原因在于集成运放的输入级和中间级的电压增益很高，再加上其内部必须接补偿电容所致。

通用型集成运放的-3dB带宽仅有几Hz~十几Hz。.未加频率补偿的集成运放的频率响应.思考：集成运放为什么需要频率补偿？

如果不采取补偿措施（接入一定的补偿电容、电阻），集成运放在实际应用中接入负反馈以后很容易产生自激振荡，从而使电路不能正常工作。.

在实际应用中，集成运放常引入负反馈。若反馈网络为纯电阻网络，则高频时，电路的附加相移将由极间电容所产生。

若高频时存在一频率f0，它可产生±1800的附加相移，且f0比单位增益带宽fC小，则电路的负反馈将转变为正反馈，并产生频率为f0的自激振荡，使电路无法工作。.集成运放产生自激振荡的条件为：

存在频率f0，且f0<fC

对绝大多数集成运放而言，自激振荡条件均可满足，这就是集成运放内部（外部）必须加补偿电容的原因。

为破坏集成运放产生自激振荡的条件，常可采用频率补偿方法改变其频率响应。.稳定裕度幅值裕度：相位裕度：一般要求：.一、滞后补偿：补偿后，f<fC前仅有一拐点，且按-20dB/十倍频斜率下降。C’π所在回路时间常数最大简单电容补偿.密勒效应补偿

此法常用于集成运放中，可大大减小补偿电容的容量，以便将电容集成于运放内部。所在回路时间常数最大滞后补偿总结：优点—简单易行；缺点—频带变窄。若在补偿电容回路加一小阻值电阻，则可改善高频特性。.二、超前补偿：补偿后，可抵消高频段的拐点，使幅频特性斜率变缓。集成运放中超前相位补偿原理图有源负载放大管.超前补偿总结：优点—展宽频带