第四章 放大电路的频率响应

模拟电子技术6.1放大电路的频率性耦合电容，旁路电容晶体管的结电容6.1.1频率相应产生的原因模拟电子技术fOAum1.幅频特性和相频特性)()(ffAAuuAu(f)—幅频特性(f)—相频特性0.707AumfOAufL—下限截止频率fH—上限截止频率2.频带宽度(带宽)BW(BandWidth)fBW=fH-fLfHfLfH6.1.2频率相应的表示方法模拟电子技术一、RC低通电路的频率特性6.2简单RC低通和高通电路的频率特性1.频率特性的描述RCoU•iU••j11j/1j/1ioRCCRCUUAu••Hj11ff令1/RC=H则fH=H/21/2RC模拟电子技术)/(112HffAu•Harctanf/f-滞后900H-；时，uAff•01,fH；时uAf•-450.70721H；时，uAff••fO|Au|10.707O–45–90fHf幅频特性相频特性模拟电子技术2.频率特性的波特图f/fH0•20lg|Au|/dB–200–45–90fH–400.11101000.1110f/fH频率特性波特图•–90f0|Au|10.7070–45fHf–3dB–20dB/十倍频–45/十倍频H/arctanff-)/(112HuffA•模拟电子技术二、RC高通电路的频率特性RCCRRUUAu1/j11j/1io•••ffLj11-令1/RC=L则fL=1/2RC超前f/farctanL)/(112LffAuf10fL20lg|Au|=0dB0f=fL20lg|Au|=20lg0.7071=-3dB45f0.1fL20lg|Au|=-20lgf/fH90RCoUiU••模拟电子技术例4.1.1求已知一阶低通电路的上限截止频率。0.01F1k1k1//1k0.01FRCf21HF01.0k5.014.321kHz)(8.31例5.1.2已知一阶高通电路的fL=300Hz，求电容C。500C2kRfCL212500Hz30014.321F)(212.0戴维宁定理等效模拟电子技术4.1.2晶体管及其单级放大电路的频率特性一、单级阻容耦合放大器的中频和低频特性+VCCRCC1C2VRL++RB1RB2RSUS•1.中频特性C1、C2可视为短路极间电容可视为开路s0sbeLsuuARrRA--1802.低频特性：极间电容视为开路耦合电容C1、C2与电路中电阻串联容抗不能忽略模拟电子技术bI••SRSU•berCRLR1C2CB'RcIbI•SUSRberCRLR1C2CbICRIboIiUoU•••••2Ls0s)/(1ffAAuu)/(arctan180Lff-),(maxL2L1Lfff结论:频率降低,Aus随之减小,输出比输入电压相位超前。)(211beS1L；CrRf2LL2)(21CRRfCRBrbeffAAuu/j1Ls0s-••模拟电子技术因值随频率升高而降低，高频下不能采用H参数等效电路。二、单级放大器的高频性1.晶体三极管的混合型等效电路BEBCrbbrberbcCbcCbeCbe：不恒定，与工作状态有关Cbc：几pF，限制着放大器频带的展宽模拟电子技术2.与频率f的关系=0.7070f—共发射极截止频率fT—特征频率=1可求得：)(21CbebebCCrffCCgf0cbebmT)(2同样可求得：)(21cbebeCCrff)1(0可见：fffTffo0.707o1fTO模拟电子技术3.晶体管单级放大电路高频特性EBBCebUoUrbbrbeCbeCbcebmUgRLRS•US•••rbbEBBCoUrbeCbeebmUgRLCMRSUS•ebU•••密勒等效(C1，C2视为短路)在输出回路略去CbcRL=RC//RLH=1/RtCtfH=1/2RtCtCM=(1+gmRL)Cbc模拟电子技术ebbbSebLmsos0-rrRrRgUUAu•••Hs0sosj1ωωuuAUUA•••Hs0j1ffuA•Rt=(RS+rbb)//rbeCt=Cbe+CM=Cbe+(1+gmRL)Cbc增益带宽积GBW=Aus0fH)(21bbtLmrRCRgS(常数)结论：频率升高，Au减小输出相位滞后增益带宽积为常数模拟电子技术三、完整的单管共射放大电路的频率特性将前面画出的单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段画在同一张图上就得到了如图所示的完整的频率特性（波特）图。共射电路完整波特图实际上，同时也可得出单管共射电路完整的电压放大倍数表达式，即HLLusmusffjffjffjAA11模拟电子技术，H由上图可看出，画单管共射放大电路的频率特性时，关键在于算出下限和上限截止频率LfHf和下限截止频率取决于低频时输入回路的时间数，由图可知：，其中，而同样，上限截止频率取决于高频时输入回路的时间常数；由图可知：，L1CRRisLebbbBirrRR'CRH模拟电子技术其中因此，只要能正确的画出低频段和高频段的交流等效电路，算出输入回路的时间常数和，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。HHf21HL对数幅频特性：在到之间，是一条水平直线；在时，是一条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一LfHfusmusAAlg20lg20LffHff模拟电子技术条斜率为+20Db/十倍频程的直线；在时，是一条斜率为-20Db/十倍频程的直线。放大电路的通频带。HffLHBWfff-相频特性：在时，；在时，；HLfff1.010180-Lff1.090-在时，；Hff10270-模拟电子技术而在f从到以及从到的范围内，相频特性都是斜率为十倍频程的直线。/45-前面已经指出在画波特图时，用折线代替实际的曲线是有一定误差的。对数幅频特性的最大误差为3dB，相频特性的最大误差为，都出现在线段转折处。71.5模拟电子技术如果同时考虑耦合电容和，则可分别求出对应于输入回路和输出回路的两个下限截止频率1C2C1121CRRfiSL2221CRRfLCL这时，放大电路的低频响应，应具有两个转折频率。如果二者之间的比值在4~5倍以上，则可取较大的值作为放大电路的下限频率。模拟电子技术否则，应该可以用其他方法处理。此时，波特图的画法要复杂一些。如果放大电路中，晶体管的射极上接有射极电阻和旁路电容，而且的电容量不够大，则在低频时不能被看作短路。因而，由又可以决定一个下限截止频率。需要指出的是，由于在射极电路里，射极电流是基极电流ERECECECECeI模拟电子技术bI的1倍，它的大小对放大倍数的影响较大，因此往往是决定低频响应的主要因素。EC4.1.3集成运算放大器高频参数及其响一、小信号频率参数f/Hz20lgAud(f)/dBfHOfT01.开环带宽BWBW=fH模拟电子技术2.单位增益带宽BWGBWG=fT运放闭环工作时，带宽增益积=AudfHfH为开环增益下降3dB时的频率通用型集成运放带宽较窄(几赫兹)fT为开环增益下降至0dB(即Aud=1)时的频率带宽增益积=1fT=fT=BWG=AudfHBWG=AudBWf=0，使Auf=1，当Auf降为0.707时，此时的频率即为fT。BWG=AufBWf如741型运放:Aud=104，BW=7Hz，Auf=10，则BWf=7kHz模拟电子技术二、大信号频率参数1.转换速率SR输入输出maxoddtuSRA741为0.5V/s高速型SR10V/s否则将引起输出波形失真例如：tUusinomoom0ooddddmaxUtututt则：须使：SR2fUomA741，Uom=10V最高不失真频率为8kHz模拟电子技术2.全功率带宽BWP输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率三、高速宽带集成运放当BWG2MHz，BWP20kHz，SR6V/s选高速宽带运放模拟电子技术4.2多级放大器的频率响应•如果放大器由多级级联而成，那么，总增益)()()()()(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)()()()()(121121121jjjjjAjAjAjAjAjAjAjAjAjAknkkunkunuuunkukunuuu模拟电子技术4.2.1多级放大器的上限频率fH•设单级放大器的增益表达式为])(1[])(1][)(1[)(111)(1)(2222112211HnHHuIuHnuIHuIHuIukuIkukAjAjAjAjAjAjAjA模拟电子技术)arctan()arctan()arctan()(21HnHHj--式中，|AuI|=|AuI1||AuI2|…|AuIn|为多级放大器中频增益。令2])(1[])(1][)(1[2)(22221HnHHHHHuIHuAjA模拟电子技术4.2.2多级放大器的下限频率fL设单级放大器的低频增益为LnLLLnLLuInuIuIuLnuInLuILuIuLkuIkukjAAAjAjAjAjAjAjAjAarctanarctanarctan)(])(1[])(1][)(1[)(111)(1)(2122221112111----(5–69)(5–70)(5–71)(5–72)模拟电子技术解得多级放大器的下限角频率近似式为122])(1[112122121-nLLnLLLnLLL若各级下限角频率相等，即ωL1=ωL2=…=ωLn,则模拟电子技术第四章小结模拟电子技术一、简单RC电路的频率特性RC低通电路RCoU•iU•RCoUiU••RC高通电路Hj11ffAuffAuLj11-模拟电子技术•–90°fO|Au|10.707O–45°fHf•90°fO|Au|10.707O45°fLf模拟电子技术二、放大电路的高频特性BBCiUoU••ErbbrbeCbeCbcebmUg•1.晶体管混合型等效电路(了解)fo0.707of1fT晶体管放大电路增益带宽积G·BWAus0·fH=常数模拟电子技术2.集成运算放大器高频参数及其影响小信号频率参数开环带宽BW=fH单位增益带宽BWG=AudBW=AufBWf=fT闭环带宽BWf=fHf带宽增益积G·BW=AudBW大信号动态参数：转换速率SR全功率带宽BWP模拟电子技术三、集成运放小信号交流放大电路1.耦合电容构成高通电路对下限频率的影响RCf21L当电路中只有一个RC高通电路时：当电路中有两个RC高通电路时：},max{L2L1Lfff耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不引起自激，故不能因信号频率高而随意减小其数值。模拟电子技术2.闭环放大倍数对上限频率的影响闭环放大倍数Auf越小，上限频率fH越大：fGfdHuuuABWABWAf3.采用单电源时的电路特点1)输出接耦合电容，采用OTL电路形式。2)输入端的静态电压为VCC/2。