（电子教案-模拟电子技术）第四章放大电路的频率响应课件.ppt

1、模 拟 电 子 技 术4.1放大电路的频率性放大电路的频率性放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.2多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应小结小结模 拟 电 子 技 术引言引言 4.1.2 晶体管以及其单级放大电路的频率特性晶体管以及其单级放大电路的频率特性 4.1.3 集成运算放大器高频参数及其影响集成运算放大器高频参数及其影响 4.1.1 简单简单RC低通和高通电路的频率特性低通和高通电路的频率特性模 拟 电 子 技 术 fOAum1.1.幅频特性和相频特性幅频特性和相频特性)()(ffAAuu Au(f)幅频特性幅频特性 (f)相频特性相频特性0.707AumfOAuf L 下限下限

2、截止截止频率频率 f H 上限截止频率上限截止频率 2.频带宽度频带宽度(带宽带宽)BW(Band Width)BW=f H-f L f HfLfH模 拟 电 子 技 术一一、RC 低通电路的频率特性低通电路的频率特性4.1.1 简单简单 RC 低通和高通电路的频率特性低通和高通电路的频率特性1.频率特性的描述频率特性的描述RCoUiU j11 j/1j/1 ioRCCRCUUAu H j11ff 令令 1/RC=H则则 fH=1/2 RC模 拟 电 子 技 术 )/(11 2H ffAu H arctan f/f-滞后滞后 90 0 H-；时时，uAff 0 1 ,0 ；时时uAf-45 0

3、.707 21 H；时时，uAfffO|Au|10.707O45 90 fHf幅频特性幅频特性相频特性相频特性模 拟 电 子 技 术2.频率特性的频率特性的波特图波特图f/fH020lg|Au|/dB20045 90 fH400.1 1 10 1000.1 1 10f/fH频率特性频率特性波特图波特图90 f0|Au|10.707045 fHf 3 dB 20 dB/十倍频十倍频 45/十倍频十倍频H/arctan ff-)/(11 2 HuffA 模 拟 电 子 技 术二二、RC 高通电路的频率特性高通电路的频率特性RCCRRUUAu 1/j11 j/1 io ffL j11-令令 1/RC

4、=L则则 fL=1/2 RC超前超前f/f arctan L )/(11 2L ffAu f 10 fL20lg|Au|=0 dB 0 f=fL20lg|Au|=20lg0.7071=-3 dB 45 f 0.1 fL20lg|Au|=-20lg f/fH 90 RCoUiU模 拟 电 子 技 术例例 4.1.1求已知一阶低通电路的上限截止频率。求已知一阶低通电路的上限截止频率。0.01 F1 k 1 k 1/1 k 0.01 FRCf 21HF01.0k5.014.321 kHz)(8.31 例例 5.1.2已知一阶高通电路的已知一阶高通电路的 fL=300 Hz，求电容求电容 C。500

5、C2 k RfCL21 2500Hz30014.321F)(212.0 戴维宁定理等效戴维宁定理等效模 拟 电 子 技 术4.1.2 晶体管及其单级放大电路的频率特性晶体管及其单级放大电路的频率特性一一、单级阻容耦合放大器的中频和低频特性单级阻容耦合放大器的中频和低频特性+VCCRCC1C2VRL+RB1RB2RSUS1.中频特性中频特性C1、C2 可视为短路可视为短路极间电容可视为开路极间电容可视为开路s0sbeLs uuARrRA -180 2.低频特性：低频特性：极间电容视为开路极间电容视为开路耦合电容耦合电容 C1、C2 与电路中电阻串联与电路中电阻串联容抗不能忽略容抗不能忽略模 拟

6、电 子 技 术bISRSUberCRLR1C2CBRcIbI SUSRberCRLR1C2CbICRIb oIiUoU2Ls0s)/(1 ffAAuu )/(arctan180 Lff -),(max L2 L1 Lfff :频率降低频率降低,Aus 随随之减小之减小,输出比输入电压输出比输入电压相位超前。相位超前。)(211beS 1L；CrRf 2L L2)(21 CRRfC R B rbeffAAuu/j1 Ls0s-模 拟 电 子 技 术因因 值随频值随频率升高而降率升高而降低，高频下低，高频下不能采用不能采用 H 参数等效电参数等效电路。路。二二、单级放大器的高频性单级放大器的高频性

7、1.晶体三极管的混合晶体三极管的混合 型等效电路型等效电路B EBCrbb rb erb cCb cCb eCb e：不恒定，不恒定，与工作状态有关与工作状态有关Cb c：几几 pF，限制着限制着放大器频带的展宽放大器频带的展宽模 拟 电 子 技 术2.与频率与频率 f 的关系的关系 =0.707 0f 共发射极截止共发射极截止频率频率fT 特征频率特征频率 =1可可求得求得：)(21 Cbebeb CCrf fCCgf0cbebmT)(2 同样可求得：同样可求得：)(21 cbebe CCrf f)1(0 可见：可见：fff T f f o0.707 o1fTO模 拟 电 子 技 术3.晶体

8、管单级放大电路高频特性晶体管单级放大电路高频特性EBB Ceb UoUrbb rb eCb eCb cebm UgR LRSUSrbb EBB CoUrb eCb eebm UgR LCMRSUSeb U密勒等效密勒等效(C1，C2 视为视为短路短路)在输出回路略去在输出回路略去 Cb cR L=RC/RL H=1/RtCtfH=1/2 RtCtCM=(1+gmR L)Cb c模 拟 电 子 技 术ebbbSebLmsos0 -rrRrRgUUAuHs0sosj1 uuAUUA Hs0j1ffuA Rt=(RS+r bb )/rb eCt=Cb e+CM=Cb e+(1+gmR L)Cb c增

9、益带宽积增益带宽积G BW=Aus0 fH)(21bbtLm rRCRgS(常数常数)结论：频率升高，结论：频率升高，Au 减减小小 输出相位滞后输出相位滞后 增益带宽积为常数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LfH

10、f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 ，则可以方便的画出放大电路的频率特性图。HHf21 H L 对数幅频特性对数幅频特性：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-在 时

11、，；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45倍以上，则可取较大的值作

12、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集成运算放大器高频参数及其响一一、小信号频率参数小信号频率参数f/Hz20lgAud(f)/dBf HOf T01.开环带宽开

13、环带宽BWBW=f H模 拟 电 子 技 术2.单位增益带宽单位增益带宽 BWGBWG=f T运放闭环工作时，运放闭环工作时，带宽带宽增益积增益积=Aud f HfH 为开环增益下降为开环增益下降 3 dB 时的频率时的频率通用型通用型集成运放带宽集成运放带宽较较窄窄(几赫兹几赫兹)f T 为开环增益下降至为开环增益下降至 0 dB(即即Aud=1)时的频率时的频率带宽增益积带宽增益积 =1 f T=f T=BWG=Aud f HBWG=Aud BWf=0，使使 Auf=1，当当 Auf 降为降为 0.707 时，此时的频率时，此时的频率 即为即为 fT。BWG=Auf BWf如如 741 型

14、运放型运放:Aud=104，BW=7 Hz，Auf=10，则则 BWf =7 kHz模 拟 电 子 技 术二二、大信号频率参大信号频率参数数1.转换速率转换速率 SR输入输入输出输出maxoddtuSR A 741 为为 0.5 V/s高速型高速型 SR 10 V/s否则将引起输出波形失真否则将引起输出波形失真例如：例如：tUu sinomo om0ooddddmaxUtututt 则：则：须使：须使：SR 2 f Uom A741，Uom=10 V 最高不失真频率为最高不失真频率为 8 kHz模 拟 电 子 技 术2.全功率带宽全功率带宽 BWP输出为最大峰值电压时不产生明显失真的输出为最大

15、峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率最高工作频率三三、高速宽带集成运放高速宽带集成运放当当 BWG 2 MHz，BWP 20 kHz，SR 6 V/s选高速宽带运放选高速宽带运放模 拟 电 子 技 术4.2 多级放大器的多级放大器的频率响应频率响应 如果放大器由多级级联而成，那么，总增益)()()()()(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)(lg20)()()()()(121121121jjjjjAjAjAjAjAjAjAjAjAjAknkkunkunuuunkukunuuu 模 拟 电 子 技 术4.2.1 多级放大器的上限频率多级放大器的上限频率fH 设单级放大器的增益表达式

16、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多级放大器的下限频率fL 设单级放大器的低频增益为LnLLLnLLuInuIuIuLnuInLuILuIuLkuIkukjAAAjAjAjAjAjAjAjAarctanar

17、ctanarctan)()(1)(1)(1)(111)(1)(2122221112111 -(569)(570)(571)(572)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L1=L2=Ln,则模 拟 电 子 技 术第第 四章四章 小小 结结模 拟 电 子 技 术一、简单一、简单 RC 电路的频率特性电路的频率特性RC 低通电路低通电路RCoUiURCoUiURC 高通电路高通电路H j11ffAu ffAuL j11-模 拟 电 子 技 术90fO|Au|10.707O45 fHf90fO|Au|

18、10.707O45 fLf模 拟 电 子 技 术二、放大电路的高频特性二、放大电路的高频特性BB CiUoUErbb rb eCb eCb cebm Ug1.晶体管混合晶体管混合 型等效电路型等效电路(了解了解)f o0.707 of 1f T晶体管放大电路晶体管放大电路增益带宽积增益带宽积 G BW Aus0 fH=常数常数模 拟 电 子 技 术2.集成运算放大器高频参数及其影响集成运算放大器高频参数及其影响 小信号小信号频率参数频率参数开环带宽开环带宽 BW=fH单位增益带宽单位增益带宽 BWG=Aud BW=Auf BWf=fT闭环带宽闭环带宽 BWf =fHf带宽增益积带宽增益积 GB

19、W=Aud BW大信号动态参数：大信号动态参数：转换速率转换速率 SR全功率带宽全功率带宽 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当电路中只有一个当电路中只有一个 RC 高通电路时：高通电路时：当电路中有两个当电路中有两个 RC 高通电路时：高通电路时：,maxL2L1Lfff 耦合电容的大小不仅要满足下限频率要求，还要不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。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对上限频率的影响闭环放大倍数闭环放大倍数 Auf 越小，越小，上限频率上限频率 fH 越大：越大：fGfdHuuuABWABWAf 3.采用单电源时的电路特点采用单电源时的电路特点1)输出接耦合电容，采用输出接耦合电容，采用 OTL 电路形式。电路形式。2)输入端的静态电压为输入端的静态电压为 VCC/2。