模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件(第三版)童詩白、華成英(第五章)

1、第五章第五章 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)5.1頻率響應(yīng)概述頻率響應(yīng)概述5.2晶體管的高頻等效模型晶體管的高頻等效模型5.4單管放大電路的頻率響應(yīng)單管放大電路的頻率響應(yīng)5.5多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)5.3場效應(yīng)管的高頻等效模型場效應(yīng)管的高頻等效模型5.6集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償童童詩詩白白第第三三版版5.7頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)頻率響應(yīng)與階躍響應(yīng)童童詩詩白白第第三三版版本章重點和考點：本章重點和考點：2、單管共射放大電路混合、單管共射放大電路混合模型等效電路圖、模型等效電路圖、 頻率響應(yīng)的表達(dá)式及波特圖繪制頻率響應(yīng)的表達(dá)式及波特圖繪制 。

2、1、晶體管、場效應(yīng)管的混合、晶體管、場效應(yīng)管的混合模型。模型。本章教學(xué)時數(shù)：本章教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時學(xué)時童童詩詩白白第第三三版版本章討論的問題：本章討論的問題：1.為什么要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個為什么要討論頻率響應(yīng)？如何制定一個RC網(wǎng)絡(luò)的頻網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)？如何畫出頻率響應(yīng)曲線？率響應(yīng)？如何畫出頻率響應(yīng)曲線？2.晶體管與場效應(yīng)管的晶體管與場效應(yīng)管的h參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？參數(shù)等效模型在高頻下還適應(yīng)嗎？為什么？為什么？3.什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何什么是放大電路的通頻帶？哪些因素影響通頻帶？如何確定放大電路的通頻帶？確定放大電路的通頻帶？4.如果放大電路的頻率響應(yīng)，應(yīng)

3、該怎么辦？如果放大電路的頻率響應(yīng)，應(yīng)該怎么辦？5.對于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？對于放大電路，通頻帶愈寬愈好嗎？6.為什么集成運(yùn)放的通頻帶很窄？有辦法展寬嗎？為什么集成運(yùn)放的通頻帶很窄？有辦法展寬嗎？5.1頻率響應(yīng)概述頻率響應(yīng)概述5.1.1研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性研究放大電路頻率響應(yīng)的必要性由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，由于放大電路中存在電抗性元件及晶體管極間電容，所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為所以電路的放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)，這種關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。頻率響應(yīng)或頻率特性。小小信號等效模型只適用于低頻信號的分析。信號等效模型只適用于低頻信號的分析。本章將

4、引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻本章將引入高頻等效模型，并闡明放大電路的上限頻率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的率、下限頻率和通頻帶的求解方法，以及頻率響應(yīng)的描述方法。描述方法。一、一、 高通電路高通電路+_+_CRiUOU圖圖 5.1.1（a) RC 高通電路高通電路RCCRRUUAu j111j1iO 令：令：LL2121 RCfLLLLj1jj11j111ffffffAu2LL1ffffAu模：)(arctan90Lff相角：5.1.2頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)的基本概念fL稱為下限截止頻率稱為下限截止頻率2LL1lg20lg20lg20ffffAu則有：則有：dB

5、020lg L uAff時時，當(dāng)當(dāng)LLLlg20lg20lg20 ffffAffu 時時，當(dāng)當(dāng)dB32lg20lg20 L uAff時時，當(dāng)當(dāng)2LL1ffffAu放大電路的放大電路的對數(shù)頻率特性對數(shù)頻率特性稱為稱為波特圖波特圖。對數(shù)幅頻特性：對數(shù)幅頻特性： 實際幅頻特性曲線：實際幅頻特性曲線：圖圖 5.1.3( (a) ) 幅頻特性幅頻特性當(dāng)當(dāng) f fL( (高頻高頻) )，當(dāng)當(dāng) f fT 時，時，三極管失去放大作用；三極管失去放大作用； f fT 時，由式時，由式；112T0 ff得：得： ff0T 3.共基截止頻率共基截止頻率 f 值下降為低頻值下降為低頻 0 時時 的的 0.707 時的

6、頻率。時的頻率。 ffj10 f 與與 f 、 fT 之間關(guān)系：之間關(guān)系：因為因為， 1 ffj10 可得可得 ffffff)1(j11/j11/j100000 比比較較，可可知知與與 ffj10 ff)1(10000說明：說明： ff)1(10000 ，因因為為：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)Cb c Cb eCRRgrrRRRfAu 21 cmbeebisiHsm故故cbbbs)(21 CrRcbbbsHsm)(21 CrRfAu說明：說明：HsmfAu 式不很嚴(yán)格，但從中

7、可以看出一個大式不很嚴(yán)格，但從中可以看出一個大概的趨勢，即選定放大三極管后，概的趨勢，即選定放大三極管后，rbb 和和 Cb c 的值即被的值即被確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，若將放大倍數(shù)確定，增益帶寬積就基本上確定，此時，若將放大倍數(shù)提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。提高若干倍，則通頻帶也將幾乎變窄同樣的倍數(shù)。如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大如愈得到一個通頻帶既寬，電壓放大倍數(shù)又高的放大電路，首要的問題是選用電路，首要的問題是選用 rbb 和和 Cb c 均小的高頻三極管。均小的高頻三極管。*場效應(yīng)管共源放大電路的增益帶寬積（自閱）場效應(yīng)管共源放大電路的增益帶寬

8、積（自閱）復(fù)習(xí)：復(fù)習(xí)：1.晶體管、場效應(yīng)管的晶體管、場效應(yīng)管的混合混合 模模型型2.單管共射放大電路的單管共射放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)表達(dá)式：表達(dá)式：)j1)(j1 (j)j1)(j1 (HLLsmHLsmsffffffAffffAAuuu波特圖的繪制：波特圖的繪制：三段直線構(gòu)成幅頻特性三段直線構(gòu)成幅頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性五段直線構(gòu)成相頻特性5.5多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)5.5.1多級放大電路頻率特性的定性分析多級放大電路頻率特性的定性分析多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：多級放大電路的電壓放大倍數(shù)：unuuuAAAA 21對數(shù)幅頻特性為：對數(shù)幅頻特性為： nkukunuu

9、uAAAAA121lg20lg20lg20lg20lg20在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效在多級放大電路中含有多個放大管，因而在高頻等效電路中有電路中有多個低通電路多個低通電路。在阻容耦合放大電路中，如。在阻容耦合放大電路中，如有多個耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就有多個耦合電容或旁路電容，則在低頻等效電路中就含有含有多個高通電路多個高通電路。多級放大電路的總相位移為：多級放大電路的總相位移為： nkkn121 兩級放大電路的波特圖兩級放大電路的波特圖圖圖 5.5.1fHfL幅頻特性幅頻特性fdB/lg20uAOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 級

10、級二二 級級 20dB/十倍頻十倍頻 40dB/十倍頻十倍頻圖圖 5.5.1相頻特性相頻特性 270 360fL1fH1fO 540 180 450 90一一 級級二二 級級多級放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級的多級放大電路的通頻帶，總是比組成它的每一級的通頻帶為窄。通頻帶為窄。5.5.2多級放大電路的上限頻率和下限頻率的估算多級放大電路的上限頻率和下限頻率的估算2H22H21HH1111 .11nffff 2L22L21LL1 . 1nffff 在實際的多級放大電路中，當(dāng)各放大級的時間常數(shù)在實際的多級放大電路中，當(dāng)各放大級的時間常數(shù)相差懸殊時，可取其主要作用的那一級作為估算的依據(jù)相差懸

11、殊時，可取其主要作用的那一級作為估算的依據(jù)即：即：若某級的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級的下限頻率，則若某級的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級的下限頻率，則可認(rèn)為整個電路的下限頻率就是該級的下限頻率。可認(rèn)為整個電路的下限頻率就是該級的下限頻率。同理同理若某級的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級的上限頻率，則可認(rèn)若某級的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級的上限頻率，則可認(rèn)為整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率。為整個電路的上限頻率就是該級的上限頻率。例例5.5.1已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻已知某電路的各級均為共射放大電路，其對數(shù)幅頻特性如圖所示。求特性如圖所示。求下限頻率、下限頻率、上限頻率和電壓放大倍數(shù)。上限頻率和電

12、壓放大倍數(shù)。（2）高頻段只有一個拐點，）高頻段只有一個拐點，斜率為斜率為-60dB/十倍頻程，電十倍頻程，電路中應(yīng)有三個電容，為三級路中應(yīng)有三個電容，為三級放大電路。放大電路。解：（解：（1）低頻段只有一個）低頻段只有一個拐點，說明影響低頻特性拐點，說明影響低頻特性的只有一個電容，故電路的只有一個電容，故電路的下限頻率為的下限頻率為10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)353)1021)(101 (10fjfjjfAu例例5.5.2分別求出如圖分別求出如圖所示所示Q點穩(wěn)定電路中點穩(wěn)定電路中C1 C2和和Ce所確定的下限頻所確定的下限

13、頻率的表達(dá)式及電路上限率的表達(dá)式及電路上限頻率表達(dá)式。頻率表達(dá)式。C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1Reui圖圖 2.4.2阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路阻容耦合的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路b解：交流等效電路解：交流等效電路圖圖5.5.3(a)Q點穩(wěn)定電路的交流等效電路點穩(wěn)定電路的交流等效電路1.考慮考慮C1對低頻特性的影響對低頻特性的影響(b) C1所在回路的等效電路所在回路的等效電路1121121/2121CRRcrRRRfiSbebbSLI2.考慮考慮C2對低頻特性的影響對低頻特性的影響(c) C2所在回路的等效電路所在回路的等效電路2222121CRRfLcL3.考慮考慮Ce對低

14、頻特性的影響對低頻特性的影響(d) Ce所在回路的等效電路所在回路的等效電路eSbbbeeeLICRRRrRf1/2121214.4.考慮結(jié)電容對高頻特性的影響考慮結(jié)電容對高頻特性的影響(e)結(jié)電容所在回路的等效電路結(jié)電容所在回路的等效電路CRRRrrfSbbbbebHH/212121比較比較C1、C2、Ce所在回路的時間所在回路的時間常數(shù)常數(shù)1 1、2 2、e e, ,當(dāng)取當(dāng)取C C1 1C C2 2CeCe時，時，e e將遠(yuǎn)小于將遠(yuǎn)小于1 1,2 2，即，即f fLeLe遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于f fL1L1和和f fL2L2因此，因此，f fLeLe就約為電路的下限頻率就約為電路的下限頻率。5.6

15、集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償5.6.1集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)集成運(yùn)放有很好的低頻特性（集成運(yùn)放有很好的低頻特性（fL0）：）：集成運(yùn)放直接耦合放大電路集成運(yùn)放直接耦合放大電路集成運(yùn)放高頻特性較差：集成運(yùn)放高頻特性較差：集成運(yùn)放集成運(yùn)放AOd很大，很大， 等效電等效電容容 或或 很大；集成運(yùn)放很大；集成運(yùn)放內(nèi)部需接補(bǔ)償電容。內(nèi)部需接補(bǔ)償電容。CgsC末加頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放末加頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)圖圖5.6.1末加頻率補(bǔ)償末加頻率補(bǔ)償fC單位增益帶寬單位增益帶寬fO附加相移為附加相移為 1801800 0對應(yīng)的頻率對應(yīng)的頻率集成運(yùn)放常引入負(fù)反

16、饋，容集成運(yùn)放常引入負(fù)反饋，容易產(chǎn)生自激振蕩。易產(chǎn)生自激振蕩。自激振蕩產(chǎn)生的條件自激振蕩產(chǎn)生的條件存在存在fO，且，且fO fC如何消除自激振蕩？如何消除自激振蕩？圖圖5.6.1末加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放末加頻率補(bǔ)償?shù)募蛇\(yùn)放的頻率響應(yīng)的頻率響應(yīng)5.6.2集成運(yùn)放的頻率補(bǔ)償集成運(yùn)放的頻率補(bǔ)償頻率補(bǔ)償頻率補(bǔ)償：在集成運(yùn)放電路中接入不同的補(bǔ)償電路，改：在集成運(yùn)放電路中接入不同的補(bǔ)償電路，改變集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)，使變集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)，使f=fO時，時， 20lgA0d-1800 ，從而破壞產(chǎn)生自，從而破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定。激振蕩的條件，使電路穩(wěn)定。穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度幅值裕度幅值裕度相位裕度

17、相位裕度OffodmAGlg20Cffm0180fCfO一般要求一般要求Gm-10dB,m450一、滯后補(bǔ)償一、滯后補(bǔ)償在加入補(bǔ)償電容后，使運(yùn)放的幅頻特性在大于在加入補(bǔ)償電容后，使運(yùn)放的幅頻特性在大于0dB的的頻率范圍內(nèi)只存在一個拐點，并按頻率范圍內(nèi)只存在一個拐點，并按-20dB/十倍頻的十倍頻的斜率下降，即相當(dāng)于一個斜率下降，即相當(dāng)于一個RC回路的頻率響應(yīng)。其附回路的頻率響應(yīng)。其附加相移為加相移為- 900。1.簡單電容補(bǔ)償簡單電容補(bǔ)償將一個電容并接在集成運(yùn)放時間常數(shù)最大的那一級將一個電容并接在集成運(yùn)放時間常數(shù)最大的那一級電路中，使幅頻特性中的第一拐點的頻率進(jìn)一步降電路中，使幅頻特性中的第一拐點的頻率進(jìn)一步降低，以至增益隋頻率始終按低，以至增益隋頻率始終按-20dB/十倍頻的斜率下十倍頻的斜率下降，直至降，直至0dB。設(shè)某運(yùn)放第二級放大電路輸設(shè)某運(yùn)放第二級放大電路輸入端等效電容所在回路的時入端等效電容所在回路的時間常數(shù)最大間常數(shù)最大22011/21iiHCRRf)(/212