模电第5章放大电路的频率响应

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,5.4单管放大电路的频率响应,5.5多级放大电路的频率响应,5.3场效应管的高频等效模型,5.6集成运放的频率响应和频率补偿,5.1频率响应概述,5.1.1研究放大电路频率响应的必要性,由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。,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、下限频率和通频带的求解方法，以及频率响应的描述方法。,一、高通电路,令：,5.1.2频率响应的基本概念,fL称为下限截止频率,则有：,放大电路的对数频率特性称为波特图。,对数幅频特性：,实际幅频特性曲线：,图5.1.3(a)幅频特性,当ffL(高频)，当ffT时，三极管失去放大作用；,f=fT时，由式,得：,3.共基截止频率f,值下降为低频0时的0.707时的频率。,f与f、fT之间关系：,因为,可得,说明：,所以：,1.f比f高很多，等于f的(1+0)倍；,2.fRs，Rbrbe；(1+gmRc)CbcCbe,说明：,式不很严格，但从中可以看出一个大概的趋势，即选定放大三极管后，rbb和Cbc的值即被确定，增益带宽积就基本上确定，此时，若将放大倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。,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rbb和Cbc均小的高频三极管。,*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）,复习：,1.晶体管、场效应管的混合模型,2.单管共射放大电路的频率响应,表达式：,波特图的绘制：三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性,5.5多级放大电路的频率响应,5.5.1多级放大电路频率特性的定性分析,多级放大电路的电压放大倍数：,对数幅频特性为：,在多级放大电路中含有多个放大管，因而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，如有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有多个高通电路。,多级放大电路的总相位移为：,两级放大电路的波特图,图5.5.1,幅频特性,一级,二级,图5.5.1,相频特性,一级,二级,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。,5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算,在实际的多级放大电路中，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依据即：若某级的下限频率远高于其它各级的下限频率，则可认为整个电路的下限频率就是该级的下限频率。同理若某级的上限频率远低于其它各级的上限频率，则可认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。,例5.5.1已知某电路的各级均为共射放大电路，其对数幅频特性如图所示。求下限频率、上限频率和电压放大倍数。,（2）高频段只有一个拐点，斜率为-60dB/十倍频程，电路中应有三个电容，为三级放大电路。,解：（1）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的下限频率为10Hz。,fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz,（3）电压放大倍数,例5.5.2分别求出如图所示Q点稳定电路中C1C2和Ce所确定的下限频率的表达式及电路上限频率表达式。,解：交流等效电路,图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路,1.考虑C1对低频特性的影响,(b)C1所在回路的等效电路,2.考虑C2对低频特性的影响,3.考虑Ce对低频特性的影响,4.考虑结电容对高频特性的影响,(e)结电容所在回路的等效电路,比较C1、C2、Ce所在回路的时间常数1、2、e,当取C1C2Ce时，e将远小于1,2，即fLe远大于fL1和fL2因此，fLe就约为电路的下限频率。,5.6集成运放的频率响应和频率补偿,5.6.1集成运放的频率响应,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,集成运放高频特性较差：,集成运放AOd很大，等效电容或很大；集成运放内部需接补偿电容。,末加频率补偿集成运放的频率响应,图5.6.1末加频率补偿,fC单位增益带宽,fO附加相移为1800对应的频率,集成运放常引入负反馈，容易产生自激振荡。,自激振荡产生的条件,存在fO，且fOfC,如何消除自激振荡？,图5.6.1末加频率补偿的集成运放的频率响应,5.6.2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，改变集成运放的频率响应，使f=fO时，20lgA0d-1800，从而破坏产生自激振荡的条件，使电路稳定。,稳定裕度,幅值裕度,相位裕度,一般要求Gm-10dB,m450,一、滞后补偿,在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的频率范围内只存在一个拐点，并按-20dB/十倍频的斜率下降，即相当于一个RC回路的频率响应。其附加相移为-900。,1.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电路中，使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降低，以至增益隋频率始终按-20dB/十倍频的斜率下降，直至0dB。,设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时间常数最大,图5.6.4简单电容补偿,加C之前,加C之后,