第六章集成运算放大器

1、第六章集成运算放大器第六章集成运算放大器3 半导体三极管及放大电路3.1 半导体BJT 3.2 共射极放大电路3.3 估算法与图解分析法3.4 小信号模型分析法3.5 放大电路的工作点稳定问题3.6 共集电极电路和共基极电路3.7 放大电路的频率响应第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性本章要求本章要求 熟悉频率特性基本概念：上限频率、下限频率及熟悉频率特性基本概念：上限频率、下限频率及通频带通频带 掌握对数频率特性（波特图）的画法。掌握对数频率特性（波特图）的画法。3. 了解单级放大器的低频等效电路和高频等效电路了解单级放大器的低频等效电路和高频等效电路4. 了解负反馈放大器的自激条件

2、及稳定工作条件了解负反馈放大器的自激条件及稳定工作条件第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性什么是频率响应什么是频率响应呢？为什么要提呢？为什么要提出这个问题呢？出这个问题呢？ 电子系统的信号不是单一频率的正弦波电子系统的信号不是单一频率的正弦波（如声波）（如声波）它可以分解成不同频率正弦波它可以分解成不同频率正弦波的叠加；而在放大电路中都常常有电抗元件的叠加；而在放大电路中都常常有电抗元件存在（如电容），其电抗值在不同频率下是存在（如电容），其电抗值在不同频率下是不同的，因而使放大器对不同频率信号的放不同的，因而使放大器对不同频率信号的放大倍数不一致，这时电路输出信号不能完全大倍数不一

3、致，这时电路输出信号不能完全重现输入信号的波形，即在放大过程中产生重现输入信号的波形，即在放大过程中产生了失真（属于频率失真）。了失真（属于频率失真）。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性)( f3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法1. 频率响应定义频率响应定义放大器对不同频率正弦信号的稳态响应称为频率响应。放大器对不同频率正弦信号的稳态响应称为频率响应。如何表征？如何表征？用频率响应表达式。用频率响应表达式。)()(ffAAVV)( fAV复模与频率的关系复模与频率的关系称为幅频响应称为幅频响应输出输出/输入电压之间相位差输入电压之间相位差称为

4、相频响应称为相频响应两者综合表征放大器的频率响应特性两者综合表征放大器的频率响应特性第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法2. 通频带通频带fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器频率响应耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应两种放大器为何频率特性曲线不同呢？两种放大器为何频率特性曲线不同呢？第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 低频区：当信号频率降低时，耦合电容和射极旁低频区：当信号频率降低时，耦合电容和射极旁路电容的影响不可忽略，致使放大倍数下降

5、。路电容的影响不可忽略，致使放大倍数下降。1). 高频区：当信号频率升高时，器件内部的极间和高频区：当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可忽略，致使放大倍数下降。引线电容影响不可忽略，致使放大倍数下降。3). 中频区：当信号频率处于中频区所有电容（耦合、中频区：当信号频率处于中频区所有电容（耦合、射极旁略、极间、分布）的影响可以忽略不计，放射极旁略、极间、分布）的影响可以忽略不计，放大倍数不随信号频率而变，维持一个定值。大倍数不随信号频率而变，维持一个定值。容抗的频率效应容抗的频率效应第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的

6、基本概念和基本分析方法2. 通频带通频带fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器频率响应耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应直接耦合放大器频率响应第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性1). 频率响应曲线平坦部分称为中频区，放大倍数用频率响应曲线平坦部分称为中频区，放大倍数用AVM表示。表示。2). 当当AV下降下降AVM时，所确定的两个频率、分别称为时，所确定的两个频率、分别称为上限频率上限频率fH和下限频率和下限频率fL。3). 在在fH与与fL 之间的频率范围（中频区）又称为放大之间的频率范围（中频区）又称为放大器的通频带或带宽器的通频带或带宽BW。4

7、). 在低于在低于fL的频率范围称为放大器的低频区。的频率范围称为放大器的低频区。5). 在高于在高于fH的频率范围称为放大器的高频区。的频率范围称为放大器的高频区。带宽带宽 BW= fH - fL频带的基本概念频带的基本概念第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法3. 频率失真频率失真 若放大器的通频带不够宽，对不同频率的波形放大倍数若放大器的通频带不够宽，对不同频率的波形放大倍数不同，则将出现频率失真，输出波形就会变形。不同，则将出现频率失真，输出波形就会变形。 频率失真分为幅度失真和相位失真频率失真分为幅度失

8、真和相位失真 频率失真频率失真放大电路对不同频率的输入信号，有不同放大电路对不同频率的输入信号，有不同的放大能力和相移，从而使输出信号产生了失真。的放大能力和相移，从而使输出信号产生了失真。第六章集成运算放大器ovt输出信号输出信号二次谐波二次谐波基波基波幅度失真幅度失真相位失真相位失真二次谐波二次谐波基波基波输入信号输入信号tiv二次谐波二次谐波基波基波输入信号输入信号tiv输出信号输出信号二次谐波二次谐波基波基波ovt3.7 频率响应与稳定性频率响应与稳定性第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法3. 频率失真

9、频率失真 频率失真也称为线性失真（因为晶体管工作于放大区时频率失真也称为线性失真（因为晶体管工作于放大区时出现的失真）。出现的失真）。 不同于晶体管工作在非线性工作区产生的饱和与截止不同于晶体管工作在非线性工作区产生的饱和与截止非线性失真非线性失真对于单一频率的正弦波，频率失真并不会引起波形失真。对于单一频率的正弦波，频率失真并不会引起波形失真。对于单一频率的正弦波，非线性（饱和或截止）失真将引对于单一频率的正弦波，非线性（饱和或截止）失真将引起波形失真。起波形失真。 而现在讨论频率失真之所以是线性失真，指的是对于单而现在讨论频率失真之所以是线性失真，指的是对于单一频率的正弦波输出波形只有幅度

10、变化和相位改变，结一频率的正弦波输出波形只有幅度变化和相位改变，结果输出波形不是一个单一频率的正弦波，波形不变形。果输出波形不是一个单一频率的正弦波，波形不变形。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法4. 用分贝表示放大倍数用分贝表示放大倍数电压放大倍数转换分贝表示电压放大倍数转换分贝表示 ：若放大倍数若放大倍数为衡量放大器信号在传输过程中的变化，我们常用对数为衡量放大器信号在传输过程中的变化，我们常用对数单位来表示，一个对数单位我们就叫单位来表示，一个对数单位我们就叫“分贝分贝”（dB）NOVVg)(Ag)dB

11、l 02l 02AVV倍倍（用分贝表示用分贝表示100VAdBg4010020l第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法4. 用分贝表示放大倍数用分贝表示放大倍数在上、下截止频率处有在上、下截止频率处有 用分贝表示用分贝表示VMA.A7070VVMgA.gAgl207070l20l20V)dB(.ggAAgVM37070l20l20l20V上限频率上限频率fH和下限频率和下限频率fL是对应中频放大倍数下降是对应中频放大倍数下降3dB之处之处第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和

12、基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法4. 用分贝表示放大倍数用分贝表示放大倍数放大倍数采用分贝表示优点在于：放大倍数采用分贝表示优点在于：可将放大倍数的相乘化为相加。可将放大倍数的相乘化为相加。在绘制频率响应图时，采用对数坐标，有利于扩大视野。在绘制频率响应图时，采用对数坐标，有利于扩大视野。较符合人耳对声音的感觉状况，如输出功率从变到增大了较符合人耳对声音的感觉状况，如输出功率从变到增大了100倍，但人耳觉得只增大了两倍。倍，但人耳觉得只增大了两倍。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法5. 对数频率响

13、应对数频率响应折线波特图折线波特图 为压缩坐标，扩大视野为压缩坐标，扩大视野 在画幅度频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而在画幅度频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而幅值采用幅值采用dB表示。表示。 在画相位频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而在画相位频率特性曲线时，频率坐标采用对数刻度，而相角相角 用线性刻度。用线性刻度。 这种半对数坐标频率特性曲线称为对数频率特性或波特这种半对数坐标频率特性曲线称为对数频率特性或波特图图频率响应即指电压放大倍数频率响应即指电压放大倍数频率的关系频率的关系第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率

14、响应的基本概念和基本分析方法5. 对数频率响应对数频率响应折线波特图折线波特图频率响应即指电压放大倍数频率响应即指电压放大倍数频率的关系频率的关系 波特图采用折线法近似作出。波特图采用折线法近似作出。频率响应特性分为幅频响应特性和相频响应特性。频率响应特性分为幅频响应特性和相频响应特性。 因此放大电路频响波特图由幅频响应波特图和相频响应因此放大电路频响波特图由幅频响应波特图和相频响应波特图组成。波特图组成。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.1 频率响应的基本概念和基本分析方法频率响应的基本概念和基本分析方法5. 对数频率响应对数频率响应折线波特图折线波特图幅度幅度f关系关系频

15、率采用对数分度，幅值采用频率采用对数分度，幅值采用dB；相移采用线性分度；相移采用线性分度这两张图称为对数频率响应或波特图。这两张图称为对数频率响应或波特图。阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：)()(ffAAVV相位相位f关系关系幅频响应曲线幅频响应曲线相频响应曲线相频响应曲线第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性(1)分析放大电路中频区的频率响应。各种电容影响忽略不分析放大电路中频区的频率响应。各种电容影响忽略不计，绘制纯电阻放大电路；求出中频电压放大倍数和中计，绘制纯电阻放大电路；求出中频电压放大倍数和中频附加相移。频附加相移。(2)分析放大电路

16、低频区的频率响应。考虑耦合电容和旁路分析放大电路低频区的频率响应。考虑耦合电容和旁路电容影响，用电路中学的电容影响，用电路中学的RC高通电路模拟低频区放大高通电路模拟低频区放大电路；求出下限截止频率。电路；求出下限截止频率。(3)分析放大电路高频区的频率响应。考虑极间电容和引线分析放大电路高频区的频率响应。考虑极间电容和引线电容影响，用电路中学的电容影响，用电路中学的RC低通电路模拟高频区放大低通电路模拟高频区放大电路；求出上限截止频率。电路；求出上限截止频率。)()(ffAAVV阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定

17、性)()(ffAAVV阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：阻容耦合放大电路波特图绘制步骤如下：求求fL低频区低频区中频区中频区高频区高频区用电路中的用电路中的RC高通电路模拟高通电路模拟求求AVM、 MC影响忽略不计影响忽略不计绘制纯电阻电路绘制纯电阻电路用电路中的用电路中的RC低通电路模拟低通电路模拟求求fH考虑极间电容和考虑极间电容和引线电容影响引线电容影响绘制波特图绘制波特图考虑耦合电容和考虑耦合电容和旁路电容影响旁路电容影响第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析对应放大器的低频响应对应放大器的低频响应1. 电路特点电路特点oV2C 2RiV

18、)CR( jRRAVL22222io111Cj1VV其电压放大倍数为：其电压放大倍数为：电路特点是：电路特点是：电容在前，电阻在后，电容在前，电阻在后，频率越低，容抗越大，相位频率越低，容抗越大，相位超前超前第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析对应放大器的低频响应对应放大器的低频响应oV2C 2RiV)CR( jRRAVL22222NO111Cj1VVf2)fCR( jCfRjAVL22222111211122L21CRf令令)ff( jAVLL11有有令令第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析对应放

19、大器的低频响应对应放大器的低频响应oV2C 2RiV复模表达式，即幅频响应复模表达式，即幅频响应 复角表达式，即相频响应复角表达式，即相频响应 )ff( jAVLL112L11)f/(AVLf)ff(arctgLl复数表达式复数表达式第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析对应放大器的低频响应对应放大器的低频响应2L11)f/(AVLfLff 0dB20lg 1VLVLAA，Lff LVLffAL0.1ff 101VLAdBgAVL200l2Lff 7070.AVLdBgALV320l当当时，时，时，时， 若若为转折频率为转折频率时，时，这是一条斜线

20、，斜率为这是一条斜线，斜率为20dB/十倍频；十倍频；幅频响应幅频响应的一条直线；的一条直线；产生最大误差。产生最大误差。RC高通电路频率特性曲线高通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图当当当当第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析放大器的低频响应放大器的低频响应Lff L0.1ff Lff 时，时， 为转折频率为转折频率时，时，的直线表示；的直线表示；RC高通电路频率特性曲线高通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图当当当当)ff(arctgLl相频响应相频响应近似用近似用0L90L10 ff 若若07510.arctg的直线表示；的直线表示；近似

21、用近似用0L0o45L当当Lff 时，时， 若若038410.arctg第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.2 RC高通电路分析高通电路分析放大器的低频响应放大器的低频响应2L11)f/(AVLf幅频响应幅频响应RC高通电路频率特性曲线高通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图Lf0dBfdB/AlgV20十倍频十倍频斜率斜率dB/20L10f.-20dBLff 0dB20lgVLALff L0.1ff dBgAVL200l2Lff dBgALV320l斜率为斜率为20dB/十倍频；十倍频；3dB近似近似折线折线实际曲线实际曲线第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性L0.1

22、ff Lff 转折频率转折频率处处直线直线RC高通电路频率特性曲线高通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图)ff(arctgLL相频响应相频响应0L90L10 ff 直线直线0L0o45L十倍频十倍频斜率斜率/45L10 fLffL45L10f.900近似近似折线折线实际曲线实际曲线第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性RC高通电路频率特性曲线高通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图L10f.L10 fLff0dBdB/AlgV20十倍频十倍频斜率斜率dB/20-20dBL10f.LffL十倍频十倍频斜率斜率/4545900L10 f3dB第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.

23、7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应1. 电路特点电路特点oV1C 1RiV其电压放大倍数为：其电压放大倍数为：11111ioVH11C1C1CRjjRjAVV电路特点是：电路特点是：电阻在前，电容在后，电阻在前，电容在后，频率越高，容抗越小，相位滞后。频率越高，容抗越小，相位滞后。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应f211111ioVH11C1C1CRjjRjAVV令令)CRf( jfCRjA1111VH2111211令令1121CRfH有有)ff( jH11VHAoV1C 1R

24、iV第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应复模表达式，即幅频响应复模表达式，即幅频响应 复角表达式，即相频响应复角表达式，即相频响应 复数表达式复数表达式)ff( jH11VHA211)ff(AHVH)ff(arctgHHoV1C 1RiV第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Hff 0dB20lg 1VHVHAA，Hff ffAHVHH01 ff 101VHAdBgAVH200l2Hff 7070.AVHdBgAVH320l当当时，时，时，时， 若若为转折频率为转折频率时，时，这是一条斜线，斜率为这是一条斜线

25、，斜率为20dB/十倍频；十倍频；幅频响应幅频响应的一条直线，平行于横轴；的一条直线，平行于横轴；产生最大误差产生最大误差RC低通电路频率特性曲线低通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图当当当当3.7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应211)ff(AHVH第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Hff Hff H0.1ff Hff 时，时， 为转折频率为转折频率时，时，的直线表示；的直线表示；RC低通电路频率特性曲线低通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图当当当当相频响应相频响应近似用近似用0H90H10 ff 若若07510.arctg的直线表示；的直线表

26、示；近似用近似用0H0o45H当当时，时， 若若038410.arctg3.7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应)ff(arctgHH第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性幅频响应幅频响应RC低通电路频率特性曲线低通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图H10fHff0dBdB/AlgV20十十倍倍频频斜斜率率dB/20-20dBHff 0dB20lgVHAHff H01 ff dBgAVH200l2Hff dBgAVH320l斜率为斜率为20dB/十倍频；十倍频；3.7.3 RC低通电路分析低通电路分析放大器的高频响应放大器的高频响应211)ff(AHVH

27、近似近似折线折线实际曲线实际曲线第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性H0.1ff Hff 转折频率转折频率处处直线直线RC低通电路频率特性曲线低通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图相频响应相频响应90LH10 ff 直线直线0Lo45H)ff(arctgHHH10 fHffH十倍频十倍频斜率斜率/45-45H10f.-900近似近似折线折线实际曲线实际曲线第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性RC低通电路频率特性曲线低通电路频率特性曲线折线波特图折线波特图H10fHff0dBdB/AlgV20十十倍倍频频斜斜率率dB/20-20dBH10 fH10f.HffH十倍频十倍频斜率斜

28、率/45-45-900H10f.第六章集成运算放大器RC电路全频率范围折线波特图H10fHff十十倍倍频频斜斜率率dB/20H10f.L10f.L10 fLf0dBdB/AlgV20十倍频十倍频斜率斜率dB/20-20dBH10 fH10f.Hff十倍频十倍频斜率斜率/45L10f.LfL十倍频十倍频斜率斜率/4545900L10 f- 45- 90高通相位超前高通相位超前高频响应高频响应低通相位滞后低通相位滞后 低频响应低频响应第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性 分析思路： 分析管子结构，画出管子的高频型等效电路 利用密勒定理，将型电路化为互不联系的输入输出回路 将输入输出回路等效

29、成RC低通电路的形式 求出高频电路的AV表达式 求出上限频率fH的值3.7.4 单级放大器的高频响应（以共射电路为例）单级放大器的高频响应（以共射电路为例）高频区与频率相关现象：高频区与频率相关现象：当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可忽略，致使放大倍数下降。忽略，致使放大倍数下降。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z由于要使用密勒定理，我们首先介绍密勒定理由于要使用密勒定理，我们首先介绍密勒定理1). 密勒定理密勒定理设有一个任意的包含设有一个任意的包含N个独立节点的网络个独立节点的网络1.2.N,我们可以我们

30、可以取其中任意一个节点作为该网络的公共点取其中任意一个节点作为该网络的公共点参考电位。参考电位。如取节点如取节点N为公共点，令为公共点，令VN=0 ；假设在节点假设在节点1和节点和节点2之间接有阻抗之间接有阻抗Z，并设节点并设节点1、2相对相对N的电压为的电压为 V1、V2；且己知这两节点电压之比且己知这两节点电压之比2V1V2I1I 12N12VVKV第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理假设在节点假设在节点1和节点和节点2之间接有阻抗之间接有阻抗Z，并设节点，并设节点1、2相对相对N的电压为的电压为 V1、V2；且己知这两节点电压之比；且己知这两节点

31、电压之比则由节点则由节点1流向节点流向节点2的电流为的电流为2V1V2I1I 12N12VVKV0NVVVKZVZKVVZVVI1111211111ZVIVKZZ11令令则则这说明什么？这说明什么？第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理从从V1流过阻抗流过阻抗Z的电流的电流=从节点从节点1出发流过出发流过Z1到公共点到公共点N的电流的电流2V1V2I1I 12N0NV111ZVIVKZZ11令令则则这说明什么？这说明什么？第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理2V1V2I1I 12N0NVVVKZVZKVVZVVI

32、11222122222ZVIVKZZ112令令则则这说明什么？这说明什么？同理，可以得到：同理，可以得到：从节点从节点2(V2)流过阻抗流过阻抗Z流向节点流向节点2的电流的电流I2为：为：第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理从从V2流过阻抗流过阻抗Z的电流的电流=从节点从节点2出发流过出发流过Z2到公共点到公共点N的电流的电流2V1V2I1I 12N0NV222ZVIVKZZ112令令则则这说明什么？这说明什么？第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理结论：结论：跨接在节点跨接在节点1和节点和节点2的阻抗的阻抗Z，

33、可，可等效到输入输出回路，等效到输入输出回路，分别是：分别是：2V1V2I1I 12N0NVVKZZ112VKZZ11实际意义：实际意义：可以将联系输入输出回路的公共元件转化到输入输出回可以将联系输入输出回路的公共元件转化到输入输出回路，使输入输出回路单向化（不要相互牵扯）。路，使输入输出回路单向化（不要相互牵扯）。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性 分析思路： 分析管子结构，画出管子的高频型等效电路 利用密勒定理，将型电路化为互不联系的输入输出回路 将输入输出回路等效成RC低通电路的形式 求出高频电路的AV表达式 求出上限频率fH的值3.7.4 单级放大器的高频响应（以共射电路为例

34、）单级放大器的高频响应（以共射电路为例）高频区与频率相关现象：高频区与频率相关现象：当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可当信号频率升高时，器件内部的极间和引线电容影响不可忽略，致使放大倍数下降。忽略，致使放大倍数下降。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3.7.4 单级放大器的高频响应（以共射电路为例）单级放大器的高频响应（以共射电路为例）在高频时，三极管由于器件内部的结电容的存在，它对信在高频时，三极管由于器件内部的结电容的存在，它对信号有一个适应过程，对于共射电路而言，频率过快号有一个适应过程，对于共射电路而言，频率过快Ic老跟老跟不上不上Ib的变化。的变化。2).

35、三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化 等效变换 1)用PN结高频电路代替三极管的集电结和发射结； 2)用rbb表示基区体电阻，发射区集电区体电阻很小（10）忽略不计； 3). 用rce表示电流源的电阻，用gmVbe表示三极管的电流放大作用。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化bb rcrb ebvcbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg发射结发射结集电结集电结C、E极间电阻极间电阻基区体电阻基区体电阻集电区体电阻集电区体电阻发射区体电阻发射区体电阻第六章集

36、成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化bb rcrb ebvcbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg受控受控电流源电流源集电结电容集电结电容集电结电阻集电结电阻发射结电阻发射结电阻发射结电容发射结电容第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化bb rb ebvbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg发射结发射结集电结集电结crce这个电路很象这个电路很象“”字，所以称为混合参数字，所以称为混合参数形等效电路

37、。形等效电路。发射区体电阻很发射区体电阻很小，忽略不计小，忽略不计集电区体电阻很集电区体电阻很小，忽略不计小，忽略不计第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化bb rb ebvbcbrcb Ceb reb Cecerebmvgce通常有：通常有：rce、rbc很大可以视为开路，忽略不计很大可以视为开路，忽略不计此时，得到三极管的高频等效电路的简化模型此时，得到三极管的高频等效电路的简化模型eb1bbber )(rr)A(I)m(rebmV26E其中其中重要！重要！第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2)

38、. 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化在低频和中频时，在低频和中频时， Cbe、Cbc很大可以视为开路，忽略不计很大可以视为开路，忽略不计三极管低频等效电路三极管低频等效电路低频小信号模型（低频小信号模型（H参数微变模型）参数微变模型）bb rb ebvbcb Ceb reb Ceebmvgceebb rb ebvbeb rebmvgce第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性2). 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型型等效电路及简化型等效电路及简化三极管低频等效电路三极管低频等效电路两者等效两者等效ebb rb ebvbeb rebmvgceb

39、+_rbevbeib+_ec ibicvce第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性 ov2CivCCV bRCR1C TLR3). 共射电路的高频响应等效电路共射电路的高频响应等效电路交流通路交流通路LRiv ov CRTbRebcsv sR第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性 3). 共射电路的高频响应等效电路分析共射电路的高频响应等效电路分析交流通路交流通路LRiv ov CRTbRebcsv sRLR ov CRbRbecicsRiv 高频等效电路高频等效电路bb rb ebvcb Ceb reb Cebmvgsv第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3). 共射电路

40、的高频响应等效电路分析共射电路的高频响应等效电路分析LR ov CRbRbecicsRiv bb rb ebvcb Ceb reb Cebmvgic应用密勒定律应用密勒定律将将Cbc等效到等效到输入回路输入回路C1输出回路输出回路C21Csv LR ov CRbRbecsRiv bb rb ebv2Ceb reb Cebmvg电路单向化电路单向化sv)K(jKXVc bV1C11XCC11)K(CCVc b11)K(CjKKKXXCVc bVVVC1122VVc bK)K(CC12第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性e bCC 11C3). 共射电路的高频响应等效电路分析共射电路的高频

41、响应等效电路分析LR ov CRbRbecicsRiv bb rb ebv2Ceb reb Cebmvg输入回路的简化输入回路的简化输出回路的简化输出回路的简化C2很大，忽略很大，忽略svRb很大，开路忽略很大，开路忽略第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性3). 共射电路的高频响应等效电路分析共射电路的高频响应等效电路分析LR ov CRbecicsRiv bb rb ebve bCC 1ebmvgeb r输入回路变换成低通电路输入回路变换成低通电路电阻在前，电容在后电阻在前，电容在后sv ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsv第六章集成运算放大器3.

42、7 频率响应与稳定性4). 共射电路的高频响应共射电路的高频响应AVH及上限频率及上限频率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvSe bbbe be bbbSe bbbSbeLbeOVrrr)rr(R)rr(CRjVCRjVRjjVRVgVbbSSSSm1111C1C1RRe bbbe be bbbSe bbbLSOVHSrrr)rr(R)rr(CRjRgVVAbbSm11RR第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性4). 共射电路的高频响应共射电路的高频响应AVH及上限频率及上限频率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1e

43、bmvgsve bbbe be bbbSe bbbLSOVHSrrr)rr(R)rr(CRjRgVVAbbSm11RRHfCR 21S令令)ff( jrrr)rr(R)rr(RgAHe bbbe be bbbSe bbblVHS11bbmRR第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性4). 共射电路的高频响应共射电路的高频响应AVH及上限频率及上限频率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf其中其中)ff( jrrr)rr(R)rr(RgAHe bbbe be bbbSe bbblVHS11bbmRR)ff( jAAHVMVHS11e b

44、bbe be bbbSe bbblVMrrr)rr(R)rr(RgAbbmRR第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性4). 共射电路的高频响应共射电路的高频响应AVH及上限频率及上限频率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf又因为又因为e bbbe be bbbSe bbblVMrrr)rr(R)rr(RgAbbmRRe bbbbee brrrrgmeMbSLVrRRA中频电压放大倍数与第中频电压放大倍数与第4节计节计算结果相同。算结果相同。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性4). 共射电路的高频响应共射电路的高频响应AV

45、H及上限频率及上限频率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf当当)ff( jAAHVMVHS11Hff 时，时，幅频响应幅频响应VMVHSA.A7070相频响应相频响应45c)ff(tgarH第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性5). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性 由于结电容的影响，使由于结电容的影响，使f升高时，升高时，Ib部分部分电容分流使流过电流减小，从而使电容分流使流过电流减小，从而使下降下降 是频率是频率f的函数。它们之间的关系究竟怎的函数。它们之间的关系究竟怎样呢？样呢？第六章集成运算放大器

46、3.7 频率响应与稳定性0ceVbcIIbcII 和和ffjrCCjrgoe bc be be bm115). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性求解思路如下：求解思路如下：由定义由定义求出求出经过推导有：经过推导有：21ffo共共发发射射极极截截止止频频率率c be be bCCrf21第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性的意义：的意义：f中中频频共共射射电电流流放放大大倍倍数数时时，当当o.ff70705). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性求解思路如下：求解思路如下：共共发发射射极极截截止止频频率率c be be bCCrf2121f

47、fof0flglg20 ff ff 十十倍倍频频斜斜率率dB/20第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性三极管的特征频率。三极管的特征频率。时，时，当当；，若若TffTf1的意义：的意义：f5). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性求解思路如下：求解思路如下：共共发发射射极极截截止止频频率率c be be bCCrf21中中频频共共射射电电流流放放大大倍倍数数时时，当当o.ff7070的意义：的意义：Tf电电流流放放大大能能力力了了。，此此时时三三极极管管已已经经没没有有时时，当当1Tff第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性的关系的关系与与Tff的意义：的意

48、义：f中中频频共共射射电电流流放放大大倍倍数数时时，当当o.ff70705). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性共共发发射射极极截截止止频频率率c be be bCCrf21的意义：的意义：Tf电电流流放放大大能能力力了了。，此此时时三三极极管管已已经经没没有有时时，当当1TffToToTooffffffff222111，ffoT第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性的关系：的关系：和和ffffjo115). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性同理，共基电流放大系数同理，共基电流放大系数求出求出的意义：的意义：f中中频频共共基基电电流流放放大

49、大系系数数时时，当当o.ff7070oooooooffjffjffjffj11111111第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性的关系：的关系：和和ffffjo1Tooffff15). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性同理，共基电流放大系数同理，共基电流放大系数求出求出oooooooffjffjffjffj11111111第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性ffoTffo 15). 三极管电流放大系数的频率特性三极管电流放大系数的频率特性结论结论fffT第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性 在射极偏置共射放大电路，当信号频率进入低在射极偏置共射放大

50、电路，当信号频率进入低频区时，电压放大器倍数的降低是由于耦合电容和频区时，电压放大器倍数的降低是由于耦合电容和旁路电容的影响。这时耦合电容和旁路电容不能忽旁路电容的影响。这时耦合电容和旁路电容不能忽略不计，应保留在电路中。略不计，应保留在电路中。3.7.5 单级放大器的低频响应（以射偏共射电路为例）单级放大器的低频响应（以射偏共射电路为例） 将输入输出电路转化成将输入输出电路转化成RC高通电路的形式；求高通电路的形式；求出高频电路的电压放大倍数表达式，由表达式求出出高频电路的电压放大倍数表达式，由表达式求出电路的下限截止频率。电路的下限截止频率。第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性1）

51、当信号频率进入低频区时，画出放大电路的低频等效电路；）当信号频率进入低频区时，画出放大电路的低频等效电路；2）将输入输出电路等效成）将输入输出电路等效成RC高通电路的形式；高通电路的形式；3）求出低频电路的）求出低频电路的AVL表达式；表达式；4）求出下限频率）求出下限频率fL。3.7.5 单级放大器的低频响应（以射偏共射电路为例）单级放大器的低频响应（以射偏共射电路为例）其分析思路如下：其分析思路如下： CCV cRiVoV 2bCb1R1bC TLRb2R eReC sVsR第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性1）低频等效电路及其简化）低频等效电路及其简化CCV sRcRiVoV

52、2bCb1R1bC TLRb2R eReC sVbIberbIb cesV b2b1RRcRLRoV eRsR2bC1bCeC第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性1）低频等效电路及其简化）低频等效电路及其简化bIberbIb cesV b2b1RRcRLRoV eRsR2bC1bCeCRe很大，开路忽略很大，开路忽略Rb很大，开路忽略很大，开路忽略Ri此电路直接分析很烦琐，在工程上作合理的简化是必须的此电路直接分析很烦琐，在工程上作合理的简化是必须的ib2b1RRR由于由于k81.Re若低频工作频率为若低频工作频率为 当当z20Hf z20Hf 1605020610C216ef则容抗则

53、容抗简化电路简化电路第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性sRbIberbIb cesV cRLRoV 2bC1bCeC简化电路简化电路z20Hf 2）将输入输出电路等效成）将输入输出电路等效成RC高通电路的形式；高通电路的形式；RC高通电路：高通电路：电容在前，电容在前，电阻在后；电阻在后；将将Ce折算到基极回路，保持在折算到基极回路，保持在压降不变，电流由压降不变，电流由IeIb；则；则应将容抗扩大（应将容抗扩大（1+ ）倍；即）倍；即电容减小（电容减小（1+ ）倍）倍将将Ce折算到输出回路，保持在折算到输出回路，保持在压降不变，电流由压降不变，电流由IeIc，基本，基本不变，容抗不变；即电容不变不变，容抗不变；即电容不变eC1eC第六章集成运算放大器3.7 频率响应与稳定性sRbIberbIb csV cRLRoV 2bC1bC简化电路简化电路z20Hf 2）将输入输出电路等效成）将输入输出电路等效成RC高通电路的形式；高通电路的形式；输出回