基本放大器的传输函数分析课件

第六章单级放大器的频率响应单级放大器的频率响应Ch.6#1放大器的频率特性前面我们对各种单级放大器的分析仅集中在它们的低频特性上,忽略了器件的寄生电容和负载电容的影响。然而在模拟电路中,电路的速度和其它性能指标是相互影响和相互制约的(如增益↑,速度;速度↑,功耗↑;噪声↓,速度↓):可以牺牲其它指标来换取高的速度,也可以牺牲速度指标来换取其它性能指标的改善。因此理解单级放大器的频率响应是深入理解模拟电路的重要基础。单级放大器的频率响应Ch.6#2系统的传输函数右式为一两极点A(1±)系统的传输函数A式中A为系统的(S)=2(S)P(S(1+)(1+)低频增益。在线性系统中,电容C的阻抗用1SC,电感L的阻抗用SL,利用纯电阻分析方法求得输出电压与输入电压之比即为系统的传输函数A(S)。即:A(S)=vS)Vn(S)它是算子S的函数。传输函数具有重要意义,它不仅可以用来分析系统的频率特性,其L1(A(S)(传输函数的拉普拉斯逆变换)就是系统的时域冲击响应,对于任意的输入信号与冲击响应的卷积,就是该输入信号作用于系统时系统的时域响应。单级放大器的频率响应Ch.6#3传输函数的零点和极点A。(1±A(S)Z(S)P(S)(1+s)(1+OpI1.令(S)0,得零点Sz,令P(S)=0,得极点Sp,零、极点都是复数。若Re(S2)>0,则称S为右半平面零点,若Re(S<0,则称S为左半平面零点;最靠近坐标原点的极点称为第一主极点,依次类推。稳定系统要求Re(S)<02.在A(S)令S-j(=2π,则Ajio)模值的大小即是放大器的幅频特性(即放大器增益与频率f函数关系),它是频率f的函数。f=0pa/2m称为系统的板(零)点频率。3.在A(S)令S-j,则∠A(jo)的大小即是放大器的相频特性(即放大器相移与频率的函数关系),它也是频率f的函数。显然,极点对相位的贡献为负,左半平面的零点对相位的贡献为正,左半平面的零点对相位的贡献为负。单级放大器的频率响应Ch.6#4简单电路的传输函数RA(S)=V.1/SCV.R+1/Sc1+SRC1(f)1+j2πfRC1+()f(jf)=arcg式中:f,=1/2RC极点单级放大器的频率响应Ch.6#5零、极点与放大器带宽的关系SA。(1±)A(S)=Z(S)P(S)(1+、S)(1+S放大器极点越多且这些极点相互靠得较近时(也就是这些极点的数值大小差不多),放大器的带宽越窄。虽然放大器零点可以在右半复平面(RHP)也可以在左半复平面①LHP),但两者对放大器的稳定性的影响差异很大:RHP零点对相位的贡献为负,放大器更不易稳定,LHP零点对相位的贡献为正,放大器易稳定些,也可以认为放大器的带宽可以做得更宽一些单级放大器的频率响应Ch.6#6零、极点与放大器带宽的关系(例)1.设一运放有两个极点,没有零点,要得到60°相位余度,P2第二极点)必须必须比GB(单位增益带宽)高1.73倍。2.设一运放有两个极点,一个RHP零点,若零点比GB高10倍,要得到60°相位余度,P2必须必须比GB高22倍。3.设一运放有三个极点,没有零点,其最高极点比GB高10倍,要得到60°相位余度,P2(第二极点)必须必须比GB(单位增益带宽)高2.2倍。单级放大器的频率响应Ch.6#7密勒定理X密勒定理:(a)如果上图(a)的电路可以转换成图(b的电路,则:24式中Av=k’是在所关心的频率下的小信号增益,通常为简化计算,我们Z一般用低频增益来代替Ay,这样足可以(1-A1使我们深入理解电路的频率特性单级放大器的频率响应Ch.6#8密勒电容FSCA△v1Ly1-AySCR(1-Ay)SC,C,=C(1-A)1-A"vSC(1-A"V)SC,C2=CF(1-A'V)CF单级放大器的频率响应Ch.6#9密勒定理不适用的情况W车应2月1+R2车R2结点X与Y之间只有一条信号通路,密勒定理不成立。此时利用密勒定理得到的输入阻抗是对的,但增益是错