模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应5.1频率响应概述频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型晶体管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率响应单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应5.3场效应管的高频等效模型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集成运放的频率响应和频率补偿模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.1频率响应概述频率响应概述5.1.1研究放大电路频率响应的必要性研究放大电路频率响应的必要性由由于于放放大大电电路路中中存存在在电电抗抗性性元元件件及及晶晶体体管管极极间间电电容容，所所以以电电路路的的放放大大倍倍数数为为频频率率的的函函数数，这这种种关关系系称称为为频率响应或频率特性。频率响应或频率特性。小小信号等效模型只适用于低频信号的分析。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。描述方法。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础一、一、 高通电路高通电路+_+_CR图图 5.1.1（a) RC 高通电路高通电路令：令：5.1.2频率响应的基本概念频率响应的基本概念fL称为下限截止频率称为下限截止频率模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础则有：则有：放大电路的放大电路的对数频率特性对数频率特性称为称为波特图波特图。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础对数幅频特性：对数幅频特性： 实际幅频特性曲线：实际幅频特性曲线：图图 5.1.3( (a) ) 幅频特性幅频特性当当 f fL( (高频高频) )，当当 f fT 时，时，三极管失去放大作用；三极管失去放大作用； f = = fT 时，由式时，由式得：得：模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.共基截止频率共基截止频率 f 值下降为低频值下降为低频 0 时时 的的 0.707 时的频率。时的频率。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础 f 与与 f 、 fT 之间关系：之间关系：因为因为可得可得模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础说明：说明：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 e模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础说明：说明：式式不不很很严严格格，但但从从中中可可以以看看出出一一个个大大概概的的趋趋势势，即即选选定定放放大大三三极极管管后后，rbb 和和 Cb c 的的值值即即被被确确定定，增增益益带带宽宽积积就就基基本本上上确确定定，此此时时，若若将将放放大大倍倍数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。数提高若干倍，则通频带也将几乎变窄同样的倍数。如如愈愈得得到到一一个个通通频频带带既既宽宽，电电压压放放大大倍倍数数又又高高的的放放大大电电路路，首首要要的的问问题题是是选选用用 rbb 和和 Cb c 均均小小的的高高频频三三极极管。管。*场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）场效应管共源放大电路的增益带宽积（自阅）模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础复习：复习：1.晶体管、场效应管的晶体管、场效应管的混合混合 模模型型2.单管共射放大电路的单管共射放大电路的频率响应频率响应表达式：表达式：波特图的绘制：波特图的绘制：三段直线构成幅频特性三段直线构成幅频特性五段直线构成相频特性五段直线构成相频特性模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.5多级放大电路的频率响应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频率特性的定性分析多级放大电路的电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数：对数幅频特性为：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电路中有多个低通电路多个低通电路。在阻容耦合放大电路中，如。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有多个耦合电容或旁路电容，则在低频等效电路中就含有含有多个高通电路多个高通电路。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础多级放大电路的总相位移为：多级放大电路的总相位移为：两级放大电路的波特图两级放大电路的波特图图图 5.5.1fHfL幅频特性幅频特性fOfL1fH16 dB3 dB3 dBfBW1fBW2一一 级级二二 级级 20dB/十倍频十倍频 40dB/十倍频十倍频模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础图图 5.5.1相频特性相频特性 270 360fL1fH1fO 540 180 450 90一一 级级二二 级级多多级级放放大大电电路路的的通通频频带带，总总是是比比组组成成它它的的每每一一级级的的通频带为窄。通频带为窄。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.5.2多级放大电路的上限频率和下限频率的估算多级放大电路的上限频率和下限频率的估算在在实实际际的的多多级级放放大大电电路路中中，当当各各放放大大级级的的时时间间常常数数相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据相差悬殊时，可取其主要作用的那一级作为估算的依据即即：若若某某级级的的下下限限频频率率远远高高于于其其它它各各级级的的下下限限频频率率，则则可可认认为为整整个个电电路路的的下下限限频频率率就就是是该该级级的的下下限限频频率率。同同理理若若某某级级的的上上限限频频率率远远低低于于其其它它各各级级的的上上限限频频率率，则则可可认认为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。为整个电路的上限频率就是该级的上限频率。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例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。求特性如图所示。求下限频率、下限频率、上限频率和电压放大倍数。上限频率和电压放大倍数。（2）高频段只有一个拐点，）高频段只有一个拐点，斜率为斜率为-60dB/十倍频程，电十倍频程，电路中应有三个电容，为三级路中应有三个电容，为三级放大电路。放大电路。解：（解：（1）低频段只有一个）低频段只有一个拐点，说明影响低频特性拐点，说明影响低频特性的只有一个电容，故电路的只有一个电容，故电路的下限频率为的下限频率为10Hz。fH0.52fH1=(0.522105)Hz=106KHz（3）电压放大倍数）电压放大倍数模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例5.5.2分别求出如图分别求出如图所示所示Q点稳定电路中点稳定电路中C1 C2和和Ce所确定的下限频率所确定的下限频率的表达式及电路上限频的表达式及电路上限频率表达式。率表达式。C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1Reui图图 2.4.2阻容耦合的静态工作点稳定电路阻容耦合的静态工作点稳定电路b解：交流等效电路解：交流等效电路图图5.5.3(a)Q点稳定电路的交流等效电路点稳定电路的交流等效电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.考虑考虑C1对低频特性的影响对低频特性的影响(b) C1所在回路的等效电路所在回路的等效电路2.考虑考虑C2对低频特性的影响对低频特性的影响(c) C2所在回路的等效电路所在回路的等效电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.考虑考虑Ce对低频特性的影响对低频特性的影响(d) Ce所在回路的等效电路所在回路的等效电路4.4.考虑结电容对高频特性的影响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结电容所在回路的等效电路比比较较C1、C2、Ce所所在在回回路路的的时时间间常常数数1 1、2 2、e e, ,当当取取C C1 1C C2 2CeCe时时，e e将将远远小小于于1 1,2 2，即即f fLeLe远大于远大于f fL1L1和和f fL2L2因此，因此，f fLeLe就约为电路的下限频率就约为电路的下限频率。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.6 集成运放的频率响应和频率补偿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的频率响应集成运放有很好的低频特性（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直接耦合放大电路集成运放高频特性较差：集成运放高频特性较差：集成运放集成运放AOd很大，很大， 等效电等效电容容 或或 很大；集成运放很大；集成运放内部需接补偿电容。内部需接补偿电容。末加频率补偿集成运放末加频率补偿集成运放的频率响应的频率响应图图5.6.1末加频率补偿末加频率补偿模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础fC单位增益带宽单位增益带宽fO附加相移为附加相移为 1801800 0对应的频率对应的频率集成运放常引入负反馈，容集成运放常引入负反馈，容易产生自激振荡。易产生自激振荡。自激振荡产生的条件自激振荡产生的条件存在存在fO，且，且fO fC如何消除自激振荡？如何消除自激振荡？图图5.6.1末加频率补偿的集成运放末加频率补偿的集成运放的频率响应的频率响应模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础5.6.2集成运放的频率补偿集成运放的频率补偿频率补偿频率补偿：在集成运放电路中接入不同的补偿电路，改：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，使变集成运放的频率响应，使f=fO时，时， 20lgA0d-1800 ，从而破坏产生，从而破坏产生自激振荡的条件，使电路稳定。自激振荡的条件，使电路稳定。稳定裕度稳定裕度幅值裕度幅值裕度相位裕度相位裕度fCfO一般要求一般要求Gm-10dB,m450模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础一、滞后补偿一、滞后补偿在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于在加入补偿电容后，使运放的幅频特性在大于0dB的的频率范围内只存在一个拐点，并按频率范围内只存在一个拐点，并按-20dB/十倍频的十倍频的斜率下降，即相当于一个斜率下降，即相当于一个RC回路的频率响应。其附回路的频率响应。其附加相移为加相移为- 900。1.简单电容补偿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低，以至增益隋频率始终按-20dB/十倍频的斜率下十倍频的斜率下降，直至降，直至0dB。模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础设某运放第二级放大电路输设某运放第二级放大电路输入端等效电容所在回路的时入端等效电容所在回路的时间常数最大间常数最大图图5.6.3滞后补偿前后集成运放的幅频特性滞后补偿前后集成运放的幅频特性图图5.6.4简单电容补偿简单电容补偿加加C之前之前加加C之后之后模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础将电容将电容C跨接在某级放大电路的输入端和输出端，跨接在某级放大电路的输入端和输出端，则折合到输入端的则折合到输入端的等效电容等效电容C/是是C的的Auk倍，倍，（Auk该级放大电路的电压放大倍数该级放大电路的电压放大倍数） 2.密勒效应补偿密勒效应补偿图5.6.5密勒效应补偿密勒效应补偿滞后补偿的缺点：滞后补偿的缺点：降低了上限频率降低了上限频率二、超前补偿（略）二、超前补偿（略）