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1、,第五章 放大电路的频率特性,3.1 频率响应概述 3.1.1 研究放大电路频率响应的必要性 放大电路的放大倍数是信号频率的函数。,3.1.2 频率响应的基本概念,电路的耦合电容:高通,低频导致放大倍数 下降并且产生相位移。 半导体极间电容:低通,高频导致放大倍数 下降并且产生相位移。,一、高通电路,图5.1.1,将 用其幅值 与相角表示， 得出：,二、低通电路,图5.1.2,将 用幅值及相角表示，得出,3.1.3 波特图,高通：,低通：,图5.1.3,波特图小结: 1、电路的截止频率决定于电容所在回路的时间 常数。 2、当信号频率等于下限截止频率fL或上限截止 频率fH时，放大倍数的增益下降
2、3dB，且产 生+45o或45o相移。 3、近似分析中，可以用折线化的近似波特图表 示放大电路的频率特性。,5.2 晶体管的高频等效模型,5.2.1 晶体管的混合模型 一、完整的混合模型,图 5.2.1,二、简化的混合模型,图 5.2.2,等效变换: 在图(a)电路中,从b看进去C中流过的电流为,为保证变换的等效性，要求流过 的电流仍 为 ，而它的端电压为 ，因此 的电抗为,在近似计算时， 取中频时的值，所以 | | = ， 说明 是 的 （1+| |）分之一，因此,| |）,间总电容为,| |）,用同样的方法可以得出,其容抗很大，忽略其影响。,三、混合模型的主要参数,对受控电流，不同的表述方
3、法表述的是 同一个物理量，即,从手册可查得 ，而,手册上可查到的 Cob是晶体管为共基接法且 发射极开路时cb间的结电容，与C近似。可将 C近似为Cob 。C的数值可通过手册上的fT和放 大电路的静态工作点求解。 是电路的电压放大 倍数，可通过计算得到。,5.2.2 晶体管电流放大倍数 的频率响应,它表明 是在ce间无动态电压,即ce间短 路时动态电流 与 之比,故 =0。,图 5.2.3,（1+| |）C=C+C,为 的截止频率，称为共射截止频率。,则 的对数幅频特性和对数相频特性为,令 ，则f=fT，由此可求出fT,3.3 场效应管的高频等效模型,图5.3.1,场效应管的主要参数,管型,3
4、.4 单管放大电路的频率响应,5.4.1 单管共射放大电路的频率响应,图5.4.1,一、中频电压放大倍数,中频等效电路如下,图5.4.2,二、低频电压放大倍数,图 5.4.3,空载时为,将上式分子、分母同除以（Rc+RL）便可得到：,令,则,20lg| |=20lg| |+20lg,三、高频电压放大倍数,图5.4.4,be间开路 电压和等效 电阻R为:,因为 间电压 与输出电压 的关系没变, 所以高频电压放大倍数为,对数幅频特性和相频特性表达式为,20lg| |=20lg| |20lg,四、波特图,图5.4.5,3.4.2 单管共源放大电路的频率响应,图5.4.7,3.4.3 放大电路频率响应
5、的改善和增益带宽积,为改善低频特性，需加大耦合电容及其回路 路电阻以降低下限频率，直接耦合方式，下限 频率为0。 为改善高频特性，需减小 或 及其回路 电阻，以增大上限频率。,要减小 ，则要减小 ，这将使电压放大 倍数减小。可见提高 和增大电压放大倍数是 矛盾的。,单管共射放大电路的增益带宽积为,| | |,| |,经整理可得,| |,此式表明，当晶体管选定后，增益带宽积 也就大体确定为某一常量。,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,对数幅频特性和相频特性为,图5.5.1,结论:,3.5.2 截止频率的估算 一、下限频率fL,；根据fL的定义，当f=fL
6、时,;即,两边取平方得,由于fLk/fL1,可将高次项忽略，得出,加修正系数得,二、上限频率fH,根据类似的方法，可以求得,若某级fL比其它的大很多，则它就是电路的fL; 若某级fH比其它的小很多，则它就是电路的fH。,3.6.5 集成运放的频率响应和频率补偿 一、集成运放的频率响应,图 6.6.5 .1 未加补偿的频率响应,自激振荡的条件: 存在f0且f0fc 。,二、 集成运放的频率补偿,图6.6.5.2 稳定裕度,一般要求:,一、滞后补偿 1、简单电容补偿,图6.6.5.3,图6.6.5.4,2、密勒效应补偿,图6.6.5.5,设 , ,则 。,二、超前补偿,图6.6.5.6,图6.6.
7、5.7,3.6 频率响应与阶跃响应 5.6.1 阶跃响应的指标,图5.6.2,1、上升时间tr： 0.1Um0.9Um的时间 2、倾斜率 3、超调量：上升值 超过终了值的部 分，一般用百分 比来表示。,3.6.2 频率响应与阶跃响应的关系,图5.6.3,所在回路是低通回路,在阶跃信号作用时, 上的电压 将按指数规律上升,其起始值为 0,终了值为 ,回路时间常数为 ,因而,可以求出 上升到0.1UI所需的时间为0.1 , 而上升到0.9UI所需的时间为2.3 。所以,图5.6.4,耦合电容所在 回路是高通电路， 为开路时的输 出电压, , 它随 而产生线性 变化,并与之反相。,认为C近似为短路，
8、则 。当 达到稳态值 时， 也达到最大值 。之后， 以 为起始值，以 为时间常数，以 0为终了值，按指数规律变化， 的表达式为,当tRC时,在图5.6.4(b)中,trtpRC,因此,上式表明，与下限频率fL一样，倾斜率也 决定于C所在回路的时间常数， fL越低， 越小， 放大电路的低频特性越好。,综上所述，频率响应与阶跃响应有着内在 的联系。只是它们分别从频域和时域两个角度 描述同一个电路模型的放大性能，从而得 出不 同的指标。这些指标的优劣都取决于电抗元件 所在回路的时间常数。,本章要求： 1、掌握以下概念：上限频率，下限频率，通频 带， 波特图，增益带宽积，幅值裕度，相位 裕度，相位补偿。 2、能够计算放大电路中只含一个时间常数时的 fH和fL，并能画出波特图。 3、了解多级放大电路频率响应与组成它的各级 频率响应间的关系。 4、了解集成运放中常用的相位补偿方法。,
