《《《《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 频率响应概述述5.2 晶体管的 晶体管的高频等效模型高频等效模型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 场效应管的高频等效模型高频等效模型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 频率响应概述述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 < fL ( (低频低频) ),,高通特性:高通特性:且且频频率率愈愈低低,, 的的值值愈愈小小,,低频信号不能通过低频信号不能通过0.1 fLfL 10 fLf0 20 403dB 最大误差为 最大误差为 3 dB,,发生在发生在 f = fL处处20dB/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》》》》对数相频特性对数相频特性图图 5.1.3( (a) ) 相频特性相频特性5.71º 45º/十倍频十倍频fL0.1 fL 10 fL45º90º 0 f 误差误差 在低频段,高通电路产生在低频段,高通电路产生 0 ~ 90° 的超前相移。
的超前相移5.71º《《《《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》》》》二、二、 RC 低通电路的波特图低通电路的波特图图图 5.1.2 RC 低通电路图低通电路图+_+_CR令令 ::则:则:fH 称为上限截止频率称为上限截止频率《《《《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》》》》图图 5.1.3(b) 低通电路的波特图低通电路的波特图对数对数幅频特性:幅频特性:0.1 fHfH 10 fHf0 20 403dB 20dB/十倍频十倍频对数相频特性:对数相频特性:fH 10 fH 45º5.71º5.71º 45º/十倍频十倍频 90º0.1 fH 0f 在在高高频频段段,,低低通通电电路路产产生生0~ 90°的的滞滞后后相移《《《《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》》》》小结小结((1)电路的截止频率决定于电容所在回路的时间 )电路的截止频率决定于电容所在回路的时间 常数常数ττ,,即决定了即决定了fL和和fH2))当信号频率等于当信号频率等于fL或或fH放大电路的增益下降 放大电路的增益下降 3dB,,且产生且产生+450或或-450相移。
相移3 3)近似分析中,可以用折线化的近似波特图 )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表示放大电路的频率特性《《《《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》》》》5.2.1 晶体管的混合 晶体管的混合 模模 型型一、完整的混合一、完整的混合 模模型型图图 5.2.1晶体管结构示意图及混合晶体管结构示意图及混合 模模型型5.2 晶体管的高频等效模型 晶体管的高频等效模型( (a) )晶体管的结构示意图晶体管的结构示意图( (b) )混合混合 模模型型《《《《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》》》》二、简化的二、简化的混合混合 模模型型通通常常情情况况下下,,rce远远大大于于c--e间间所所接接的的负负载载电电阻阻,,而而rb/c也也远远大大于于Cμμ的的容容抗抗,,因因而而可可认为认为rce和和rb/c开路 (b) )混合混合 模模型型图5.2.2 混合混合 模模型的型的简化简化 (a)简化的简化的混合混合 模模型型《《《《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》》》》Cμμ跨接在跨接在输入与输出回路之间,电路分析变得相当复杂。
输入与输出回路之间,电路分析变得相当复杂常将常将Cμμ等效在输入回路和输出回路,称为等效在输入回路和输出回路,称为单向化单向化单向单向化靠等效变换实现化靠等效变换实现图5.2.2 简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (b)单向化后的混合单向化后的混合 模模型型图5.2.2 简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (C) 忽略忽略C////μμ的混合的混合 模模型型因因为为Cππ>>>> ,,且且一一般般情情况况下下 的的容容抗抗远远大大于于集集电电极极总总负负载载电电阻阻R//LL,, 中中的的电电流流可可忽忽略略不不计计,,得得简简化化模模型型图(图(C)《《《《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》》》》密勒定理:密勒定理:用两个电容来等效用两个电容来等效 Cμμ 分别接在分别接在 b 、、e 和和 c、、e 两端其中:其中:电容值分别为电容值分别为:等效电容的求法等效电容的求法图5.2.2 简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (b)单向化后的混合单向化后的混合 模模型型图5.2.2 简化简化混合混合 模模型的型的简化简化 (C) 忽略忽略C////μμ的混合的混合 模模型型《《《《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》》》》三、三、混合混合 模模型的主要参数型的主要参数将混合将混合 模模型和简化的型和简化的h h参数等效模型相比较,它参数等效模型相比较,它们的电阻参数完全相同。
们的电阻参数完全相同Cμμ可从可从手册中查得手册中查得Cobob ,, Cobob与与Cμμ近似相等近似相等Cππ数据可从手册中给定的特征频率数据可从手册中给定的特征频率fT T和放大电路 和放大电路 的的Q点求解《《《《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》》》》5.2.2 晶体管电流放大倍数晶体管电流放大倍数ββ的频率响应的频率响应 当信号频率发生变化时,电流放大系数当信号频率发生变化时,电流放大系数ββ不是常量,不是常量,而是频率的函数而是频率的函数 电流放大系数的定义:电流放大系数的定义:从从混混合合π等等效效模模型型可可以以看看出出,,管管子子工工作作在在高高频频段段时时,,若若基基极极注注入入的的交交流流电电流流Ib的的幅幅值值不不变变,,则则随随着着信信号号频频率率的的升升高高,,b/-e间间的的电电压压Ub/e的的幅幅值值将将减减小小,,相相移移将将增增大大;;从从而而使使IC的的幅幅值值随随Ub/e线线性性下下降降,,并并产产生生与与Ub/e相相同同的的相移《《《《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》》》》求共射接法交流短路电流放大系数求共射接法交流短路电流放大系数ββββ的对数幅频特性与对数相频特性的对数幅频特性与对数相频特性《《《《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》》》》对数幅频特性对数幅频特性fTfOf 20lg 0 20dB/十倍频十倍频f0 对数相频特性对数相频特性10 f 0.1f 45º 90º《《《《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.共射截止频率共射截止频率 f 值下降到值下降到 0.707 0 ( (即即 ) )时的频率。
时的频率当当 f = f 时,时, 值值下下降降到到中中频频时时的的 70% 左左右右或或对对数数幅幅频频特特 性下降了性下降了 3 dB几个频率的分析几个频率的分析《《《《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》》》》2.特征频率特征频率 f T 值降为值降为 1 时的时的频率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 < f 3. 低低频频小小功功率率管管 f 值值约约为为几几十十至至几几百百千千赫赫,,高高频频小小 功率管的功率管的 fT 约为几十至几百兆赫。
约为几十至几百兆赫《《《《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》》》》5.3 场效应管的高频等效模型 场效应管的高频等效模型场场效应管各极之间存在极间电容,其高频等效模型如下效应管各极之间存在极间电容,其高频等效模型如下图图5.3.1场效应管的高频等效模型(场效应管的高频等效模型(a) 一般情况下一般情况下 rgs和和 rds比外接电阻大得多,可认为是开路比外接电阻大得多,可认为是开路 Cgd可进行等效变化,使电路单向化可进行等效变化,使电路单向化《《《《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》》》》 Cgd等效变化等效变化g-s之间的等效电容为之间的等效电容为d-s之间的等效电容为之间的等效电容为由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多,故分析由于输出回路的时间常数比输入回路的小得多,故分析频率特性时可忽略 的影响频率特性时可忽略 的影响图图5.3.1场效应管的高频等效模型场效应管的高频等效模型(b)简化模型简化模型 《《《《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》》》》5.4 单管放大电路的频率响应 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单管共射放大电路的频率响应C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+图图 5.4.1 单管共射放大电路单管共射放大电路 中中频频段段::各各种种电电抗抗影影响响忽忽略略,,Au 与与 f 无关;无关; 低低频频段段:: 隔隔直直电电容容压压降降增增大大,, Au 降降低低。
与与电电路路中中电电阻阻构成构成 RC 高通电路;高通电路; 高高频频段段::三三极极管管极极间间电电容容并并联联在在电电路路中中,, Au 降降低低而且,构成而且,构成 RC 低通电路低通电路《《《《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》》》》一、中频电压放大倍数一、中频电压放大倍数耦合电容耦合电容 可认为交流短路;极间电容可视为交流断路可认为交流短路;极间电容可视为交流断路1. 中频段等效电路中频段等效电路图图 5.4.2 中频段等效电路 中频段等效电路由图可得由图可得 bce +Rb~ +++RcRs《《《《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》》》》2. 中频电压放大倍数中频电压放大倍数已知已知 ,则,则 结结 论论 :: 中中 频频 电电 压压 放放 大大 倍倍 数数 的的 表表 达达 式式 ,, 与与 利利 用用 简简 化化 h 参数等效电路的分析结果一致参数等效电路的分析结果一致《《《《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》》》》二、低频电压放大倍数二、低频电压放大倍数考虑考虑隔直电容隔直电容的作用,其等效电路:的作用,其等效电路:图图 5.4.3 低频等效电路 低频等效电路 C1 与与输输入入电电阻阻构构成成一一个个 RC 高通电路高通电路式中式中 Ri = Rb // rbe bce +Rb~ +++RcRsC1(动画动画avi\5-2.avi)《《《《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》》》》输出电压输出电压低频电压放大倍数低频电压放大倍数 bce +Rb~ +++RcRsC1《《《《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》》》》低频时间常数为:低频时间常数为:下限下限( ( 3 dB) )频率为:频率为:则则对数幅频特性对数幅频特性对数相频特性对数相频特性因因电抗元件引起的相移为附加相移。
电抗元件引起的相移为附加相移低频段最大附加相移为低频段最大附加相移为+90度度《《《《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》》》》三、高频电压放大倍数三、高频电压放大倍数考虑考虑并联在极间电容并联在极间电容的影响,其等效电路:的影响,其等效电路:图图 5.4.4高频等效电路高频等效电路 bce +Rb~ +++RcRs(动画动画avi\5-3.avi)《《《《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 5.4.4 高频等效电路的简化高频等效电路的简化(a)由由于于输输出出回回路路时时间间常常数数远远小小于于输输入入回回路路时时间间常常数,故可忽略输出回路的结电容数,故可忽略输出回路的结电容用戴维南定理简化用戴维南定理简化图图 5.4.4(b)《《《《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》》》》— C 与与 R 构成构成 RC 低通电路低通电路 ce +~ ++Rc 《《《《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》》》》高频时间常数高频时间常数::上限上限( ( 3 dB) )频率为频率为::的的对数幅频特性和相频特性对数幅频特性和相频特性高频段最大附加相移为高频段最大附加相移为-90度度《《《《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》》》》四、波特图四、波特图绘制波特图步骤:绘制波特图步骤: 1. 根据电路参数计算根据电路参数计算 、、fL 和和 fH ;; 2. 由三段直线构成幅频特性。
由三段直线构成幅频特性 中频段:中频段:对数幅值对数幅值 = 20lg 低频段:低频段: f = fL开始减小,作斜率为开始减小,作斜率为 20 dB/十倍频直线;十倍频直线; 高频段:高频段:f = fH 开始增加,作斜率为开始增加,作斜率为 –20 dB/十倍频直线十倍频直线3. 由五段直线构成相频特性由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》》》》图图 5.4.5幅频特性幅频特性fOfL 20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频 270º 225º 135º 180º相频特性相频特性 90º10 fL0.1fL0.1fH10 fHfO 《《《《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》》》》5.4.2 单管共源放大电路的频率响应 单管共源放大电路的频率响应图图5.4.7 单管共源放大电路及其等效电路 单管共源放大电路及其等效电路在在中频段 开路,中频段 开路,C短路,中频电压放大倍数为短路,中频电压放大倍数为《《《《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》》》》在在高频段,高频段,C短路,考虑 的影响,上限频率为:短路,考虑 的影响,上限频率为:在在低频段, 开路,考虑低频段, 开路,考虑C的影响,下限频率为:的影响,下限频率为: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》》》》5.4.3 放大电路频率响应的改善和增益带宽积 放大电路频率响应的改善和增益带宽积1. 为了改善放大电路频率响应,应降低下限频率, 为了改善放大电路频率响应,应降低下限频率, 放大电路可采用直接耦合方式,使得放大电路可采用直接耦合方式,使得fL ==02. 为了改善单管放大电路的高频特性,应增大上限 为了改善单管放大电路的高频特性,应增大上限 频率频率fH。
问题:问题: fH的提高的提高与与Ausm的增大的增大 是是相互矛盾相互矛盾《《《《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.增益带宽积增益带宽积中频电压放大倍数与通频带的乘积中频电压放大倍数与通频带的乘积Ri = Rb // rbe假设假设 Rb >> 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:在在多级放大电路中含有多个放大管,因而在高频等效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:两级两级放大电路的波特图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 270º 360ºfL1fH1fO 540º 180º 450º 90º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10HzfH≈0.52fH1=(0.52×2×105)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ττ1 1、、ττ2 2、、ττe e, ,当当取取C C1 1==C C2 2==CeCe时时,,ττe e将将远远小小于于ττ1 1,τ,τ2 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(fL==0):):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, 20lg︱︱A0d︱︱<0dB ;;或者说当或者说当f=fC时,附加相移时,附加相移φφ>-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,φφm≥450《《《《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、滞后补偿在在加入补偿电容后,使运放的幅频特性在大于加入补偿电容后,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- 9001.简单电容补偿简单电容补偿将将一个电容并接在集成运放时间常数最大的那一级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》》》》设某运放设某运放第二级放大电路输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)。