15第5章 放大电路频率响应-多级放大电路的频率响应

(3) 高频段: 耦合电容视为短路, 考虑极间电容（不能忽略）。
这样求得三个频段的频率响应, 然后再进行综合。 可使分析过 程简单明了, 且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的 影响。 A
Aus
usm
f L f 1 j 1 j f fH
0o -45o -90o
+90o +45o 0o f
f
单级最大相移+90o（超前） 拐点fL处相移45o。
单级最大相移-90o（滞后） 拐点fH处相移-45o。
四.放大电路增益带宽积恒定（普遍性）
Ausm f bw
上式表明：
1 2 ( Rs rbb' )C
（5.4.15）
BJT选定后，增益带宽积基本确定（普遍性）
H 1/ 2 / 3
例题：5.5.1:
20 lg Au / dB
80 60 40 20 0 10 105 2*105 -60dB/dec 20dB/dec
如图，求多级共射 放大电路上、下限 频率及电压放大倍 数： A
u
电压放大倍数：
Au
104 f Li f 3 (1 j )(1 j ) f f Hi

G u / dB 20 lg| us m| A 20 dB / 10 倍频 程 3 dB
－20 dB / 10 倍频程 fbe
O
fl

－90° －135° －180° －225° －270°
(a) 幅频特性
fh
f
f
(b) 相频特性
共射基本放大电路的幅频和相频特性曲线
三.低频/高频响应描述（波特图-对数幅相频特性）
二.放大电路频率响应描述
Ausm Aus f1 f 1 j 1 j f fh
以单级放大电路为例: 上限频率：极间电容回路 （fH) 等效低通滤波 下限频率：耦合电容回路 （fL) 等效高通滤波 通 频 带：fbw=fH-fL 带宽设计：适当选取
增加带宽，选用rbb’小和Cob小的管子，减小C’π 所在回
路的总体电阻（如：共基接法） 牺牲增益可以扩展带宽 （增益带宽互换性） 带宽并不是越大越好，根据需要设计/选择。
问题的提出：
1.多级放大电路频率响应如何分析？ 2.与那些参数有关（极间电容/耦合回路）？ 3.与单级放大电路频响的联系？ 4.多级放大频响会带来那些问题（稳定性）？ 5.如何对频率响应进行补偿（超前/滞后补偿）？
5.5 多级放大电路的频率响应
1.多级放大电路含有多个放大管，等效电路中含 有多个C’π或C’gs—决定了存在多个低通电路。 2.多级阻容耦合电路含有多个耦合电容或者傍路 电容—决定了存在多个高通回路 关系：高通/低通电路频率响应的串联（相乘）
5.5.1 多级放大电路频率响应定性分析
电压放大倍数：（串联）
(k 1...n) (k 1...n) (k 1...n) (k 1...n)
5.5.2 截止频率的定量估算
一.下限频率：
f L 1 .1 1 1 .1 fH
f
k 1
n
2
Lk
变大
二.上限频率：
f
k 1
n
1
2 Hk
变小
注：当某级下（上）限频率远远高（低）于其他 下（上）限频率时，则放大电路下（上）限 频率决定于该级下（上）限频率。
fH1 fH2 fH3 fH
补偿电路—图5.6.6
f
Hz
0dB带宽内，只有2 个拐点，f无穷大时 对应相移最大180o 满足稳定条件。
5.7 频率响应与阶跃响应
分别从频域和时域描述电路系统的动态 特性，具有内在联系。
作业
P：245 5.2—5.5 5.16 5.18
求：（1）Au m ＝？fL＝？fH ＝? （2）画出波特图。
解：
f 10 j 5 Au f f f (1 j )(1 j 4 )(1 j ) 5 5 10 2.5 10
3
Aum 103 f L 5Hz f H 104 Hz
波特图：
Aum 103 f L 5Hz f H 104 Hz
-20dB/dec -40dB/dec -60dB/dec
100 80 60 40 20 0
自激振荡条件：
f
存在f0,使得：

0o -45o -90o -135o -180o -225o -270o
100
101
102
f0
103
fc
104
Hz
f
fo < fc,而且
f0处相对中频段附 加相移达/超 ±180o
60dB处相移达到180o. 显然不满足稳定条件
5.6.2 集成运放的频率补偿
20 lg Aod / dB
思路：改变频率响应，破坏自激条件。 使f0远离fc
fc f0 f
0
Gm

0o fc f0
Hz
稳定裕度： (fc内均稳定)
f
-90o
G m 10dB
m
-180o
m 45
o
一.滞后补偿—牺牲带宽,减小附加相移
4.3.1 F007内部电路图
5.6.1 集成运放的频率响应
特点：高增益，低带宽，多拐点（相移大）。 1.直接耦合：fL=0 2.多级放大：增益高(105)，fH小（几-几十Hz） 3.集成电路应用反馈拓展带宽， 而且必须进行频率补偿
集成运放频率响应：
20 lg Au / dB
单位增益带宽fc（0dB）
+ +
Ui
20 lg Au / dB
R
Uo
-
1 fH 2 2RC 1 fL 2 2RC 1
1
R
+
Ui
+ C
Uo
-
-
20 lg Au / dB
fL 10fL f
0 -3
0.1fL
0 -3
0.1fH
fH
10ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱH f
20dB/dec

-20dB/dec

20 lg Au / dB
-20dB/dec -40dB/dec -60dB/dec
fH
fH1 fH2 fH3
f
Hz
补偿电路—图5.6.4/图5.6.5
二.超前补偿—不牺牲带宽，补偿相移
20 lg Au / dB
相位超前抵消 一级滞后网络
-20dB/dec -40dB/dec -60dB/dec
因此： f L 10Hz
f H 0.52* (2 *10 ) Hz
5
公式 (5.5.9)
例题：5.6(P245)
已知某电路放大倍数： Aum ?, f L ?, f H ? 试求: 画出波特图。
解：
f 100 j 100 10 Au f f 10 f (1 j )(1 j 5 ) (1 j )(1 j 5 ) 10 10 f 10 A 100
Au Auk
k 1
n
注意：放大倍数复数， 是信号频率的函数
对数幅-频和相-频特性：
20 lg Au 20 lg Auk 各级放大倍数之总和
k 1
n
k
k 1
n
各级相移之总和
以两级放大电路为例： Au1 Au 2
Aum1 Aum2
20 lg Aum1
模拟电子技术基础
主讲 ：赵建辉 第五章 放大电路的频率响应 （2节课）
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
第5章 放大电路的频率响应
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
频率响应概述 晶体管高频等效模型 FET等效模型 单管共射放大电路频率响应 多级放大电路频率响应 集成运放的频率响应与补偿 频率响应与阶跃响应
5.6 集成运放的频率响应与频率补偿
频率补偿
＋UCC V8 ＋ ui － V9 V2 V4 V7 V1 6 V5 R1 1 k RW 外接调零电位器 输入级 偏置电路 中间级 输出级 R2 50 k V6 R3 1 k V1 0 R4 3 k －UCC V1 1 V1 2 V1 3 V1 4 V1 V3 R5 39 k IR5 R7 4 .5 k C 30 pF R8 7 .5 k V1 7 V1 5 VD 2 V1 8 V1 9 VD 1 R9 2 5 R1 0 5 0 uo
20 lg Au / dB
40 lg Aum1
-3 6dB 40dB/dec 3dB 20dB/dec
f fH1 fH
f L1 f L 2
f H1 f H 2
0

-90o -135o -180o
fL1
fL
显然：增益变大， 带宽减小。
单级
f
Aum Aum1 Aum 2
f L f L1( f L 2 ) f H f H1 ( f H 2 )
例题：5.5.1:
20 lg Au / dB
80 60 40 20 0 10 105 2*105 -60dB/dec 20dB/dec
如图，求放大电路 上、下限频率及电 压放大倍数： A
u
下限频率：一个拐点，20dB/Dec,说明存在一个耦 合电容影响下限频率。 f 10Hz
L
上限频率：一个拐点，-60dB/Dec,说明影响高频 的有三级放大，每级上限频率均相同： 5 2*105Hz。 f (2 *10 ) Hz
-270o 两级
-360o
-450o
-540o
对N级放大电路：
Au1...Aun 各级放大倍数：
各级下限频率： f L1... f Ln 各级上限频率： f H 1... f Hn 则：总放大电路增益变大，带宽减小，多个拐点 放大倍数： Aum Aumk 下限频率： f L f Lk 上限频率： f H f Hk 总 带 宽： fbw fbwk

本节课 内容
5.放大电路的频率响应
重点难点
重点：频率响应的理解 难点：1.高频等效模型 2.高频特性分析 3.高、低特征频率的计算
复习
一.单级放大电路频率响应分析方法
具体分析时, 通常分成三个频段考虑: (1) 中频段: 电容均不考虑, 耦合电容视为短路, 极间电容视为开路。 (2) 低频段: 考虑耦合电容（不忽略）,极间电容视为开路（忽略）
um
Au
10 jf f f (1 j )(1 j 5 ) 10 10
f L 10Hz f H 105 Hz
例题：5.7 已知两级共射放大电路的电压放大倍数:
Au 200 jf f f f 1 j 1 j 4 1 j 5 5 10 2.5 10