5.6集成运放的频率响应
第五章放大电路的频率响应.ppt
U i U s
(gm RL'
)
rb'e rbe
Ri Rs Ri
空载时电压放大倍数为 ：
二、 低频电压放大倍数：极间电容视为开路,考虑旁路电容影响
低频等效电路 图5.4.3 单管共射放大电路的低频等效电路
输出回路的 等效电路
低频电压放 大倍数为 ：
Ausl
U o U s
表5.1结合图4 - 1(a)放大电路考虑耦合电容C1、C2, 旁路电容Ce与晶体管极间 电容Cbe , Cbc的等效电路， 对放大电路的高频与低频特性作了一个定性对比 分析，可有效帮助读者理解高、低频信号对各种电容的影响。
＋UCC
Au
Rb
Cbc
Rc
＋ C1
V1
C2
＋
ui －
Cbe Re
RL uo
的频率响应曲线，式中fH称为上限截止频率。 放大电路上限截止频率fH和下限截止频率fL之差就是通频带fbw 。
fbw= fH- fL
三、 波特图
在研究放大电路的频率响应时，输入信号常设置在几十到 几百兆赫兹的频率范围内，甚至更宽，如目前CMOS工艺放大 电路已经设计到了几十兆赫兹，而放大电路的增益范围也很宽。 为了能在同一坐标系中表示如此宽的频率范围，由H.W.Bode 首先提出了基于对数坐标的频率特性曲线的作图法， 称之为 波特图法。
Ui(t)
放大 器
Uo(t)
Ui(t)
Uo(t)
0
0
t
t
基波 10
基波 10
0
0
t
t
二次 谐波
二次 谐波
6
3
0
放大电路中的频率响应分析
放大电路中的频率响应分析频率响应是指电路对不同频率信号的响应程度，它描述了一个电路在不同频率下的增益和相位关系。
在放大电路中，频率响应分析十分重要，可以帮助我们了解电路的放大特性及其在不同频率下的表现。
本文将对放大电路中的频率响应进行详细的分析和探讨。
1. 引言在电子电路设计中，信号的放大是一项基本且必要的技术。
而放大电路的频率响应对信号的增益和相位有着重要的影响。
了解和分析放大电路的频率响应可以帮助我们优化电路设计，达到更好的信号放大效果。
2. 频率响应的定义与意义频率响应是指电路对不同频率信号的放大或衰减程度。
可以用增益-频率特性曲线来描述。
频率响应分析有助于我们了解电路的放大范围和频率范围内的增益情况。
3. 放大电路中的频率响应特性不同类型的放大电路，其频率响应特性存在差异。
接下来我们将讨论常见的放大电路的频率响应特性。
3.1 集成放大器的频率响应集成放大器是一种常见的放大电路。
在低频范围内，集成放大器的增益较高，但在高频范围内会出现增益下降的情况。
这是因为集成放大器的极点和零点的存在。
3.2 增强型共射放大器的频率响应增强型共射放大器的频率响应特性会受到电容的影响。
输入和输出的电容以及内部电容会对频率响应产生影响，因此在高频范围内，增强型共射放大器的增益会下降。
4. 频率响应分析方法在分析放大电路的频率响应时，我们可以使用频谱分析或者特定频率点响应分析的方法。
频谱分析可以得到整个频率范围内的响应情况，而特定频率点响应分析则可以更详细地了解某个特定频率下的放大情况。
5. 频率响应优化策略为了优化放大电路的频率响应，我们可以采取一些策略。
比如使用补偿电容来提高高频增益，调整电容和电感的数值以改变频率响应特性等。
6. 实例分析在这一节中，我们将以具体的实例来分析和展示频率响应的影响。
通过实际的测量数据，我们可以更直观地观察到频率响应曲线的变化。
7. 结论频率响应是放大电路分析中的重要内容。
通过频率响应分析，可以帮助我们深入了解电路的放大特性和响应情况。
第五章 放大电路的频率响应
1 fH 2 RC
1 fL 2 RC
当信号频率等于上（下）限频率时，放大电路的 增益下降3dB，且产生±45°相移
近似分析时，可用折线化的波特图表示电路的频 率特性
一个电容对应的渐进线斜率为20dB/十倍频
简单 RC 电路的频率特性
Ui
•
R C
Uo
•
Ui
•
C R
Uo
•
RC 低通电路
RC 高通电路
Au
• |Au |
1 0.707
1 f 1 j fH
1 0.707
Au
1 fL 1 j f
|Au |
fL
f
•
O
fH f
f
O
O –45° –90°
90° 45° O
f
研究频率响应的方法 (1) 三个频段的划分 1) 中频区(段) 特点:Aus与f无关
与f无关
5.4 单管放大电路的频率响应
本节以单管共射电路为例，介绍频率响应的一般 分析方法。
5.4.1 单管共射放大电路的频率响应
1、画出全频段的微变等效电路
+VCC RB C1 + . Ui VT RL . Uo RC C2 + + . Ui _ RB rb′e
C1
rbb′ . gmUb'e Cπ′
C2 + RC . RL U o _
R
fL
L 1 1 下限截止频率 2 2 2 RC
Au பைடு நூலகம்
1
L 1 j
1 fL 1 jf
f j fL f 1 j fL
1、RC高通电路的频率响应
运算放大器的频率响应
运算放大器的频率响应一、实验目的1、图示开环和闭环运算放大器的频率响应曲线。
2、由开环和闭环运算放大器的分贝增益确定运方的中频增益。
3、测定开环和闭环运算放大器的高端截至频率。
4、测定开环运算放大器的高频分贝增益。
5、测定开环放大器的单位增益宽带。
6、用运放的单位增益宽带计算放大器的宽带。
7、测定开环运放的截至频率及中频式输入和输出波形的相移。
8、测定负反馈对闭环运放带宽的影响。
9、用脉冲输入测定闭环运放的高端截至频率。
二、实验器材LM741运算放大器 1个信号发生器 1台波特图仪 1台示波器 1台电阻：100KΩ 2个， 1KΩ、10KΩ各1个三、试验原理用图１所示的电路可测量开环运算放大器的高端截至频率（近似等于宽带）和特征频率（单位增益频率）。
同相比例放大器为串联电压负反馈电路。
其高端截至频率可用图２所示的电路测定。
图１开环运放的频率响应图２同相比例运放的频率响应分贝电压增益与实际电压增益的关系为（dB）放大器的高端截至频率fH等于幅频特性曲线上中频增益下降3dB时的频率。
单位增益频率fu实施放大器电压增益下降为1（0dB）的输入信号频率。
放大器的增益宽带积是一个常数，等于单位增益频率，即图２所示的同相比例放大器的闭环电压增益为在图３所示的同相比例放大电路中，如果输入端加上脉冲信号，则输出波形的上升时间Tr (从幅值的10%至90%)可用来测定放大器的宽带。
输出上升时间（Tr）与放大器宽带(fH)只见的关系为图３通向比例运放的脉冲响应四、试验步骤1、在EWB平台上建立如图１所示的实验电路，仪器安图摄制。
用波特图仪图示运放开环增益的幅频特性曲线，频率变化范围为1.0 Hz—2MHz，增益单位是dB。
2、单击仿真开关运行动态分析，观察波特图仪显示的幅频特性曲线，注意曲线的品质部分在地段接近1Hz。
移动光标，测定放大器的中频电压增益，单位为dB。
3、步骤2分贝增益的测量值，计算放大器的中频电压增益，单位为dB。
电路基础原理解读运算放大器的频率响应和增益带宽积
电路基础原理解读运算放大器的频率响应和增益带宽积在电子工程领域中，运算放大器是一种常用的电路元件，它具有放大输入信号的功能。
然而，运算放大器的频率响应和增益带宽积是其性能的重要参数之一。
接下来，我们将解读运算放大器的频率响应和增益带宽积，并探讨其应用。
首先，我们来了解一下运算放大器的频率响应。
频率响应可以理解为运放对不同频率输入信号的响应程度。
在理想情况下，运放应该对所有频率的信号都有相同的放大倍数，即在整个频率范围内保持恒定的增益。
然而，实际情况下，由于运放内部有限的带宽限制以及外部环境的干扰等因素，运放的增益在不同频率下可能有所变化。
运放的频率响应通常可以用一个曲线来表示，这个曲线被称为频率响应曲线。
频率响应曲线通常是由频率作为横坐标，增益作为纵坐标来绘制的。
根据曲线的形状，我们可以了解运放在不同频率下的放大性能。
一般来说，在低频范围内，运放的增益较高，但随着频率的增加，增益会逐渐下降，直至达到一个临界频率。
临界频率之后，运放的增益会进一步下降并趋于稳定。
其次，我们来了解一下运算放大器的增益带宽积。
增益带宽积是指运放的增益乘以其带宽的乘积，用来表示运放在不同频率下的放大能力。
增益带宽积越大，运放在高频范围内的放大能力就越好。
实际上，运放的增益和带宽之间存在一种平衡关系。
由于运放的内部电容和电感等元件存在，它们在高频下会对信号产生影响，导致增益下降。
而为了增加运放的带宽，需要减小内部电容和电感的影响，这又会导致增益下降。
因此，在设计运放电路时，我们需要根据具体应用来选择合适的增益带宽积，以满足对信号放大和频响特性的需求。
运放的频率响应和增益带宽积在电子工程中有着广泛的应用。
以音频放大器为例，由于音频信号的频率范围较窄，一般在20Hz到20kHz之间，我们可以选择增益带宽积较大的运放来保证音频信号的高保真度。
而在通信系统中，由于需要传输高频信号，我们则需要选择具有较宽带宽但增益较低的运放。
总结起来，运算放大器的频率响应和增益带宽积是评估其性能的重要指标。
集成运放及放大电路的频率响应
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
率响应
• 集成运放概述 • 放大电路的频率响应基础 • 集成运放的频率响应特性 • 放大电路的频率响应设计 • 集成运放及放大电路的频率响应实例分析
目录
CONTENTS
01
集成运放概述
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
信号处理
在音频、图像、视频等领 域用于信号的滤波、调制 解调等处理。
集成运放的发展历程
1948年
1960年代
晶体管的发明，为集成运放的出现奠定了 基础。
随着半导体工艺的发展，出现了小型化、 高可靠性的晶体管，推动了集成运放的研 发和应用。
1970年代
1980年代至今
随着集成电路技术的发展，出现了更多类 型的集成运放，如轨对轨、低噪声等。
集成运放的应用领域不断扩大，性能不断 提高，出现了许多新型集成运放，如数字 控制集成运放、可编程集成运放等。
02
放大电路的频率响应基础
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
频率响应的定义与重要性
频率响应
放大电路在不同频率下的增益或相位 变化特性。
重要性
频率响应决定了放大电路在不同频率 下的性能表现，影响信号的传输质量 和失真。
带宽
相位裕度
相位裕度是衡量集成运放稳定性的一 个参数，表示在特定频率下，输出信 号相对于输入信号的相位滞后。
带宽是集成运放的一个重要参数，表 示集成运放能够处理的信号频率范围。
集成运放的闭环频率响应
闭环增益
01
闭环增益是集成运放在有反馈情况下的电压放大倍数，通常表
2、线性失真和非线性失真 振幅讲解
•
与耦合电容相反，由于半导体管极间电容的存在，对信号构 成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路 不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流， 从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。
为了便于理解有关频率响应的基本要领，这里将对无源 单极RC电路的频率响应加以分析。
• 1、高通电路
•
RC高通电路如图所示：
Au
UO Ui
R 1 R jC
1 1 1 jRC
•
式中为输入信号的角频率，RC为回路的时间常 数，令：
1 1 L RC L 1 1 fL 2 2 2RC Au
L 1 j
1
1 fL 1 jf
f 1 j fL
三、RC电路的频率响应
在放大电路中，存在着耦合电容和半导体管的极间电容。 • 由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频 率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过； 而当信号频率低到一定程度时，电容的容抗不可忽略，信号将 在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。
•
• 2、线性失真和非线性失真
• 振幅频率失真和相位频率失真都是由电路的线性电 抗元件（电阻、电容、电感等）引起的，故又称为线性 失真。 • 线性失真和非线性失真同样会使输出信号产生畸变， 但两者有许多不同点： • ⑴起因不同 • 线性失真由电路中的线性电抗元件引起，非线性 失真由电路中的非线性元件引起（如晶体管或场效应管 的特性曲线的非线性等）。
• （二）、RC低通电路波特图的绘制
•
按照同样的步骤计算出数据表，画出曲线，分析 渐进线近似后的误差。
第5章放大电路的频率响应
－
－
(b) 高频段极间电容的影响
结束
第 5章
放大电路的频率响应
一、高通电路
图5.1.1 高通电路及频率响应
结束
第 5章
放大电路的频率响应
RC高通电路的电压增益： ( s) U R 1 o Au ( s ) 1 1 U i ( s) R 1 j C jRC 1 1 1 fL L 令 2RC RC
A ush
R rbe //(rbb Rs // Rb ) U U U U 0 s be 0 U U U U
s s s be
1 Ri rbe jRC ( g m R L) 1 Rs Ri rbe 1 jRC
f fL f 2 1 ( ) fL
f 180 （90 arctg ) fL f 90 arctg fL
结束
第 5章
放大电路的频率响应
三、高频电压放大倍数
图5.4.4 单管共射放大电路的高频等效电路
结束
第 5章
放大电路的频率响应
rbe rbe Ri Us Ui U s rbe rbe Rs Ri
'
U b'e (1
U ce U b 'e
(c)
)
1 j C m
令
U ce U b'e
K ,则
U b'e (1 K ) U b 'e I 1 1 j C m j (1 K )C m
'
结束
第 5章
放大电路的频率响应
理学章放大电路的频率响应图
返回
图5.3.1 场效应管的高频等效模型
返回
5.4 单管放大电路的频率响应
• 图5.4.1 单管共射放大电路及其等效电路 • 图5.4.2 单管共射放大电路的中频等效电路 • 图5.4.3 单管共射放大电路的低频等效电路 • 图5.4.4 单管共射放大电路的高频等效电路 • 图5.4.5 单管共射放大电路的波特图 • 图5.4.6 例5.4.1图 • 图5.4.7 单管共源放大电路及其等效电路
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图5.7.4 图5.4.1 所示电路输出回路的阶跃响应
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返回
5.5 多级放大电路的频率响应
• 图5.5.1 两级放大电路的波特图 • 图5.5.2 例5.5.1图 • 图5.5.3 例5.5.2图
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图5.5.1 两级放大电路的波特图
返回
图5.5.2 例5.5.1图
返回
图5.5.3 例5.5.2图
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5.6 集成运放的频率响应和频率补偿
• 图5.6.1 未加频率补偿的集成运放的频率响应 • 图5.6.2 稳定裕度 • 图5.6.3 滞后补偿前后集成运放的频率特性 • 图5.6.4 简单电容补偿 • 图5.6.5 密勒效应补偿 • 图5.6.6 超前相位补偿电路 • 图5.6.7 超前相位补偿前后集成运放的幅频特性
5.1 频率响应概述
• 图5.1.1 高通电流及频率响应 • 图5.1.2 低频电路及其频率响应 • 图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图
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图5.1.1 高通电路及频率响应
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图5.1.2 低频电路及其频率响应
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图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图
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5.2 晶体管的高频等效模型
电子技术基础第五章 放大电路的频率特性
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
5.4.2 单管共源放大电路的频率响应
图5.4.7
5.4.3 放大电路频率响应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。
二、超前补偿
图5.6.6
图5.6.7
5.7 频率响应与阶跃响应
5.7.1 阶跃响应的指标 1、上升时间tr： 0.1Um~0.9Um的时间 2、倾斜率δ
3、超调量：上升值 超过终了值的部 分，一般用百分 比来表示。 图5.7.2
5.7.2 频率响应与阶跃响应的关系
图5.7.3 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
5.2 晶体管的高频等效模型
5.2.1 晶体管的混合π模型 一、完整的混合π模型
图 5.2.1
二、简化的混合π模型
图 5.2.2
等效变换: 在图(a)电路中,从b’看进去Cμ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 |）
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 | || |
设 则 |
，则 ；设 。 则 |
；设
，则
，且
模拟电路第05章 放大电路的频率响应图
图5.1.1 高通电路及频率响应
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图5.1.2 低频电路及其频率响应
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图5.1.3 高通电路与低通电路的波特图
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5.2 晶体管的高频等效模型
• 图5.2.1 晶体管结构示意图及混合π模型 • 图5.2.2 混合π模型的简化 • 图5.2.3 的分析 • 图5.2.4 的波特图
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C1
RS +
VS -
VCC
大 RB
RC
C2 + RL VO -
b rbb b’cBiblioteka RS+ VS
-
e
rbe gmvbe
RL Vo
e
中频增益：
Am
VO VS
Vbe VS
VO Vbe
rbe
gm Vbe RL
RS rbb rbe
Vbe
RS
rbe rbb
rbe
gm RL
O RL rbe O RL
5、查手册得：rbb、cbc、fT (已知条件)；
6、
e
结电容：cbe
gm
2 fT
cbc
Miller 定理
I1
Z
Z in + V1 ~ -
Ii I +
ri AV1 -
I2
单向化
Z in
+
+ I1
V2 -
V1 ~ -
Z1
Ii II +
ri AV1 -
I2
+ Z2 V2
-
加 V1 产生 V2 ：
Z1 IIV 1 I
返回
图5.6.1 未加频率补偿的集成运放的频率响应
模拟电子技术5
1
(
2
π
C
' π
)
A u A u m ( 1 jffL )(1 1 j j 3 ff3 fL f) L (2 f L 1 1 j f f L 2fL 3)(3 1 jffH )
n个放大管
m
fL 1.1
f
2 Lk
k1
1 1.1
fH
n1 f2
k1 Hk
1.1为修正 系数
结论：1. 放大电路的级数越多，频带越窄； 2. 若 fLk 远高于其它各级，则 fL≈fLk; 3. 若fHk远低于其它各级，则 fH≈fHk;
例5-2：某电路各级均为共射电路,求:fL, fH, Au。
例5-1：
Au
(1j
10jf f )(1j
f
)
10 105
试求解：
（1）Aum＝？fL＝？fH ＝?
（2）画出波特图。
100 j f
A u
(1
j
f
10 )( 1 j
f
)
10
10 5
A u m 100
f L 10 Hz
f H 10 5 Hz
5.4.3 放大电路频率响应的改善 和增益带宽积
若R ： brbe Ri Rb//rberbe RbRs Rb//Rs Rs C' (1gmRL ' )CC，gmRL ' 1 C' CC' gmRL ' C
| Ausmfbw|2r1bb'C
| Ausmfbw|2r1bb'C
因 rbb’ 和 Cμ由晶体管决定，故管子选定后， 放大电路增益带宽积就大体确定。即：增益 增大多少倍，带宽几乎就变窄多少倍。
第五章频率响应
分析滤波电路，就是求解电路的频率特性，即求解Au (Aup （通带放大倍数） ) 、 fp和过渡带的斜率 。
滤波电路的分类：
无源滤波电路：仅有无源元件（R、C、L） 组成
有源滤波电路：有无源元件和有源元件（双 击型晶体管、单级型管、集成运放）共同组 成
1.无源低通滤波器：
信号频率趋于零时，电容容抗 趋于无穷大（开路），通带放 大倍数:
切比雪夫(Chebyshev) 贝塞尔（Bessel）
图7.4.15三种类型二阶LPF幅频特性
7.4.3 其它滤波电路
一、高通滤波电路
高通滤波电路与低通滤波电路具有对称性
1.压控电压源二阶 高通滤波电路
2.无限增益多路反馈 二阶高通滤波电路
图7.4.16二阶高通滤波电路
二阶有源高通滤波器
A u
时域(t)变量t是实数， 复频域F(s)变量s是复数。变 量s又称“复频率”。
拉氏变换建立了时域与复频域(s域）之间的联系。 s=jw，当中的j是复数单位，所以使用的是复频域。
通俗的解释方法是，因为系统中有电感X=jwL、电 容X=1/jwC，物理意义是，系统H(s)对不同的频率分 量有不同的衰减，即这种衰减是发生在频域的，所 以为了与时域区别，引入复数的运算。 在复频域计算的形式仍然满足欧姆定理、KCL、 KVL、叠加法。
A
R 1
u 1 ( f )2 j3 f
f
f
0
0
图7.4.8简单二阶低通电路的幅频特性
二、反相输入低通滤波器
1.一阶电路
令信号频率＝0，求出 通带放大倍数
A
R 2
up
R
1
电路的传递函数
图7.4.11反相输入一阶
集成运放的频率响应和频率补偿
（3）未进行频率补偿时的频率响应曲线
/ dB 20 lg A od
开环增益为100dB （即Aod =105）, 三个上限
100 80 60 40 20
-20dB/ 十倍频 -40dB/ 十倍频 -60dB/ 十倍频
频率（即拐点频率）分
别为100HZ、102 HZ和103 Hz，且fo＜fc ，当f = fo
时，增益等于60dB
0dB，这样极易产生自激 振荡。
0o -45 -90o -135o -180o -225o -270o
jo
0
fo
100 101 102 103
fc
104
f /HZ f /HZ
4. 4.2 集成运放的频率补偿
所谓频率补偿是在集成运放的内部(或外部)电路中接
入不同的补偿电路, 来改变它的频率响应特性, 破坏其自 激振荡的条件。
jm≥45°
1. 简单电容补偿
简单电容补偿是将一个电
/ dB 20 lg A od
-20dB/ 十倍频 -40dB/十倍频 -20dB/ 十倍频 -60dB/十倍频
容并接在集成运放的某一级电
路，使幅频特性中的第一拐点 的频率进一步降低，以至增益
随频率始终按照20dB/十倍频
的的斜率下降直至0dB。
0
f0
f1
f2
f3
f4
f
A1
RO
1 f H1 2 ( RO // R2 )C 2
+ UO1 -
C
R2 C2
A2
1 fH 1 2 ( RO // R2 )(C 2 C )
2. 密勒效应补偿
密勒效应补偿可使补偿电容的容量大大减小， 将电容C跨接在某级放大电路的输入和输出之间，
多级放大电路频率响应
• 为了描述失真情况，引入三个指标：
• ⑴上升时间： 指输出电压从稳态值的10%上升到稳态值的90%所需
要的时间tr。
• ⑵平顶倾斜率（平顶降落） 指的是在指定的时间内，输出电压顶部的变化量
与上升的终了值的百分比：
UOm UO m 100 %
UOm
• ⑶超调量（上冲）
• 指在输出电压上升的瞬态过程中，上升值超过 稳态值的部分。
ƒH0.52 ƒH1=0.532 105105Hz
• ⑶三级共射电路在中频段的输出电压与输入相位相
反，因此：
20lg Au 80dB
Aum 104
Aum 104
Au
(1
104 j f 10
j f )(1 10
j
f 2 103
)3
103 jf
(1
j f )(1 10
• 而整个电路的ƒL和ƒH，根据定义应是增益下降3dB 时的频率，因此多级放大器的通频带比组成它的单 级放大电路低。
如下图所示：
二、截止频率的估算
• 1、下限截止频率 • 多级放大电路低频段电压放大倍数的模为：
n
Aul
k 1
Aumk
1 ( fLk )2 f
根据ƒL的定义，当ƒ=ƒL时：
fL2
1
2 2
2 (Rc
1 RL )C2
• ⑶考虑Ce对低频特性的影响，它所在回路的等效 电路如图所示：
• 由它确定 的下限频 率为：
f Le
1
2
e
2 (Re
//
rbe
放大器的频率响应(精)
放大器的频率响应单级放大器的分析中只考虑了低频特性，而忽略了器件的分布电容的影响，但在大多数模拟电路中工作速度与其它参量如增益、功耗、噪声等之间要进行折衷，因此对每一种电路的频率响应的理解是非常必要的。
在本章中，将研究在频域中单级与差分放大器的响应，通过对基本概念的了解，分析共源放大器、共栅放大器、CMOS 放大器以及源极跟随器的高频特性，然后研究级联与差分放大器，最后考虑差分对有源电流镜的频率响应。
6.1 频率特性的基本概念和分析方法在设计模拟集成电路时，所要处理的信号是在某一段频率内的，即是所谓的带宽，但是对于放大电路而言，一般都存在电抗元件，由于它们在各种频率下的电抗值不同，因而使放大器对不同频率信号的放大效果不完全一致，信号在放大过程中会产生失真，所以要考虑放大器的频率特性。
频率特性是指放大器对不同频率的正弦信号的稳态响应特性。
6.1.1 基本概念1、频率特性和通频带放大器的频率特性定义为电路的电压增益与频率间的关系：)()(f f A A V V ϕ∠=∙（6.1）式中A V (f)反映的是电压增益的模与频率之间的关系，称之为幅频特性；而)(f ϕ则为放大器输出电压与输入电压间的相位差ϕ与频率的关系，称为相频特性。
所以放大器的频率特性由幅频特性与相频特性来表述。
低频区：即在第三章对放大器进行研究的频率区域，在这一频率范围内，MOS 管的电容可视为开路，此时放大器的电压增益为最大。
当频率高于该频率时，放大器的电压增益将会下降。
上限频率：当频率增大使电压增益下降到低频区电压增益的1/2时的频率。
高频区：频率高于中频区的上限频率的区域。
2、幅度失真与相位失真因为放大器的输入信号包含有丰富的频率成分，若放大器的频带不够宽，则不同的信号频率的增益不同，因而产生失真，称之为频率失真。
频率失真反映在两个方面：幅度失真（信号的幅度产生的失真）与相位失真（不同频率产生了不同的相移，引起输出波形的失真）。
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5.6 集成运放的频率响应和频率补偿频率响应频率补偿
一、集成运放的频率响应
很大
或gs C C ''π低频特性很好
内部必须接补偿电容上限频率很低
-20dB/十倍频
-40dB/十倍频-900-1800-2700
f /H Z O
f
φ
-1350-450-2250dB A
od /lg 20 100
101
103
102
f 0
f c
104
-60dB/十倍频
时
c f f 0f = f 0 时极间电容引起的附加相移为±1800
-900-1800-2700
f /H Z O
f
φ
-1350-450-2250dB A
od /lg 20 100
101
103
102
f 0
f c
104
f c ：单位增益带宽此时差模增益下降为0dB
电路将产生自激振荡
二、集成运放的频率补偿
频率补偿：
采用一定的手段改变集成运放的频率响应破坏可能产生自激振荡的条件
使电路稳定工作
dB A f f od 0lg 200<= 时，即使0
180
->=ϕ时，附加相位移或当c f f
-900-1800
00 f
O
f
φ
dB A
od /lg 20 f 0
f c
m G m
ϕ0
lg 20f f od m A
G == c
f f m =-=ϕ
ϕ0
180为幅值裕度
m G 为相位裕度
m ϕ0
45
10≥-≤m m dB G ϕ，一般要求
1. 滞后补偿
滞后补偿：加入补偿电路后，
使运放的幅频特性在大于0dB的频率范围内
只存在一个拐点，
相当于一个RC回路的频率响应
≥450的要求，
达到φ
m
保证电路的稳定性
优点：简单易行
缺点：使频带变窄
将一个电容并接在集成运放的某一级电路，
使幅频特性中的第一拐点的频率进一步降低以至增益随频率始终按-20dB/十倍频的斜率下降
直至0dB 。
-20dB/十倍频
-40dB/十倍频f /H Z
O
dB A
od /lg 20 f H1
-60dB/十倍频
f H2
f H3
f H -20dB/
十倍频
1o U
'1o R 2
i R 2
i C C
未加电容C 之前
2
211)//(21i i o H C R R f π=
加电容C 之后
)
)(//(21
2211C C R R f i i o H +=
π
2. 超前补偿
超前补偿：为避免滞后补偿的缺点，
既满足了电路稳定的条件
又改善了电路的高频特性，展宽了频带。