1、第六章集成運算放大器第六章集成運算放大器3 半導體三極管及放大電路3.1 半導體BJT 3.2 共射極放大電路3.3 估算法與圖解分析法3.4 小信號模型分析法3.5 放大電路的工作點穩定問題3.6 共集電極電路和共基極電路3.7 放大電路的頻率響應第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性本章要求本章要求 熟悉頻率特性基本概念：上限頻率、下限頻率及熟悉頻率特性基本概念：上限頻率、下限頻率及通頻帶通頻帶 掌握對數頻率特性（波特圖）的畫法。掌握對數頻率特性（波特圖）的畫法。3. 了解單級放大器的低頻等效電路和高頻等效電路了解單級放大器的低頻等效電路和高頻等效電路4. 了解負反饋放大器的自激條件

2、及穩定工作條件了解負反饋放大器的自激條件及穩定工作條件第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性什么是頻率響應什么是頻率響應呢？為什么要提呢？為什么要提出這個問題呢？出這個問題呢？ 電子系統的信號不是單一頻率的正弦波電子系統的信號不是單一頻率的正弦波（如聲波）（如聲波）它可以分解成不同頻率正弦波它可以分解成不同頻率正弦波的疊加；而在放大電路中都常常有電抗元件的疊加；而在放大電路中都常常有電抗元件存在（如電容），其電抗值在不同頻率下是存在（如電容），其電抗值在不同頻率下是不同的，因而使放大器對不同頻率信號的放不同的，因而使放大器對不同頻率信號的放大倍數不一致，這時電路輸出信號不能完全大倍數不一

3、致，這時電路輸出信號不能完全重現輸入信號的波形，即在放大過程中產生重現輸入信號的波形，即在放大過程中產生了失真（屬于頻率失真）。了失真（屬于頻率失真）。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性)( f3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法1. 頻率響應定義頻率響應定義放大器對不同頻率正弦信號的穩態響應稱為頻率響應。放大器對不同頻率正弦信號的穩態響應稱為頻率響應。如何表征？如何表征？用頻率響應表達式。用頻率響應表達式。)()(ffAAVV)( fAV復模與頻率的關系復模與頻率的關系稱為幅頻響應稱為幅頻響應輸出輸出/輸入電壓之間相位差輸入電壓之間相位差稱為

4、相頻響應稱為相頻響應兩者綜合表征放大器的頻率響應特性兩者綜合表征放大器的頻率響應特性第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法2. 通頻帶通頻帶fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器頻率響應耦合放大器頻率響應直接耦合放大器頻率響應直接耦合放大器頻率響應兩種放大器為何頻率特性曲線不同呢？兩種放大器為何頻率特性曲線不同呢？第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 低頻區：當信號頻率降低時，耦合電容和射極旁低頻區：當信號頻率降低時，耦合電容和射極旁路電容的影響不可忽略，致使放大倍數下降

5、。路電容的影響不可忽略，致使放大倍數下降。1). 高頻區：當信號頻率升高時，器件內部的極間和高頻區：當信號頻率升高時，器件內部的極間和引線電容影響不可忽略，致使放大倍數下降。引線電容影響不可忽略，致使放大倍數下降。3). 中頻區：當信號頻率處于中頻區所有電容（耦合、中頻區：當信號頻率處于中頻區所有電容（耦合、射極旁略、極間、分布）的影響可以忽略不計，放射極旁略、極間、分布）的影響可以忽略不計，放大倍數不隨信號頻率而變，維持一個定值。大倍數不隨信號頻率而變，維持一個定值。容抗的頻率效應容抗的頻率效應第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的

6、基本概念和基本分析方法2. 通頻帶通頻帶fLfHvmA2vmAfVAfHvmA2vmAfVARC耦合放大器頻率響應耦合放大器頻率響應直接耦合放大器頻率響應直接耦合放大器頻率響應第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性1). 頻率響應曲線平坦部分稱為中頻區，放大倍數用頻率響應曲線平坦部分稱為中頻區，放大倍數用AVM表示。表示。2). 當當AV下降下降AVM時，所確定的兩個頻率、分別稱為時，所確定的兩個頻率、分別稱為上限頻率上限頻率fH和下限頻率和下限頻率fL。3). 在在fH與與fL 之間的頻率范圍（中頻區）又稱為放大之間的頻率范圍（中頻區）又稱為放大器的通頻帶或帶寬器的通頻帶或帶寬BW。4

7、). 在低于在低于fL的頻率范圍稱為放大器的低頻區。的頻率范圍稱為放大器的低頻區。5). 在高于在高于fH的頻率范圍稱為放大器的高頻區。的頻率范圍稱為放大器的高頻區。帶寬帶寬 BW= fH - fL頻帶的基本概念頻帶的基本概念第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法3. 頻率失真頻率失真 若放大器的通頻帶不夠寬，對不同頻率的波形放大倍數若放大器的通頻帶不夠寬，對不同頻率的波形放大倍數不同，則將出現頻率失真，輸出波形就會變形。不同，則將出現頻率失真，輸出波形就會變形。 頻率失真分為幅度失真和相位失真頻率失真分為幅度失

8、真和相位失真 頻率失真頻率失真放大電路對不同頻率的輸入信號，有不同放大電路對不同頻率的輸入信號，有不同的放大能力和相移，從而使輸出信號產生了失真。的放大能力和相移，從而使輸出信號產生了失真。第六章集成運算放大器ovt輸出信號輸出信號二次諧波二次諧波基波基波幅度失真幅度失真相位失真相位失真二次諧波二次諧波基波基波輸入信號輸入信號tiv二次諧波二次諧波基波基波輸入信號輸入信號tiv輸出信號輸出信號二次諧波二次諧波基波基波ovt3.7 頻率響應與穩定性頻率響應與穩定性第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法3. 頻率失真

9、頻率失真 頻率失真也稱為線性失真（因為晶體管工作于放大區時頻率失真也稱為線性失真（因為晶體管工作于放大區時出現的失真）。出現的失真）。 不同于晶體管工作在非線性工作區產生的飽和與截止不同于晶體管工作在非線性工作區產生的飽和與截止非線性失真非線性失真對于單一頻率的正弦波，頻率失真并不會引起波形失真。對于單一頻率的正弦波，頻率失真并不會引起波形失真。對于單一頻率的正弦波，非線性（飽和或截止）失真將引對于單一頻率的正弦波，非線性（飽和或截止）失真將引起波形失真。起波形失真。 而現在討論頻率失真之所以是線性失真，指的是對于單而現在討論頻率失真之所以是線性失真，指的是對于單一頻率的正弦波輸出波形只有幅度

10、變化和相位改變，結一頻率的正弦波輸出波形只有幅度變化和相位改變，結果輸出波形不是一個單一頻率的正弦波，波形不變形。果輸出波形不是一個單一頻率的正弦波，波形不變形。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法4. 用分貝表示放大倍數用分貝表示放大倍數電壓放大倍數轉換分貝表示電壓放大倍數轉換分貝表示 ：若放大倍數若放大倍數為衡量放大器信號在傳輸過程中的變化，我們常用對數為衡量放大器信號在傳輸過程中的變化，我們常用對數單位來表示，一個對數單位我們就叫單位來表示，一個對數單位我們就叫“分貝分貝”（dB）NOVVg)(Ag)dB

11、l 02l 02AVV倍倍（用分貝表示用分貝表示100VAdBg4010020l第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法4. 用分貝表示放大倍數用分貝表示放大倍數在上、下截止頻率處有在上、下截止頻率處有 用分貝表示用分貝表示VMA.A7070VVMgA.gAgl207070l20l20V)dB(.ggAAgVM37070l20l20l20V上限頻率上限頻率fH和下限頻率和下限頻率fL是對應中頻放大倍數下降是對應中頻放大倍數下降3dB之處之處第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和

12、基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法4. 用分貝表示放大倍數用分貝表示放大倍數放大倍數采用分貝表示優點在于：放大倍數采用分貝表示優點在于：可將放大倍數的相乘化為相加?？蓪⒎糯蟊稊档南喑嘶癁橄嗉?。在繪制頻率響應圖時，采用對數坐標，有利于擴大視野。在繪制頻率響應圖時，采用對數坐標，有利于擴大視野。較符合人耳對聲音的感覺狀況，如輸出功率從變到增大了較符合人耳對聲音的感覺狀況，如輸出功率從變到增大了100倍，但人耳覺得只增大了兩倍。倍，但人耳覺得只增大了兩倍。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法5. 對數頻率響

13、應對數頻率響應折線波特圖折線波特圖 為壓縮坐標，擴大視野為壓縮坐標，擴大視野 在畫幅度頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數刻度，而在畫幅度頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數刻度，而幅值采用幅值采用dB表示。表示。 在畫相位頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數刻度，而在畫相位頻率特性曲線時，頻率坐標采用對數刻度，而相角相角 用線性刻度。用線性刻度。 這種半對數坐標頻率特性曲線稱為對數頻率特性或波特這種半對數坐標頻率特性曲線稱為對數頻率特性或波特圖圖頻率響應即指電壓放大倍數頻率響應即指電壓放大倍數頻率的關系頻率的關系第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率

14、響應的基本概念和基本分析方法5. 對數頻率響應對數頻率響應折線波特圖折線波特圖頻率響應即指電壓放大倍數頻率響應即指電壓放大倍數頻率的關系頻率的關系 波特圖采用折線法近似作出。波特圖采用折線法近似作出。頻率響應特性分為幅頻響應特性和相頻響應特性。頻率響應特性分為幅頻響應特性和相頻響應特性。 因此放大電路頻響波特圖由幅頻響應波特圖和相頻響應因此放大電路頻響波特圖由幅頻響應波特圖和相頻響應波特圖組成。波特圖組成。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.1 頻率響應的基本概念和基本分析方法頻率響應的基本概念和基本分析方法5. 對數頻率響應對數頻率響應折線波特圖折線波特圖幅度幅度f關系關系頻

15、率采用對數分度，幅值采用頻率采用對數分度，幅值采用dB；相移采用線性分度；相移采用線性分度這兩張圖稱為對數頻率響應或波特圖。這兩張圖稱為對數頻率響應或波特圖。阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：)()(ffAAVV相位相位f關系關系幅頻響應曲線幅頻響應曲線相頻響應曲線相頻響應曲線第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性(1)分析放大電路中頻區的頻率響應。各種電容影響忽略不分析放大電路中頻區的頻率響應。各種電容影響忽略不計，繪制純電阻放大電路；求出中頻電壓放大倍數和中計，繪制純電阻放大電路；求出中頻電壓放大倍數和中頻附加相移。頻附加相移。(2)分析放大電路

16、低頻區的頻率響應?？紤]耦合電容和旁路分析放大電路低頻區的頻率響應。考慮耦合電容和旁路電容影響，用電路中學的電容影響，用電路中學的RC高通電路模擬低頻區放大高通電路模擬低頻區放大電路；求出下限截止頻率。電路；求出下限截止頻率。(3)分析放大電路高頻區的頻率響應?？紤]極間電容和引線分析放大電路高頻區的頻率響應?？紤]極間電容和引線電容影響，用電路中學的電容影響，用電路中學的RC低通電路模擬高頻區放大低通電路模擬高頻區放大電路；求出上限截止頻率。電路；求出上限截止頻率。)()(ffAAVV阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定

17、性)()(ffAAVV阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：阻容耦合放大電路波特圖繪制步驟如下：求求fL低頻區低頻區中頻區中頻區高頻區高頻區用電路中的用電路中的RC高通電路模擬高通電路模擬求求AVM、 MC影響忽略不計影響忽略不計繪制純電阻電路繪制純電阻電路用電路中的用電路中的RC低通電路模擬低通電路模擬求求fH考慮極間電容和考慮極間電容和引線電容影響引線電容影響繪制波特圖繪制波特圖考慮耦合電容和考慮耦合電容和旁路電容影響旁路電容影響第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析對應放大器的低頻響應對應放大器的低頻響應1. 電路特點電路特點oV2C 2RiV

18、)CR( jRRAVL22222io111Cj1VV其電壓放大倍數為：其電壓放大倍數為：電路特點是：電路特點是：電容在前，電阻在后，電容在前，電阻在后，頻率越低，容抗越大，相位頻率越低，容抗越大，相位超前超前第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析對應放大器的低頻響應對應放大器的低頻響應oV2C 2RiV)CR( jRRAVL22222NO111Cj1VVf2)fCR( jCfRjAVL22222111211122L21CRf令令)ff( jAVLL11有有令令第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析對應放

19、大器的低頻響應對應放大器的低頻響應oV2C 2RiV復模表達式，即幅頻響應復模表達式，即幅頻響應 復角表達式，即相頻響應復角表達式，即相頻響應 )ff( jAVLL112L11)f/(AVLf)ff(arctgLl復數表達式復數表達式第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析對應放大器的低頻響應對應放大器的低頻響應2L11)f/(AVLfLff 0dB20lg 1VLVLAA，Lff LVLffAL0.1ff 101VLAdBgAVL200l2Lff 7070.AVLdBgALV320l當當時，時，時，時， 若若為轉折頻率為轉折頻率時，時，這是一條斜線

20、，斜率為這是一條斜線，斜率為20dB/十倍頻；十倍頻；幅頻響應幅頻響應的一條直線；的一條直線；產生最大誤差。產生最大誤差。RC高通電路頻率特性曲線高通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖當當當當第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析放大器的低頻響應放大器的低頻響應Lff L0.1ff Lff 時，時， 為轉折頻率為轉折頻率時，時，的直線表示；的直線表示；RC高通電路頻率特性曲線高通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖當當當當)ff(arctgLl相頻響應相頻響應近似用近似用0L90L10 ff 若若07510.arctg的直線表示；的直線表示；近似

21、用近似用0L0o45L當當Lff 時，時， 若若038410.arctg第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.2 RC高通電路分析高通電路分析放大器的低頻響應放大器的低頻響應2L11)f/(AVLf幅頻響應幅頻響應RC高通電路頻率特性曲線高通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖Lf0dBfdB/AlgV20十倍頻十倍頻斜率斜率dB/20L10f.-20dBLff 0dB20lgVLALff L0.1ff dBgAVL200l2Lff dBgALV320l斜率為斜率為20dB/十倍頻；十倍頻；3dB近似近似折線折線實際曲線實際曲線第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性L0.1

22、ff Lff 轉折頻率轉折頻率處處直線直線RC高通電路頻率特性曲線高通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖)ff(arctgLL相頻響應相頻響應0L90L10 ff 直線直線0L0o45L十倍頻十倍頻斜率斜率/45L10 fLffL45L10f.900近似近似折線折線實際曲線實際曲線第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性RC高通電路頻率特性曲線高通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖L10f.L10 fLff0dBdB/AlgV20十倍頻十倍頻斜率斜率dB/20-20dBL10f.LffL十倍頻十倍頻斜率斜率/4545900L10 f3dB第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.

23、7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應1. 電路特點電路特點oV1C 1RiV其電壓放大倍數為：其電壓放大倍數為：11111ioVH11C1C1CRjjRjAVV電路特點是：電路特點是：電阻在前，電容在后，電阻在前，電容在后，頻率越高，容抗越小，相位滯后。頻率越高，容抗越小，相位滯后。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應f211111ioVH11C1C1CRjjRjAVV令令)CRf( jfCRjA1111VH2111211令令1121CRfH有有)ff( jH11VHAoV1C 1R

24、iV第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應復模表達式，即幅頻響應復模表達式，即幅頻響應 復角表達式，即相頻響應復角表達式，即相頻響應 復數表達式復數表達式)ff( jH11VHA211)ff(AHVH)ff(arctgHHoV1C 1RiV第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Hff 0dB20lg 1VHVHAA，Hff ffAHVHH01 ff 101VHAdBgAVH200l2Hff 7070.AVHdBgAVH320l當當時，時，時，時， 若若為轉折頻率為轉折頻率時，時，這是一條斜線，斜率為這是一條斜線

25、，斜率為20dB/十倍頻；十倍頻；幅頻響應幅頻響應的一條直線，平行于橫軸；的一條直線，平行于橫軸；產生最大誤差產生最大誤差RC低通電路頻率特性曲線低通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖當當當當3.7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應211)ff(AHVH第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Hff Hff H0.1ff Hff 時，時， 為轉折頻率為轉折頻率時，時，的直線表示；的直線表示；RC低通電路頻率特性曲線低通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖當當當當相頻響應相頻響應近似用近似用0H90H10 ff 若若07510.arctg的直線表示；的直線表

26、示；近似用近似用0H0o45H當當時，時， 若若038410.arctg3.7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應)ff(arctgHH第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性幅頻響應幅頻響應RC低通電路頻率特性曲線低通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖H10fHff0dBdB/AlgV20十十倍倍頻頻斜斜率率dB/20-20dBHff 0dB20lgVHAHff H01 ff dBgAVH200l2Hff dBgAVH320l斜率為斜率為20dB/十倍頻；十倍頻；3.7.3 RC低通電路分析低通電路分析放大器的高頻響應放大器的高頻響應211)ff(AHVH

27、近似近似折線折線實際曲線實際曲線第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性H0.1ff Hff 轉折頻率轉折頻率處處直線直線RC低通電路頻率特性曲線低通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖相頻響應相頻響應90LH10 ff 直線直線0Lo45H)ff(arctgHHH10 fHffH十倍頻十倍頻斜率斜率/45-45H10f.-900近似近似折線折線實際曲線實際曲線第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性RC低通電路頻率特性曲線低通電路頻率特性曲線折線波特圖折線波特圖H10fHff0dBdB/AlgV20十十倍倍頻頻斜斜率率dB/20-20dBH10 fH10f.HffH十倍頻十倍頻斜率斜

28、率/45-45-900H10f.第六章集成運算放大器RC電路全頻率范圍折線波特圖H10fHff十十倍倍頻頻斜斜率率dB/20H10f.L10f.L10 fLf0dBdB/AlgV20十倍頻十倍頻斜率斜率dB/20-20dBH10 fH10f.Hff十倍頻十倍頻斜率斜率/45L10f.LfL十倍頻十倍頻斜率斜率/4545900L10 f- 45- 90高通相位超前高通相位超前高頻響應高頻響應低通相位滯后低通相位滯后 低頻響應低頻響應第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性 分析思路： 分析管子結構，畫出管子的高頻型等效電路 利用密勒定理，將型電路化為互不聯系的輸入輸出回路 將輸入輸出回路等效

29、成RC低通電路的形式 求出高頻電路的AV表達式 求出上限頻率fH的值3.7.4 單級放大器的高頻響應（以共射電路為例）單級放大器的高頻響應（以共射電路為例）高頻區與頻率相關現象：高頻區與頻率相關現象：當信號頻率升高時，器件內部的極間和引線電容影響不可當信號頻率升高時，器件內部的極間和引線電容影響不可忽略，致使放大倍數下降。忽略，致使放大倍數下降。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z由于要使用密勒定理，我們首先介紹密勒定理由于要使用密勒定理，我們首先介紹密勒定理1). 密勒定理密勒定理設有一個任意的包含設有一個任意的包含N個獨立節點的網絡個獨立節點的網絡1.2.N,我們可以我們

30、可以取其中任意一個節點作為該網絡的公共點取其中任意一個節點作為該網絡的公共點參考電位。參考電位。如取節點如取節點N為公共點，令為公共點，令VN=0 ；假設在節點假設在節點1和節點和節點2之間接有阻抗之間接有阻抗Z，并設節點并設節點1、2相對相對N的電壓為的電壓為 V1、V2；且己知這兩節點電壓之比且己知這兩節點電壓之比2V1V2I1I 12N12VVKV第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理假設在節點假設在節點1和節點和節點2之間接有阻抗之間接有阻抗Z，并設節點，并設節點1、2相對相對N的電壓為的電壓為 V1、V2；且己知這兩節點電壓之比；且己知這兩節點

31、電壓之比則由節點則由節點1流向節點流向節點2的電流為的電流為2V1V2I1I 12N12VVKV0NVVVKZVZKVVZVVI1111211111ZVIVKZZ11令令則則這說明什么？這說明什么？第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理從從V1流過阻抗流過阻抗Z的電流的電流=從節點從節點1出發流過出發流過Z1到公共點到公共點N的電流的電流2V1V2I1I 12N0NV111ZVIVKZZ11令令則則這說明什么？這說明什么？第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理2V1V2I1I 12N0NVVVKZVZKVVZVVI

32、11222122222ZVIVKZZ112令令則則這說明什么？這說明什么？同理，可以得到：同理，可以得到：從節點從節點2(V2)流過阻抗流過阻抗Z流向節點流向節點2的電流的電流I2為：為：第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理從從V2流過阻抗流過阻抗Z的電流的電流=從節點從節點2出發流過出發流過Z2到公共點到公共點N的電流的電流2V1V2I1I 12N0NV222ZVIVKZZ112令令則則這說明什么？這說明什么？第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性Z2Z1Z1). 密勒定理密勒定理結論：結論：跨接在節點跨接在節點1和節點和節點2的阻抗的阻抗Z，

33、可，可等效到輸入輸出回路，等效到輸入輸出回路，分別是：分別是：2V1V2I1I 12N0NVVKZZ112VKZZ11實際意義：實際意義：可以將聯系輸入輸出回路的公共元件轉化到輸入輸出回可以將聯系輸入輸出回路的公共元件轉化到輸入輸出回路，使輸入輸出回路單向化（不要相互牽扯）。路，使輸入輸出回路單向化（不要相互牽扯）。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性 分析思路： 分析管子結構，畫出管子的高頻型等效電路 利用密勒定理，將型電路化為互不聯系的輸入輸出回路 將輸入輸出回路等效成RC低通電路的形式 求出高頻電路的AV表達式 求出上限頻率fH的值3.7.4 單級放大器的高頻響應（以共射電路為例

34、）單級放大器的高頻響應（以共射電路為例）高頻區與頻率相關現象：高頻區與頻率相關現象：當信號頻率升高時，器件內部的極間和引線電容影響不可當信號頻率升高時，器件內部的極間和引線電容影響不可忽略，致使放大倍數下降。忽略，致使放大倍數下降。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3.7.4 單級放大器的高頻響應（以共射電路為例）單級放大器的高頻響應（以共射電路為例）在高頻時，三極管由于器件內部的結電容的存在，它對信在高頻時，三極管由于器件內部的結電容的存在，它對信號有一個適應過程，對于共射電路而言，頻率過快號有一個適應過程，對于共射電路而言，頻率過快Ic老跟老跟不上不上Ib的變化。的變化。2).

35、三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化 等效變換 1)用PN結高頻電路代替三極管的集電結和發射結； 2)用rbb表示基區體電阻，發射區集電區體電阻很?。?0）忽略不計； 3). 用rce表示電流源的電阻，用gmVbe表示三極管的電流放大作用。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化bb rcrb ebvcbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg發射結發射結集電結集電結C、E極間電阻極間電阻基區體電阻基區體電阻集電區體電阻集電區體電阻發射區體電阻發射區體電阻第六章集

36、成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化bb rcrb ebvcbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg受控受控電流源電流源集電結電容集電結電容集電結電阻集電結電阻發射結電阻發射結電阻發射結電容發射結電容第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化bb rb ebvbcbrcb Cereb reb Cecerebmvg發射結發射結集電結集電結crce這個電路很象這個電路很象“”字，所以稱為混合參數字，所以稱為混合參數形等效電路

37、。形等效電路。發射區體電阻很發射區體電阻很小，忽略不計小，忽略不計集電區體電阻很集電區體電阻很小，忽略不計小，忽略不計第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化bb rb ebvbcbrcb Ceb reb Cecerebmvgce通常有：通常有：rce、rbc很大可以視為開路，忽略不計很大可以視為開路，忽略不計此時，得到三極管的高頻等效電路的簡化模型此時，得到三極管的高頻等效電路的簡化模型eb1bbber )(rr)A(I)m(rebmV26E其中其中重要！重要！第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2)

38、. 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化在低頻和中頻時，在低頻和中頻時， Cbe、Cbc很大可以視為開路，忽略不計很大可以視為開路，忽略不計三極管低頻等效電路三極管低頻等效電路低頻小信號模型（低頻小信號模型（H參數微變模型）參數微變模型）bb rb ebvbcb Ceb reb Ceebmvgceebb rb ebvbeb rebmvgce第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性2). 三極管的高頻等效模型三極管的高頻等效模型型等效電路及簡化型等效電路及簡化三極管低頻等效電路三極管低頻等效電路兩者等效兩者等效ebb rb ebvbeb rebmvgceb

39、+_rbevbeib+_ec ibicvce第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性 ov2CivCCV bRCR1C TLR3). 共射電路的高頻響應等效電路共射電路的高頻響應等效電路交流通路交流通路LRiv ov CRTbRebcsv sR第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性 3). 共射電路的高頻響應等效電路分析共射電路的高頻響應等效電路分析交流通路交流通路LRiv ov CRTbRebcsv sRLR ov CRbRbecicsRiv 高頻等效電路高頻等效電路bb rb ebvcb Ceb reb Cebmvgsv第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3). 共射電路

40、的高頻響應等效電路分析共射電路的高頻響應等效電路分析LR ov CRbRbecicsRiv bb rb ebvcb Ceb reb Cebmvgic應用密勒定律應用密勒定律將將Cbc等效到等效到輸入回路輸入回路C1輸出回路輸出回路C21Csv LR ov CRbRbecsRiv bb rb ebv2Ceb reb Cebmvg電路單向化電路單向化sv)K(jKXVc bV1C11XCC11)K(CCVc b11)K(CjKKKXXCVc bVVVC1122VVc bK)K(CC12第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性e bCC 11C3). 共射電路的高頻響應等效電路分析共射電路的高頻

41、響應等效電路分析LR ov CRbRbecicsRiv bb rb ebv2Ceb reb Cebmvg輸入回路的簡化輸入回路的簡化輸出回路的簡化輸出回路的簡化C2很大，忽略很大，忽略svRb很大，開路忽略很大，開路忽略第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性3). 共射電路的高頻響應等效電路分析共射電路的高頻響應等效電路分析LR ov CRbecicsRiv bb rb ebve bCC 1ebmvgeb r輸入回路變換成低通電路輸入回路變換成低通電路電阻在前，電容在后電阻在前，電容在后sv ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsv第六章集成運算放大器3.

42、7 頻率響應與穩定性4). 共射電路的高頻響應共射電路的高頻響應AVH及上限頻率及上限頻率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvSe bbbe be bbbSe bbbSbeLbeOVrrr)rr(R)rr(CRjVCRjVRjjVRVgVbbSSSSm1111C1C1RRe bbbe be bbbSe bbbLSOVHSrrr)rr(R)rr(CRjRgVVAbbSm11RR第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性4). 共射電路的高頻響應共射電路的高頻響應AVH及上限頻率及上限頻率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1e

43、bmvgsve bbbe be bbbSe bbbLSOVHSrrr)rr(R)rr(CRjRgVVAbbSm11RRHfCR 21S令令)ff( jrrr)rr(R)rr(RgAHe bbbe be bbbSe bbblVHS11bbmRR第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性4). 共射電路的高頻響應共射電路的高頻響應AVH及上限頻率及上限頻率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf其中其中)ff( jrrr)rr(R)rr(RgAHe bbbe be bbbSe bbblVHS11bbmRR)ff( jAAHVMVHS11e b

44、bbe be bbbSe bbblVMrrr)rr(R)rr(RgAbbmRR第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性4). 共射電路的高頻響應共射電路的高頻響應AVH及上限頻率及上限頻率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf又因為又因為e bbbe be bbbSe bbblVMrrr)rr(R)rr(RgAbbmRRe bbbbee brrrrgmeMbSLVrRRA中頻電壓放大倍數與第中頻電壓放大倍數與第4節計節計算結果相同。算結果相同。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性4). 共射電路的高頻響應共射電路的高頻響應AV

45、H及上限頻率及上限頻率fH ov LRRCee bbbsrrRRsebve bCC 1ebmvgsvCR 21SHf當當)ff( jAAHVMVHS11Hff 時，時，幅頻響應幅頻響應VMVHSA.A7070相頻響應相頻響應45c)ff(tgarH第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性5). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性 由于結電容的影響，使由于結電容的影響，使f升高時，升高時，Ib部分部分電容分流使流過電流減小，從而使電容分流使流過電流減小，從而使下降下降 是頻率是頻率f的函數。它們之間的關系究竟怎的函數。它們之間的關系究竟怎樣呢？樣呢？第六章集成運算放大器

46、3.7 頻率響應與穩定性0ceVbcIIbcII 和和ffjrCCjrgoe bc be be bm115). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性求解思路如下：求解思路如下：由定義由定義求出求出經過推導有：經過推導有：21ffo共共發發射射極極截截止止頻頻率率c be be bCCrf21第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性的意義：的意義：f中中頻頻共共射射電電流流放放大大倍倍數數時時，當當o.ff70705). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性求解思路如下：求解思路如下：共共發發射射極極截截止止頻頻率率c be be bCCrf2121f

47、fof0flglg20 ff ff 十十倍倍頻頻斜斜率率dB/20第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性三極管的特征頻率。三極管的特征頻率。時，時，當當；，若若TffTf1的意義：的意義：f5). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性求解思路如下：求解思路如下：共共發發射射極極截截止止頻頻率率c be be bCCrf21中中頻頻共共射射電電流流放放大大倍倍數數時時，當當o.ff7070的意義：的意義：Tf電電流流放放大大能能力力了了。，此此時時三三極極管管已已經經沒沒有有時時，當當1Tff第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性的關系的關系與與Tff的意義：的意

48、義：f中中頻頻共共射射電電流流放放大大倍倍數數時時，當當o.ff70705). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性共共發發射射極極截截止止頻頻率率c be be bCCrf21的意義：的意義：Tf電電流流放放大大能能力力了了。，此此時時三三極極管管已已經經沒沒有有時時，當當1TffToToTooffffffff222111，ffoT第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性的關系：的關系：和和ffffjo115). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性同理，共基電流放大系數同理，共基電流放大系數求出求出的意義：的意義：f中中頻頻共共基基電電流流放放大

49、大系系數數時時，當當o.ff7070oooooooffjffjffjffj11111111第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性的關系：的關系：和和ffffjo1Tooffff15). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性同理，共基電流放大系數同理，共基電流放大系數求出求出oooooooffjffjffjffj11111111第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性ffoTffo 15). 三極管電流放大系數的頻率特性三極管電流放大系數的頻率特性結論結論fffT第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性 在射極偏置共射放大電路，當信號頻率進入低在射極偏置共射放大

50、電路，當信號頻率進入低頻區時，電壓放大器倍數的降低是由于耦合電容和頻區時，電壓放大器倍數的降低是由于耦合電容和旁路電容的影響。這時耦合電容和旁路電容不能忽旁路電容的影響。這時耦合電容和旁路電容不能忽略不計，應保留在電路中。略不計，應保留在電路中。3.7.5 單級放大器的低頻響應（以射偏共射電路為例）單級放大器的低頻響應（以射偏共射電路為例） 將輸入輸出電路轉化成將輸入輸出電路轉化成RC高通電路的形式；求高通電路的形式；求出高頻電路的電壓放大倍數表達式，由表達式求出出高頻電路的電壓放大倍數表達式，由表達式求出電路的下限截止頻率。電路的下限截止頻率。第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性1）

51、當信號頻率進入低頻區時，畫出放大電路的低頻等效電路；）當信號頻率進入低頻區時，畫出放大電路的低頻等效電路；2）將輸入輸出電路等效成）將輸入輸出電路等效成RC高通電路的形式；高通電路的形式；3）求出低頻電路的）求出低頻電路的AVL表達式；表達式；4）求出下限頻率）求出下限頻率fL。3.7.5 單級放大器的低頻響應（以射偏共射電路為例）單級放大器的低頻響應（以射偏共射電路為例）其分析思路如下：其分析思路如下： CCV cRiVoV 2bCb1R1bC TLRb2R eReC sVsR第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性1）低頻等效電路及其簡化）低頻等效電路及其簡化CCV sRcRiVoV

52、2bCb1R1bC TLRb2R eReC sVbIberbIb cesV b2b1RRcRLRoV eRsR2bC1bCeC第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性1）低頻等效電路及其簡化）低頻等效電路及其簡化bIberbIb cesV b2b1RRcRLRoV eRsR2bC1bCeCRe很大，開路忽略很大，開路忽略Rb很大，開路忽略很大，開路忽略Ri此電路直接分析很煩瑣，在工程上作合理的簡化是必須的此電路直接分析很煩瑣，在工程上作合理的簡化是必須的ib2b1RRR由于由于k81.Re若低頻工作頻率為若低頻工作頻率為 當當z20Hf z20Hf 1605020610C216ef則容抗則

53、容抗簡化電路簡化電路第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性sRbIberbIb cesV cRLRoV 2bC1bCeC簡化電路簡化電路z20Hf 2）將輸入輸出電路等效成）將輸入輸出電路等效成RC高通電路的形式；高通電路的形式；RC高通電路：高通電路：電容在前，電容在前，電阻在后；電阻在后；將將Ce折算到基極回路，保持在折算到基極回路，保持在壓降不變，電流由壓降不變，電流由IeIb；則；則應將容抗擴大（應將容抗擴大（1+ ）倍；即）倍；即電容減?。娙轀p?。?+ ）倍）倍將將Ce折算到輸出回路，保持在折算到輸出回路，保持在壓降不變，電流由壓降不變，電流由IeIc，基本，基本不變，容抗不變；即電容不變不變，容抗不變；即電容不變eC1eC第六章集成運算放大器3.7 頻率響應與穩定性sRbIberbIb csV cRLRoV 2bC1bC簡化電路簡化電路z20Hf 2）將輸入輸出電路等效成）將輸入輸出電路等效成RC高通電路的形式；高通電路的形式；輸出回