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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。