第45章 集成运放及放大电路的频率响应
放大电路的频率响应
放大电路的频率响应（1）频率响应的基本概念a）影响放大电路频率响应的主要因素放大电路中电抗性元件的阻抗是频率的函数，它们使电路的放大倍数随信号频率的变化而变化。
其中耦合电容和旁路电容影响放大电路的低频特性；晶体管的结电容和分布电容影响放大电路的高频特性。
b）频率响应及其主要指标频率响应是放大电路输入正弦波小信号的条件下，测量或分析其Au ~ f、~ f的关系，并用fL、fH、fbw定量描述其频率特性的方法。
其中Au ~ f为幅频特性，~ f为相频特性。
它是在频率的范畴内讨论放大电路的频率特性，所以称为频域法，也称为稳态法。
上限截止频率fH和下限截止频率fL定义为信号频率变化时，电路增益的幅值下降到0.707Aum所对应的频率，其中Aum为中频时电路增益的幅值。
当信号频率上升时，增益下降到0.707Am所对应的频率称为上限频率fH；当信号频率降低时，增益下降到0.707Am所对应的频率称为下限频率fL。
频带宽度fbw定义为上、下限截止频率之差值，即fbw=fH－fL。
当fHfL 时，fbw≈fH。
增益带宽积GBP定义为中频增益与带宽乘积，即GBP=Aumfbw≈AumfH。
该指标综合表征了增益与频带宽度的指标。
c）线性失真当放大电路输入非正弦波信号，且电路无非线性失真（饱和、截止失真）时，由于放大电路对输入信号中不同频率重量具有不同的放大力量和相移，产生输出波形的失真，称为线性失真，也称为频率失真。
线性失真包括幅度失真和相位失真。
d）瞬态响应及其主要指标当放大电路输入阶跃信号时，放大电路输出信号随时间变化的特性就是瞬态响应，也称为阶跃响应。
它是以时间作参量来描述放大电路的频率特性，所以又称为时域法。
上升时间tr和平顶降落率δ是表征瞬态响应的指标。
在单极点的状况下，理论和实践均证明上升时间tr与上限频率fH之间的关系可近似表述为fH tr≈0.35。
（2）频率响应的分析计算方法a）晶体管高频等效电路h参数微变等效电路是晶体管的低频等效电路，仅适用低频小信号分析；混合π型等效电路是考虑了晶体管结电容效应的物理模型，具有较大的通用性，可适用于高频信号的分析。
高二物理竞赛课件放大电路的频率响应
忽略 rbc 和 rce
混合型 高频小信号模型
2. BJT高频小信号模型中元件参数值的获得
rbe
(1
β)
VT I EQ
gm
β rbe
IEQ VT
Cbe
gm 2πfT
Cbc rbb和 fT从手册中查出
3.6.3 单级共射极放大电路的频率响应
1. 高频响应
①型高频等效电路
1
AVH
Vo Vi
jC
R 1
jC
1
1
1 jRC 1 j2f RC
令f H
1
2RC
则：AVH
1
1 j
f
fH
AVH
1 1 ( f fH )2
arctg( f f H )
二、单时间常数RC电路的频率响应
相频响应
arctg( f / fH )
当 f fH 时， 0 当 f fH 时， 90 当 f fH 时， 45
放大电路的频率响应
放大电路的频率响应
频率响应概述 单时间常数RC电路的频率响应 晶体管高频等效模型 单管放大电路的频率响应 多级放大电路的频率响应
二、单时间常数RC电路的频率响应
1. RC低通电路的频率响应（高频响应）
放大电路的高频区，频率响应主要是受极间电容和接线电容 影响。他们在电路中是并联的，其响应可用RC低通电路模拟。
三、BJT的高频小信号模型及频率参数
（2）用
.
gm V b'e
代替
.
Ib
根据这一物理模型可以画出高频小信号模型。
rb'e---发射结电阻re归算到基极回路的电阻
高频小信号模型电路
放大电路频率响应
放大电路频率响应放大电路频率响应是指放大电路对输入信号频率的响应程度。
在实际应用中，我们通常会使用放大电路来放大特定频率范围内的信号。
因此，了解和研究放大电路的频率响应对于电子工程师来说至关重要。
1. 频率响应的定义放大电路的频率响应是指输出信号的幅度和相位与输入信号幅度和相位之间的关系。
频率响应通常以幅频特性和相频特性来描述。
幅频特性表示了放大电路在不同频率下的增益变化情况，而相频特性则表示了输出信号与输入信号之间的相位差随频率变化的情况。
2. 低频放大电路的频率响应低频放大电路通常是指对低频信号进行放大的电路，如音频放大器。
在低频范围内，放大电路的增益通常是比较高的，且相位差变化较小，可以近似认为是线性的。
因此，在低频范围内，放大电路的频率响应一般是比较平坦的。
这也是为什么音频放大器可以将输入信号的音频频率范围放大到可听的范围。
3. 高频放大电路的频率响应高频放大电路通常用于对高频信号进行放大，如射频放大器。
在高频范围内，放大电路的增益会随着频率的增加而下降，并且相位差也会随之变化。
这是因为高频信号的传输特性会受到电感、电容和电阻等因素的影响。
因此，在设计和应用高频放大电路时，需要考虑这些因素，以获得所需的频率响应。
4. 频率响应测量与分析为了准确测量和分析放大电路的频率响应，常用的方法包括频率响应曲线测量和Bode图分析。
在频率响应曲线测量中，会对放大电路输入不同频率的测试信号，然后测量输出信号的幅度和相位差。
通过将这些数据绘制成曲线，可以得到放大电路在不同频率下的频率响应特性。
而Bode图则将频率响应的幅度和相位差以对数坐标的形式绘制出来，更直观地反映了放大电路的频率响应情况。
总结：放大电路的频率响应对于实际应用具有重要意义。
了解放大电路的频率响应可以帮助我们选择适合的放大电路来满足特定的需求。
通过频率响应测量和分析，我们可以更好地研究和设计放大电路，以实现所需的频率响应特性。
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。
高二物理竞赛课件放大电路的频率响应
二、频率特性曲线及其画法
1.共射电路全频段频率响应 分三个频段进行
➢先画幅频特性，顺序是中频段、低频段和高频段。 将三个频段的频率特性合起来就是全频段的幅频特性，
➢再根据幅频特性画出相应的相频特性。
(1)全频段
Aus
(1
j
AuSM fL )(1
j
f
)
f
fH
放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时产生的 波形失真叫相位失真。
4. 非线性失真
非线性失真产生的主要原因来自两个方面: ①晶体管等特性的非线性; 固有失真 ②静态工作等位置设置的不合适或输入信号过大。 由
于放大器件工作在非线性区而产生的非线性失真有4 种: 饱和失真、截止失真、交越失真和不对称失真.
放大电路的频率响应
放大电路的频率响应
一、基本概念
(一)频率响应（频率特性） Au（复数）= |Au|∠φ 放大电路对不同频率信号的适应程度。
图3-9 共射电路的频率响应 (a)共射放大电路； (b)幅频特性； (c)相频特性
(三)下限频率fL、上限频率fH及通频带fbW
PO
U
2 O
RL
f fH , f fL
PO
PL
(UO RL
2)2
UO2 2RL
半功率频率fL 、 fH
fbW fH fL fH
通频带的宽度表征放大电路对 不同频率输入信号的响应能力， 是放大电路的重要技术指标之 一。
(二)中频段、低频段和高频段 当全面分析频率响应时，常分为三个频段：中频段、
低频段与高频段。
1、中频段--在通频带以内的频率范围
4. 和非线性失真的区别
⑴ 产生原因不同 线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的失真；
5.2 放大电路的频率响应
低频电压放大倍数： 2、低频电压放大倍数：定量分析
Rs Us . Ui . Au . Uoo C RL . Uo
C所在回路的时间常数？ 所在回路的时间常数？ 所在回路的时间常数
Ausmo
rb'e Ri = ⋅ ⋅ (− g m Rc ) Rs＋Ri rbe
ɺ ɺ ɺ U o U oo U o RL ɺ = ɺ Ausl = ⋅ = Ausmo ⋅ ɺ ɺ U ɺ 1 Us Us oo Rc + + RL jωC ɺ RL Rc + RL Ausm ɺ ɺ Ausl = Ausmo ⋅ ⋅ = 1 1 Rc + + RL Rc + RL 1 + jωC jω ( Rc + RL )C
高频电压放大倍数： 3、高频电压放大倍数：定量分析
R = rb' e ∥ ( rbb' + R b ∥ R s )
ɺ Aush
ɺ ɺ ɺ ɺ U o U s' U C 'π U o = = ⋅ ' ⋅ ɺ ɺ ɺ ɺ U s U s U s U C'
ɺ ɺ Uo Ausm = = ɺ Us 1+ j f fH
' ' g m RL ↑→ Cπ ↑→ f H ↓ ' ɺ g m RL ↑→ Aum ↑
矛盾
当提高增益时， 当提高增益时， 带宽将变窄；反之， 带宽将变窄；反之， 增益降低， 增益降低，带宽将 变宽。 变宽。
带宽增益积： 5、带宽增益积：定量分析
根 A = Ri ⋅ rb'e ⋅ [ − g ( R ∥ R )] ɺ m c L 据 usm Rs + Ri rbe
高二物理竞赛课件集成运放的频率响应和频率补偿
20lg Aod / dB
Gm为幅值裕度
O
fc
m为相位裕度
Gm f
φ
00
f0
Gm 20lg Aod f f0
f
-900
-1800
m
m 1800 f fc
一般要求Gm 10dB，m 450
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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
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ui
UI
o
uo
Um 0.9Um
0.1Um
o tr
uo
Uom U o m
t o
tp t
1. 上升时间 tr 2. 倾斜率
Uom Uom 100%
t
Uom
3. 超调量
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频率响应与阶跃响应的关系
以单管共射放大电路为例
f H 与tr 之间的关系 tr 2.2RC
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
频率响应
频率补偿
一、集成运放的频率响应
20lg Aod / dB
-20dB/十倍频 -40dB/十倍频
低频特性很好
-60dB/十倍频
O
φ
100 101
f0 fc
102 103 104
f /HZ
C 或Cgs很大
-450 -900
f 内部必须接补偿电容
f = f0 时极间电容引起的附加相移为±1800
20lg Aod / dB
fc ：单位增益带宽 此时差模增益下降为0dB
O
φ
-450 -900 -1350 -1800 -2250 -2700
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。
多级放大电路的频率响应
稳定性判据
劳斯稳定判据
通过计算系统的极点和零点，判断系 统是否稳定。如果所有极点都位于复 平面的左半部分，则系统稳定。
奈奎斯特稳定判据
通过分析系统的频率响应，判断系统 是否稳定。如果系统的频率响应在所 有频率下都不产生负相角，则系统稳 定。
相位裕度的概念
相位裕度是衡量系统稳定性的一个重要参数，表示系统在特 定频率下相位滞后或超前的程度。
重要性及应用领域
重要性
频率响应决定了放大电路的应用 范围，良好的频率响应可以提高 信号质量，扩大电路的应用领域 。
应用领域
多级放大电路的频率响应在通信 、雷达、音频处理、控制等领域 有广泛应用。
02
多级放大电路的基本概念
放大电路的级联
多个放大电路按照一定的方式连接起来，形成一个整体，实现信号的逐级放大。 级联的方式可以是串联、并联或串并联混合。
详细描述
负载阻抗的大小决定了放大电路的输出阻抗匹配。当 负载阻抗与放大电路输出阻抗不匹配时，会产生信号 反射和能量损耗，导致频率响应的畸变。此外，负载 阻抗还会影响放大电路的带宽和稳定性。
总结词
环境因素对多级放大电路的频率响应具有重要影响。
详细描述
环境因素包括温度、湿度、电磁干扰等， 这些因素会影响放大电路中元件的参数 和性能，从而影响频率响应。例如，温 度变化会导致元件参数发生变化，进而 影响放大电路的增益和带宽。电磁干扰 会导致信号失真和噪声增加，影响频率 响应的稳定性。因此，在设计和应用多 级放大电路时，需要考虑环境因素的影 响，采取相应的措施进行优化和控制。
负反馈能够减小多级放大电路中的非 线性失真，提高信号的保真度，从而 改善频率响应。
扩展带宽
负反馈能够扩展多级放大电路的带宽， 使其在更宽的频率范围内保持稳定的 性能。
放大电路的频率响应PPT课件
2019/11/26
f f
6
§ 22..77 .放2 大B电J路T的的频高率频响应小信号模型及频率参数
1. BJT高频小信号模型
+
c
混合π型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的。
b'是假想的基区内的一个点。
rbb' ——基区的体电阻
rb‘e——发射结电阻 Cb‘e——发射结电容 rb‘c——集电结电阻
相频响应：
H arctg( f fH )
2
2.7 放大电路的频率响应
幅频响应：
AVH
1 1 ( f fH )2
当 f fH 时，
20 lg AVH / dB
0.1f
0
H
-20
-40
-3dB
fH 10fH 100fH f
-20dB/十倍频程
1
AVH
1 1 ( f / fH )2
f -20dB/十倍频程
fH 10fH 100fH f
45 / 十倍频
这种对数频率特性曲线称为波特图(bode plot)，
2其019中/11f/2H6是一个重要的频率点，称为上限截止频率。
4
2.7 放大电路的频率响应
2. RC高通电路频率响应
（1）频率响应表达式：
AVL
Vo Vi
b 'C
得:
gm rb'e
1 j r b'e (Cb'e Cb'c )
. 将c、e短路。
b Ib b'
Cb'c
+
r
+.
b'b
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（2）共模抑制比KCMR。 （3）差模输入电阻rid。 （4）输入失调电压UIO及其温漂dUIO/dT。 （5）输入失调电流IIO及其温漂dIIO/dT。 （6）输入偏置电流IIB。 （8）最大差模输入电压UIdmax。 （9）-3dB带宽fH。 （10）单位增益带宽fc。 （7）最大共模输入电压UIcmax。
5 - 1 - 14
在放大电路中 1）由于耦合电容的存在,对信号构成高通电路。即对于频率足够高的信号,电容相当于短 路,信号毫无损失通过。（如果频率下降,容抗增大产生压降,使Au下降）
2）由于晶体管结电容的存在,对信号又构成低通电路。即对于信号频率足够低时,相当于 开路,对电路不产生影响。而当频率升高时,极间电容将分流,从而导致Au下降,产生相移。
由此可见，信号频率过高或过低都将影响放大电路对信号的放大能力，导致Au下 降。只有信号的频率在一定范围内，信号才能被正常放大。
5 - 1 - 15
二、高通电路
UO Au Ui
如果令：
R 1 R j C
1 1 1 jRC
—— 时间常数 下限截止频率
τ RC
1 1 L τ RC
5-1-6
集成运放由四部分组成
输入级：是双端输入的高性能差分电路。 Ad 大，Ri 高，抑制 uIC能力强。 中间级：一般为共射放大电路，具有较大的 Au。
输出级：互补对称输出级，Ro 小，带负载能力强。
偏置电路：保证电路正常工作及提供能量来源。电子电路中必不可少的一部分。
5-1-7
集成放大器的符号： （具体电路见：P197~200）
“虚断”是指集成运放两个输入端的电流趋于零，但又不是真正断路。
对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输 出信号关系的基本出发点。
5 - 1 - 11
当集成运放工作在线性区，即满足“虚短”和“虚短”的条件。 对于工作在线性区 的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。
uP uN
iP iN 0
5 - 1 - 12
第五章 放大电路的频率响应
. 频率响应概述 . 晶体管的高频等效模型 . 放大电路的频率响应
5 - 1 - 13
5.1 频率响应概述 一、 频率响应的概念： 在放大电路中，放大倍数与信号频率的函数关系，称为频率响应或频率特性。
放大电路中由于C，L及晶体管极间电容的存在，电路对不同频率的信号具有不同 的放大能力。 在第二章中2.1介绍电路性能时，简单说明了通频带的概念。指出放大电路对某一 频率范围的信号能正常放大，这个频率范围称为通频带。 了解电路对不同频率信号的放大能力，在使用电路前应查阅资料，了解通频带， 确定电路的适用范围。
up 与uO 相位相同， up—为同相输入端； uN 与uO相位相反， uN —为反相输入端。
输入与输出信号的关系： uo = Aod ( up– uN ) 集成运放的电压放大倍数称为差模开环放大倍数,记作Aod。通常Aod非常高， 可达几十万倍。
5-1-8
集成运放的性能指标 （1）开环差模增益Aod：常用分贝（dB）表示，其分贝数为20lg|Aod|。
5-1-4
第四章 集成运算放大器（简介）
. 集成运算放大器的组成 . 集成运算放大器的特点
5-1-5
第四章 集成运算放大器
一、 集成运放的组成 从外部看，集成运算放大器是一个双端输入，单端输出，具有高差模放大 倍数Ad，高Ri，低Ro, 能较好地抑制温漂的差动放大电路。
集成运算放大器特点: 1）高增益的多级放大电路—大的电压放大倍数 2）集成电路 3）直接耦合放大电路。
于是有：
uP uN
称两个输入端为“虚短”。
“虚短”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路。
5 - 1 - 10
2、两个输入端的输入电流均为零。 即：
iP iN 0
零。
称两个输入端“虚断”
因为差模输入电阻 Rid 很大，理想时为无穷大；净输入电压 up– uN 近似为
iI = (up– uN ) / Rid 所以两个输入端的输入电流也均为零. 也就是从集成运放输入端看进去相当于断路，称两个输入端“虚断”。
第三章 复习
. 多级放大电路的分析： 1、静态分析（静态工作点的计算） 2、动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）
. 差分放大电路： 1、差分放大电路的主要作用 2、差分放大电路的分析 1）静态分析（静态工作点的计算） 2）动态分析（画微变等效电路、计算Au、Ri、Ro）
5-1-1
例：电路如图所示，晶体管的β=50， rbb’ =100Ω （1）计算静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位； （2）求电路的Ad 、 Ri、RO。 解:（1）用戴维宁定理计算出左边电路的电源和等 效电阻为：
RL V VCC 5V RC RL
' CC
R RC // RL 6.67k
' L
5-1-2
静态时T1和T2的集电极电流和集电极电位CQ I EQ VEE U BEQ 2 Re 0.265mA
' I R' 3.23V UCQ1 VCC CQ L
（11）转换速率SR。
5-1-9
**二、 理想运放在线性工作区的特点 1、同相输入端电位近似等于反相输入端电位。 即:
uP uN
由于输入与输出的关系： uo =Aod(up– uN )，uo为有限值，开环Aod很大，一般为 105~107 ，理想时为无穷大，因而净输入电压
uP uN 0
U CQ2 VCC 15V
5-1-3
（2）电路的Ad 、 Ri、RO。
26mA rbe rbb ' (1 ) 5.1k I EQ
' RL Ad 32.7 2( Rb rbe )
Ri 2(Rb rbe ) 10.4k
RO RC 10k
Au 1
L 2f L
1 fL 1 jf
1 fL 2RC
f j fL f 1 j fL
L 1 j
5 - 1 - 16