5.1 放大电路的频率特性引 言
5.1.2 晶体管以及其单级放大电路的频率特性
5.1.3 集成运算放大器高频参数及其影响第 5 章线性集成电路的应用
5.1.1 简单 RC低通和高通电路的频率特性
fO
Aum1.幅频特性和相频特性
)()( ffAA uu
Au( f ) — 幅频特性
( f ) — 相频特性
0.707Aum
fO
Au
f L— 下限 截止 频率
f H — 上限截止频率
2,频带宽度 (带宽 )BW(Band Width)
BW = f H - f L? f H
引 言
fL fH
第 5 章 线性集成电路的应用一,RC 低通电路的频率特性
5.1.1 简单 RC 低通和高通电路的频率特性
1,频率特性的描述
R
C oU
iU
j1 1 j/1 j/1
i
o
RCCR
C
U
UA
u

H
j1
1
f
f?
令 1/RC =?H 则 fH = 1/2?RC
)/(1
1
2
H
ff
A u
H a r c t a n f/f-
滞后
90 0 H?-；时,uAff
0 1,0；时 uAf
- 45 0,7 0 7 21 H?；时,uAff
fO
|Au |
10.707
O–45?
–90?
fH
f
幅频特性相频特性第 5 章 线性集成电路的应用
2,频率特性的 波特图
f / fH0
20lg|A
u |/dB
–20
0
–45?
–90?
fH–40
0.1 1 10 100
0.1 1 10
f / fH
频率特性 波特图
–90?
f0
|Au |
10.707
0
–45?
fH
f
f? 0.1 fH 20lg|Au| = 0 dB 0?
f = fH 20lg|Au| = 20lg0.7070 = -3 dB?-? 45?
f? 10 fH 20lg|Au| = -20lg f / fH?-? 90?
– 3 dB
– 20 dB/十倍频
– 45?/十倍频
H/ a r c t a n ff-
)/(1
1
2
H
u ffA
第 5 章 线性集成电路的应用二,RC 高通电路的频率特性
RCCR
R
U
UA
u 1/j1
1
j/1 i
o


f
f L
j1
1
-
令 1/RC =?L 则 fL = 1/2?RC
超前
f/f ar c ta n L
)/(1
1
2
L
ff
A u

f? 10 fL 20lg|Au| = 0 dB
0?
f = fL 20lg|Au| = 20lg0.7071 = -3 dB
45?
f? 0.1 fL 20lg|Au| = -20lg f / fH 90?
R
C
oUiU

波特图频率特性
90?
fO
|Au |
1
0.707
O45?
fL
f
f / fLO
20lg|A
u |/dB
–20
O
45?
90?
–40
0.1 1 10
0.1 1 10
f / fL
– 20 dB/十倍频
–45?/十倍频第 5 章 线性集成电路的应用例 5.1.1 求已知一阶低通电路的上限截止频率。
0.01?F
1 k?
1 k?
1//1 k?
0.01?F
RCf 2
1
H F01.0k5.014.32
1

k H z )(8.31?
例 5.1.2 已知一阶高通电路的 fL = 300 Hz，求电容 C。
500? C
2 k?
RfC L2
1

2500Hz30014.32
1
F)(2 12.0
戴维宁定理等效第 5 章 线性集成电路的应用
5.1.2 晶体管及其单级放大电路的频率特性一,单级阻容耦合放大器的中频和低频特性
+VCCR
C
C1
C2
V
RL
+ +
RB1
RB2RSU
S
1,中频特性
C1,C2 可视为短路极间电容可视为开路
s0
sbe
L
s uu ARr
RA?
-
-? 180?
2,低频特性,极间电容视为开路耦合电容 C1,C2 与电路中电阻串联 容抗不能忽略第 5 章 线性集成电路的应用
bI

SR
SU
ber
CR LR
1C 2C
B'R
cI
bI?
SU
SR
ber
CR
LR
1C 2CbI
CRIb?
oI?
iU
oU?
2
L
s0
s )/ (1 ff
AA u
u
)/(a r c t a n180 L ff-
),(m a x L2 L1 L fff?
结论,频率降低,Aus 随之减小,输出比输入电压相位超前。
)(2 1
1beS
1L ；CrRf
2L
L2 )(2
1
CRRf C
R?B >> rbe
ff
AA u
u /j1
L
s0
s -?

第 5 章 线性集成电路的应用因? 值随频率升高而降低，高频下不能采用 H 参数等效电路。
二,单级放大器的高频特性
1,晶体三极管的混合? 型等效电路
B?
E
B
C
rbb?
rb?e
rb?c Cb?c
Cb?e
Cb?e,不恒定，
与工作状态有关
c,几 pF，限制着放大器频带的展宽
B B? C
iU oU

E
rbb?
rb?e C
b?e
Cb?c
bI?
bI?
ebm?Ug
bI
c I
受控电流源
0ceeb
c
m

U
U
Ig

三极管跨导
e0 eb )(1 rr
EQ
0
26)(1
I

低频电流放大系数
b
c
0 I
I

表示集电极有效输入电压 Ube 对 Ic
的 控制作用

第 5 章 线性集成电路的应用
2.? 与频率 f 的关系
= 0.707?0
f
o
0.707?o
f?
1
fT
f? — 共发射极截止 频率
fT — 特征频率? = 1
可 求得,
)(2
1
Cbebeb

CCr
f?
fCC
gf
0
cbeb
m
T )(2

同样可求得：
)(2
1
cbebe

CCr
f f)1( 0
可见：
fff T
O
第 5 章 线性集成电路的应用
3,晶体管单级放大电路高频特性 (C1,C2 视为 短路 )
E
B B? C
eb?U oU
rbb?
rb?e Cb?e
Cb?c
ebm?Ug
R?L
RS?
US?
rbb?
E
B B? C
oU
rb?e
Cb?e
ebm?Ug
R?LCM
RS
US?
eb?U

密勒等效
CM= (1 + gmR?L ) Cb?c
在输出回路略去 Cb?c
ebbbS
ebLm
s
o
s0


-
rrR
rRg
U
UA
u

H
s0
s
o
s j1
ω
ω
u
u
A
U
UA


H
s0
j1 ff
uA
R?L = RC // RL
H = 1/RtCt
fH = 1/2? RtCt
Rt = (RS + r bb?)//rb?e Ct = Cb?e + CM = Cb?e+(1 + gmR?L ) Cb?c
增益带宽积 G?BW = Aus0? fH
)(2
1
bbt
Lm

rRC
Rg
S
(常数 )
结论：频率升高,Au 减小输出相位滞后增益带宽积为常数第 5 章 线性集成电路的应用
5.1.3 集成运算放大器高频参数及其影响一,小信号频率参数
f/Hz
20lgAud (f)/dB
f HO f T
1,开环带宽 BW BW = f H
2,单位增益带宽 BWG BWG = fT
运放闭环工作时，
带宽增益积 = Aud f H
fH 为开环增益下降 3 dB 时的频率通用型 集成运放带宽 较 窄 (几赫兹 )
f T 为开环增益下降至 0 dB(即 Aud = 1)时的频率带宽增益积 = 1? f T = f T = BWG = Aud f H
BWG = Aud BW
f = 0，使 Auf = 1，当 Auf 降为 0.707 时，此时的频率即为 fT。
BWG = Auf BWf
如 741 型运放,Aud = 104,BW = 7 Hz,Auf = 10,则 BWf = 7 kHz
0
第 5 章 线性集成电路的应用二,大信号频率参数
1,转换速率 SR
输入输出
m a x
o
d
d
t
uS
R?
A 741 为 0.5 V/?s
高速型 SR > 10 V/?s
否则将引起输出波形失真例如,tUu?s i n
omo?
om0
oo
d
d
d
d
m a x
Ututu
t
t


则：
须使,SR > 2? f Uom
A741,Uom= 10 V 最高不失真频率为 8 kHz
2,全功率带宽 BWP
输出为最大峰值电压时不产生明显失真的最高工作频率三,高速宽带集成运放当 BWG > 2 MHz,BWP > 20 kHz,SR > 6 V/?s 选高速宽带运放第 5 章 线性集成电路的应用