ch06 频率响应.ppt

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1、第六章放大器的频率特性1放大器的频率特性前面我们对各种单级放大器的分析仅集中在它们的低频特性上，忽略了器件的寄生电容和负载电容的影响。然而在模拟电路中，电路的速度和其它性能指标是相互影响和相互制约的(如增益↑，速度↓；速度↑，功耗↑；噪声↓，速度↓)：可以牺牲其它指标来换取高的速度，也可以牺牲速度指标来换取其它性能指标的改善。因此理解单级放大器的频率响应是深入理解模拟电路的重要基础。2系统的传输函数在线性系统中,电容C的阻抗用1/SC,电感L的阻抗用SL,利用纯电阻分析方法求得输出电压与输入电压之比即为系统的传输函数

2、A(S)。即:A(S)=V0(S)/Vin(S),它是算子S的函数。传输函数具有重要意义，它不仅可以用来分析系统的频率特性，其L-1(A(S))(传输函数的拉普拉斯逆变换)就是系统的时域冲击响应，对于任意的输入信号与冲击响应的卷积，就是该输入信号作用于系统时系统的时域响应。右式为一两极点系统的传输函数,式中A0为系统的低频增益。3传输函数的零点和极点在A(S)令S=jω,则∠

3、A(jω)

4、的大小即是放大器的相频特性(即放大器相移与频率f的函数关系),它也是频率f的函数。显然,极点对相位的贡献为负,左半平面的零点对相位的

5、贡献为正,右半平面的零点对相位的贡献为负。令Z(S)=0,得零点SZ,令P(S)=0,得极点SP,零、极点都是复数。若Re(SZ)>0,则称SZ为右半平面零点,若Re(SZ)<0,则称SZ为左半平面零点;最靠近坐标原点的极点称为第一主极点，依次类推。稳定系统要求Re(SP)<0。在A(S)令S=jω(ω＝2f),则

6、A(jω)

7、模值的大小即是放大器的幅频特性(即放大器增益与频率f的函数关系),它是频率f的函数。fi=ωP(Z)i/2称为系统的极(零)点频率。4简单电路的传输函数ViV0式中:R极点5零、极点与放大器

8、带宽的关系放大器极点越多且这些极点相互靠得较近时(也就是这些极点的数值大小差不多)，放大器的带宽越窄。虽然放大器零点可以在右半复平面(RHP)也可以在左半复平面(LHP)，但两者对放大器的稳定性的影响差异很大：RHP零点对相位的贡献为负，放大器更不易稳定，LHP零点对相位的贡献为正，放大器易稳定些，也可以认为放大器的带宽可以做得更宽一些。6零、极点与放大器带宽的关系(例)设一运放有两个极点，没有零点，要得到60°相位余度,P2(第二极点)必须必须比GB(单位增益带宽)高1.73倍。设一运放有两个极点，一个RHP零点，若

9、零点比GB高10倍，要得到60°相位余度,P2必须必须比GB高2.2倍。设一运放有三个极点，没有零点，其最高极点比GB高10倍，要得到60°相位余度,P2(第二极点)必须必须比GB(单位增益带宽)高2.2倍。7密勒定理密勒定理：如果上图(a)的电路可以转换成图(b)的电路，则:(a)(b)式中，是在所关心的频率下的小信号增益，通常为简化计算，我们一般用低频增益来代替AV，这样足可以使我们深入理解电路的频率特性。8密勒电容9密勒定理不适用的情况信号主通路结点X与Y之间只有一条信号通路，密勒定理不成立。此时利用密勒定理得到

10、的输入阻抗是对的，但增益是错的。在阻抗Z与信号主通路并联的情况下，密勒定理被证明是非常有用的，它可以简化很多频率特性方面的复杂问题，利于我们从宏观上去理解电路。10极点与结点的关联（1）理想电压放大器同理：各极点之间没有相互作用11极点与结点的关联（2）理想电压放大器各极点之间没有相互作用这个电路有三个实极点，每个实极点的大小等于从该结点“看进去”的总电容与从该结点“看进去”的总电阻的乘积的倒数。因此我们可以说电路中的每一个结点对传输函数贡献一个实极点！！！其大小Pi＝1/RiCi=1/τi12极点与结点的关联（3）各

11、极点存在相互作用前面说“电路中的每一个结点对传输函数贡献一个实极点！每个实极点的大小等于从该结点“看进去”的总电容与从该结点“看进去”的总电阻的乘积的倒数”这一论断在各极点之间存在相互作用时变得不再成立，此时极点的计算变得非常困难(也可能是复极点)，尽管如此，“电路中的每一个结点对传输函数贡献一个极点”的概念在分析复杂电路结构的频率特性时非常有用，它对帮助我们定性理解和定量估算电路的性能十分有效。13极点与结点的关联（4）例6.4忽略沟道调制效应，计算右图单级共栅放大器的传输函数。CS=CGS1+CSB1CD=CDG1

12、+CDB1低频增益为:故其传输函数为:14极点与结点的关联（5）CS=CGS1+CSB1CD=CDG1+CDB115关于放大器高频分析的说明本章我们研究放大器的高频特性，所谓“高频”，这里主要是指在比低频略高一些的频率，这一频率相当与波特图中的第一转折频率（即第一主极点频率，该频率几乎反映了放大器的单位增益带宽），因此密勒定理中的