线性集成电路的应用教学教案03.docVIP

二、三极管单级放大电路的高频特性 ? ? 现以图5.1.8(a)所示共发射极电路为例，分析放大电路的高频特性。将三极管用混合π型等效电路代入则得高频等效电路如图5.1.8(b)所示，由于跨接在输出端和输入端之间，这使电路分析很不方便，通常用密勒定理，将其简化成图5.1.8(c)所示电路。图中，CM是应用密勒定理后，折算到输入回路的等效电容，其值为 ? 折算到输出回路的等效电容很小可略去，故图中没有画出。 图5.1.8? 共发射极放大电路的高频特性 (a)电路 (b)高频等效电路 (c)简化高频等效电路 ? 在低频时，、CM容抗很大而可断开，因此可得放大电路的低频源增益为 ? 由于图5.1.8(c)所示电路中， 及、CM构成低通电路，由此可得放大电路的源电压增益为 ? 式中 ? 为输入回路中与并联的总电阻。当时，由式(5.1.21)可知，故为放大电路的上限频率。 ? 由以上分析可见，影响共发射极放大电路高频特性的三极管参数主要是和和越小，放大电路上限频率越高，放大电路的频带就越宽，另外还可以看出，放大电路的负载RL/及信号源内阻Rs的大小也会影响放大电路的高频特性，Rs越小，上限频率就越高；增大RL/虽可使增大，但由式(5.1.19)可见，它将使密勒电容CM增大，使放大电路的上限频率下降，所以，通频带和增益之间存在着矛盾，在设计电路时对这两者必须统筹兼顾。为此可以用一个综合指标来衡量放大电路的高频特性，称为增益带宽积G?BW，即 ? 将有关公式代入，则可得 ? 上式说明，当电路参数及三极管选定后G·BW基本上是一个常数。 ? 对于共集、共基放大电路也可采用上述方法进行分析，可得其上限频率比共发射极放大电路高得多，故共集电极、共基极放大电路具有良好的高频特性。集成运算放大器除了可构成各种基本运算电路外，也可以用来构成各种交流放大电路。集成运放构成交流放大电路时，可采用双电源供电，也可以采用单电源供电。采用电容耦合时，可以不考虑集成运放输入失调的影响，但集成运放的高频参数将对交流放大电路的上限频率起到限制作用。 5.2.1? 反相交流放大电路 ? 由集成运算放大器构成的反相交流放大电路如图5.2.1所示。图中C1为输入耦合电容，ui为交流信号源，因此i1、if也都为交流电流。该电路采用双电源供电，要求正、负电源对称，静态(即ui=0)时，运算放大器同相输入端和反相输入端以及输出端的静态电位都应为0V。 图5.2.1交流反相放大电路 ? 当输入交流信号时，放大器输出电压为 ? 因此，放大电路的电压增益为 ? 因为反相比例运算电路电压放大倍数，，则式(5.2.1)可改写成 ? 由式(5.2.2)可见，放大电路具有高通特性，其下限频率fL为 ? 在通带内C1可视为短路，故通带内电压放大倍数为 ?例5.2.1 已知集成运放741的BWG=1 MHz，试估算图5.2.1所示交流放大电路的下限和上限频率。 ? 解：由式(5.2.3)可求得下限频率fL为 ? 根据式(5.1.27)可得上限频率fH为 ? 图5.2.2(a)所示电路为单电源供电的反相交流放大电路，为使运算放大器能对交流信号进行有效的放大而不产生失真，此时运算放大器的两输入端和输出端的静态电位不能为0 V，而必须大于0 V，一般取电源电压Vcc的一半，因此图中电阻R2和R3为静态偏置电阻，当它们阻值相等时，在同相端得到的静态电位为(1／2)Vcc，又由于“虚短路”，使得反相端的静态电位也为(1／2)Vcc，这样，可以得到如下结论：当运算放大器单电源应用构成线性放大器时，其同相端、反相端和输出端的静态电位相等，且一般为电源电压的一半。 图5.2.2单电源供电的反相交流放大电路 (a)电路?? (b)交流等效电路 ? 图中C1、C2分别为交流输入和输出耦合电容，C3为滤波电容，要求它们对交流的容抗近似为零，这样可以画出交流等效电路如图5.2.2(b)所示。其电路形式和双电源供电的反相比例运算电路相同，因此其通带内电压放大倍数为 ?例5.2.2 根据图5.2.2所示参数，试求放大电路的下限频率。 ? 解：由图5.2.2可见，电路中由C1、R2和C2、RL形成两个RC高通电路。由C1R1组成的高通电路可得转折频率fL1为 ?????????????????? ? 由C2RL组成的高通电路可得转折频率fL2为 ?????????????? ? 由于，所以放大电路的下限频率fL决定于fL2，即? 2