线性集成电路的应用.ppt

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1、线性集成电路的应用5.1放大电路的频率特性5.2集成运算放大器小信号交流放大电路5.3　有源滤波电路5.4　集成功率放大器及其应用5.1放大电路的频率特性[问题提出]前面所讲述的均以单一频率的正弦信号来研究，事实上信号的频率变化比较宽（例如声音信号、图象信号），对一个放大器，当Ui一定时，f变化Uo变化，即Au=Uo/Ui变化，换句话说：Au与f有关。为什么Au与f有关呢？什么是频率响应？频率响应：指放大器对不同频率的正弦信号的稳态响应。其表示方法：Av(f)Φ(f)其中Av(f)为幅频响应、

2、Φ(f)为相频响应。放大电路的频率特性包括两部分：幅度频率特性相位频率特性幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即∣∣=∣∣=相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即这些统称放大电路的频率响应。幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真;相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。放大电路的幅频特性和相频特性，也称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为幅度频率失真，简称幅频失真。放大电路对不同频率成

3、分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为相位频率失真，简称相频失真。幅频失真和相频失真是线性失真。产生频率失真的原因是:1.放大电路中存在电抗性元件，例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、PN结电容、分布电感等;2.三极管的()是频率的函数。在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。电路中存在着电抗器件是影响频响的主要因素，研究频响实际上是研究电抗元件的存在，对放大器放大倍数的影响。当f低时，主要是耦合电容、旁路电容起作用。当f高时，主要是PN结电容

4、起作用。5.1.1RC低通电路和RC高通电路RC低通电路：如图5－1所示。图5－1RC低通电路其电压放大倍数(传递函数)为由以上公式可做出如图5－2所示的RC低通电路的近似频率特性曲线：图5－2RC低通电路的频率特性曲线幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标,称为上限截止频率。当时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。在处的误差最大，有－3dB。当时，相频特性将滞后45°，并具有-45/dec的斜率。在0.1和10处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为+5.7°和

5、－5.7°。这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。其电压放大倍数为：式中下限截止频率、模和相角分别为RC高通电路：如图5－3所示。由此可做出如图5－4所示的RC高通电路的近似频率特性曲线。图5－4RC高通电路的近似频率特性曲线混合π型高频小信号模型是通过三极管的物理模型而建立的，三极管的物理结构如图5－5所示。rb'e---re归算到基极回路的电阻---发射结电容，也用C这一符号---集电结电阻---集电结电容，也用C这一符号rbb'---基区的体电阻，b

6、'是假想的基区内的一个点。图5－5双极型三极管物理模型（1）物理模型---发射结电阻re5.1.2晶体管及其单级放大电路的高频特性一、晶体三极管的高频特性根据这一物理模型可以画出混合π型高频小信号模型，如图5－6所示。图5－6高频混合π型小信号模型电路这一模型中用代替，这是因为β本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下:（2）用代替由此可见gm是与频率无关的0和rb’e的比，因此gm与频率无关。若IE=1mA，gm=1mA/26mV≈38mS。gm称为跨导，还可写成β0反映了三极管内部，对

7、流经rb'e的电流的放大作用。是真正具有电流放大作用的部分，β0即低频时的β。而在π型小信号模型中，因存在Cb’c和rb’c,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rb’c很大，可以忽略，只剩下Cb’c。可以用输入侧的C’和输出侧的C’’两个电容去分别代替Cb’c，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图5－7所示。（3）单向化图5－7高频混合π型小信号电路电流放大系数β的频响从物理概念可以解释随着频率的增高,β将下降。因为图5－9的等效电路是指在VCE一定的条件下,在等效电路中可将CE

8、间交流短路，于是可作出图5－9的等效电路。由此可求出共射接法交流短路电流放大系数。β可由下式推出由此可做出β的幅频特性和相频特性曲线，如5－10图所示。图5－10三极管β的幅频特性和相频特性曲线当β=1时对应的频率称为特征频率fT，且有fT≈β0f当20lgβ下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率fT≈β0f可由下式推出当f=fT时,有因fT>>f,所以,fT≈β0f全频段小信号模型高频段小信号微变等效电路低频段小信号微变等效电路频响的基本分析方法（频率特性的描写方法）：1、分