第三篇放大电路的频率特性.ppt

北京航空航天大学202教研室 * 第三章 放大电路的频率特性 阐述频率特性的基本概念及复频域分析法，分 析基本放大电路频率响应。 3.1 基本概念 频率响应的含义 频率响应的主要性质 3.2 分析方法 线性电路传输特性的表示方法 频率响应的数学表示 利用波特图估计频率响应 3.3 单管放大器的频率响应 频率响应的一般特性：幅度（增益）－频率特性，相位－频率特性， 通频带，截止频率 影响频率响应的主要因素 频率特性：放大电路对正弦输入信号的稳态响应特性称为频率特性。 频率响应的含义 放大器 Vi(t) Vo(t) 频率响应 Vi(t) R C Vo(t) 例：RC电路 3.1 放大电路频率特性的基本概念 某个频率的正弦信号输入，到相应频率的正弦信号输出，但幅度和相位发生变化，这是在该频率下放大器的传输特性； 改变频率得到不同频率下的传输特性，即对不同频率的输入信号，放大器对其幅度和相位产生不同影响，表现为放大器的频率特性。 ? -90 0 0 1 f1 f2 ? 3.1.1 频率特性和通频带 增益函数： 阻容耦合放大电路的通频带： 通频带是保证不产生频率失真地放大信号时，容许信号占有的最大频谱宽度。 (dB) ? ? 0 0 3dB ?L ?H 通频带 中频区 低频区 高频区 3.1.2 频率失真和相位失真 线性失真——输出波形较输入波形虽呈现失真，但输出波形中 不含有输入信号中所没有的任何新的频率分量。 频率失真：放大器通频带不够宽，对输入信号的各次谐波的放大不是相同倍数，使输出波形变形； 相位失真：放大器对输入信号各次谐波的相移不成比例 3.1.3 增益带宽积 频率响应的主要性质 频率响应是一个复数函数，通常用幅度（增益）－频率特性和相 位－频率特性描述 当输入信号含有多个频率分量时，非理想的频率响应会产生输出信号的线性失真 线性失真：幅度失真－－幅度频率特性破坏了输入信号各分量间的相对幅度关系 相位失真－－相位频率特性破坏了输入信号各分量间的相对相位关系 频率响应是线性电路的特性，因为它符合叠加性原理 非线性失真和线性失真都会导致输出信号波形失真，两者本质的区别是：线性失真不产生输入信号中没有的频率分量 非线性失真必然产生新的频率分量 3.2 复频域分析法 3.2.1 复频域中的网络函数 线性常系数微分方程描述线性时不变系统： 定义：系统的复频域网络函数H(s)： s=σ+jω 拉普拉斯变换： 因式分解后： 式（3.2.1） 系统初始状态为零 拉普拉斯变换的核心是把复频域s的函数X(s)和定义在[0，?]区间的时间函数x(t)联系起来。 3.2.2 复频率s=σ+jω的物理意义 非等幅正弦电流可写成： 复频率s的实部σ表示电流幅度的变化规律，虚部jω表示电流的角频率。 结论：复频率s是j?的开拓，用s既可表示稳态电流，又可表示暂态电流。网络函数H(s) 具有广泛的适应性，它既可表示正弦输入时的稳态响应特性，又可表示阶跃输入时或直流输入时的响应特性，它把线性放大电路的稳态响应与暂态响应特性联系起来，也即把频域响应与时域响应统一起来。 3.2.3 网络函数的零点、极点和零极图 分子有理多项式的根 Zi 使H(S)=0 称为零点 分母有理多项式的根 Pj 使H(S)为无穷大，称为极点。 将零点、极点显示在s平面——复平面上，称为H(s)的极点－零点图，简称零极图 由于所有系数均为实数，所以零点和极点必须是实数或共轭复数；在复平面上零、极点的位置确定了系统的频率特性； 零点：z1＝0 z2＝－σ2 极点：p1＝－σ1 设某系统的网络函数： 零极图为： 3.2.4 系统波特图的近似绘法 即： 用分贝表示则： 波特图：用折线逼近幅度频率特性和相位频率特性，频率轴采用对数刻度，幅值（以dB表示）和相位采用线性刻度。 放大电路总的幅频和相频波特图等于各基本因子波特图的代数和 对单个零、极点的幅度与相位频率特性可以用折线近似。 ?p 0.1?p 10?p ? ? (dB) 单个负实数极点的波特图 0 0 3.2.4.1 一阶极点和一阶零点 设某放大电路的中频电压增益为Avm，电压增益函数Av(s)可以表示为： 可见一阶零点为Z1＝－ωz，一阶极点p1＝－ωp 令 s＝jω 则： 1. 常数项 Av(0) 表示成分贝形式： 2. 一阶