第五章放大电路的频率特性 §5.1放大电路频率特性的基本概念 §5.2复频域分析法 §58单级放大电愍 返回
第五章 放大电路的频率特性 § 5.1放大电路频率特性的基本概念 §5.2复频域分析法 §5.3单级放大电路的频率特性 返回
在高频区:C,G阻抗↓→对输入和输 出信号电流分流作用,另外当∫↑→β↓。 从而导致An↓或A+。 Rb1 放大器的增益是频率的函数 C A(jo)=A(ja e/p(t) C C 其中: Ajo=4a)称为幅频特性。 P(o) 称为相频特性。 A() dB 电路仿真 3dB 中频响应商 在低频区:Cl,C2阻抗↑→不能 低频响应 应f() 忽略它们对输入和输出信号的分压作用。 (1 而C阻抗↑→对发射极电阻的旁路o(w) B 作用减弱。 从而导致An↓或A1↓a l804 返回休息1休息2
us §5.1放大电路频率特性的基本概念 EC §3.1 放大电路频率特性的基本概念 一．频率特性和通频带 1． RC 阻容耦合放大器 第二章中所讨论和分析的放 大器的方法只限于中频情况。这 时电容 C1，C2，Ce 因阻抗太小 近似认为短路。而晶体管的极间 分布电容 Ci 和 Co 阻抗（1/ωC） 较大， 近似认为开路。于是所得 到的放大器的交流通道是一个线 电阻性的电路。故所求出的电路 参数：Au，Ri，Ro 等均为常数。 在低频区：C1，C2 阻抗↑→不能 忽略它们对输入和输出信号的分压作用。 而 Ce 阻抗↑→对发射极电阻的旁路 作用减弱。 从而导致 Au↓或 Ai↓。 中频响应 低 频 响 应 高 频 响 应 dB f (ω) fL (ωL) f H(ωH) 3dB —1800 Bw A( jw) (w) f (ω) 在高频区：Co，Ci 阻 抗↓ →对输入和输 出信号电流分流作用，另外当 f ↑→β↓ 。 从而导致 Au↓ 或 Ai↓ 。 放大器的增益是频率的函数 j (t ) A( j ) A( j )e = 其中： A(j) =A() 称为幅频特性。 ( ) 称为相频特性。 Ci Co 电路仿真 返回 休息1 休息2
将的塞本 休息1休息2 频率特性和道频带 A(jo) dB 2.直接耦合放大器 3.通频带 fcov RC阻容耦合放大器: Bw=fH-fu 直接耦合放大器 BW =fH 电路仿真 频率失真和相位失真 非线性失真:输入输出之间的关系是非线性关系。 特点:输出信号中含有新的频率成份,在通信电路中来实现频率的变换。 线性失真:输出信号中不含有输入信号中没有的新频率成份 频率失真:对输入信号各频率分量不是同等放大,而产生的输出波形的失真。 相位失真:对输入信号各频率分量的相移不成比例,而产生的输出波形的失真 三.增益带宽积 G·BH=|4m·BW|=常量般放大器的增益和带宽是矛盾的。 返回
2．直接耦合放大器 § 5.1放大电路频率特性的基本概 念 一．频率特性和通频带 f (ω) f L(ωL) —1800 A( j ) dB ( ) f L =o 3．通频带 RC 阻容耦合放大器： H L BW = f − f 直接耦合放大器： BW = f H 二．频率失真和相位失真 非线性失真:输入输出之间的关系是非线性关系。 特点:输出信号中含有新的频率成份,在通信电路中来实现频率的变换。 线性失真：输出信号中不含有输入信号中没有的新频率成份。 频率失真：对输入信号各频率分量不是同等放大，而产生的输出波形的失真。 相位失真：对输入信号各频率分量的相移不成比例，而产生的输出波形的失真。 三．增益带宽积 G BW = A m BW = 常 量 一般放大器的增益和带宽是矛盾的。 电路仿真 休息1 休息2 返回
§52复频域分析法 521网络函数 522复频率S J时物理意义 523网络函数的点,点和零极图 2.4系统油图败似画7 52.5主材概念 525开路常数分析 返回
§5.2复频域分析法 5.2.1 网络函数 5.2.2 复频率Ｓ＝σ+jω的物理意义 5.2.3 网络函数的零点，极点和零极图 5.2.4 系统波特图的近似画法 返回 5.2.5 主极点的概念 5.2.5 开路时间常数分析法
521网络函数 对线性集总参数网络(集总元件参数R、L、C)网络传输函数: X。(s) H(s)= (s) II(S 线性网络 K II(S-P) X, (S) K [S-P(S-P2)…(S- 其中:K为常数,S=a+a:复频率,zi为零点,Pi:极点 对放大器来说: (s) S (S-Z K 返回休息1体息2
5.2.1 网络函数 对线性集总参数网络（集总元件参数Ｒ、Ｌ、Ｃ）网络传输函数： 线性网络 Xi (s) H(s) X (s) o ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) n i m n j j m i i i o S P S P S P S Z S Z S Z K S P S Z K X s X s H s − − − − − − = − − = = = = 1 2 2 1 1 ( ) ( ) ( ) 其中：Ｋ为常数, S=σ+ jω ：复频率, Ｚi 为零点，P i: 极点. 对放大器来说： ( ) ( ) ( ) 1 n 1 m i o S P S P S Z ( S Z ) K u ( s ) u ( s ) A ( s ) − − − − = = 返回 休息1 休息2
522复频率S=0+j0的物理意义 休息1休息2 设:正弦信号:i(t)= I sin ot,如果用复数表示i(t)= Im exp jat i(t=Im exp st =Im exp(o jot 在复频域可表示为: exp ot(exp jat) 显然S的物理意义:S=+O o:振幅的衰减因子,jo:角频率 0>0: 0 0 H(j)=H(s)=0 压@)反映了系统的稳态响应, 而H(s)把系统的稳态响应和暂态响应联系起来 放大器的增益:A(j0)=A(s)a=(稳态响应) 集总参数元件:R,L,CR,joL,1aC 复数阻抗 R, SL, I/sc 变换阻抗「返回
5.2.2 复频率Ｓ＝σ+jω的物理意义 设：正弦信号: i t I t ( ) = m sin ,如 果用复数表示 i t I j t ( ) = m exp 在复频域可表示为： exp (exp ) ( ) exp exp( ) I t j t i t I st I j t m m m = = = + 显然Ｓ的物理意义： s = + j σ : 振幅的衰减因子, jω: 角频率 σ>0: σ0 σ <0 σ=0 H ( j ) = H (s) = 0 Ｈ(jω)反映了系统的稳态响应， 而Ｈ(s)把系统的稳态响应和暂态响应联系起来 放大器的增益： A( j) = A(s) =o （稳态响应） 集总参数元件：Ｒ，Ｌ，Ｃ Ｒ ，jωL，1/jωC 复数阻抗 Ｒ ，SＬ ， 1/sc 变换阻抗 休息1 休息2 返回
523网络函数的零点,极点和零极图 H(s)分子有理多项式的根→H(s)=0→零点→“0”表示 H(s)分母有理多项式的根→H(s)=∞→极点→“×”表示 在S复平面画出:零点“o” 极点“×”称为零极图 一般有: 一阶:零点,极点 二阶:零点,极点(共轭)。 四,系统波特图的近似画法 波特图:半对数坐标表示频率特性曲线 × 幅度一dB,相位-度(线性刻度) 频率-对数刻度 如果放大系统的网络函数: 系统的稳态响应函数: II(a-zi) H(io)=H(s)sia=K KH(jo)explip(a)] IIGo-P) 返回休息1体息2
jω σ 在Ｓ复平面画出 ： 零点“o” 极点“×” 称为零极图 5.2.3 网络函数的零点，极点和零极图 Ｈ(s)分子有理多项式的根→ H(s)=0 → 零点 → “o”表示 Ｈ(s)分母有理多项式的根→ H(s)=∞ → 极点 → “×” 表示 × o o 一般有： 一阶：零点，极点 二阶：零点，极点 （共轭）。 四，系统波特图的近似画法 波特图：半对数坐标表示频率特性曲线： 幅度－dＢ ，相位- - 度（ 线性刻度） 频率 - - 对数刻度 如果放大系统的网络函数： 系统的稳态响应函数： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp () K H j j j p j z H j H s K n j j m i i s j = − − = = = × × 返回 休息1 休息2
结论:放大电路总的幅频和相频波特图就等于基本因子 波特图的代数和。 常数项和零点因子之和 减去极点因子 其中:幅频特性: IIL Jo-Zi I H(jo)=H(o)=K i K -x1…/o-xm Jo-P jo-p1…jo-pn 相频特性: q()=φ1(j-x)+q2(jo-x2)+…+n(j0-xm 1(0-p1)-q2(jo-p2)-…-pn(m-pn) 若将H(o)用分贝表示,则有: H(a)(dB)=20lgk+20g02+x+20lgy02+x2+ +201g√a2+xm-20gV02+p1-201g√a2+ 201gya+p 返回休息1体息2
系统的稳态响应函数： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) exp () K H j j j p j z H j H s K n j j m i i s j = − − = = = 其中：幅频特性： 1 n 1 m n j j m i i j p j p j z j z K j p j z H j H K − − − − = − − = = ( ) () 相频特性： ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 n n 1 1 2 2 m m j p j p j p j z j z j z − − − − − − − = − + − + + − 若将Ｈ(ω)用分贝表示，则有: 2 n 2 2 2 2 2 1 2 2 m 2 2 2 2 2 1 2 20 p 20 z 20 p 20 p H dB 20 k 20 z 20 z + + + − + − + − = + + + + + lg lg lg lg ( )( ) lg lg lg 结论：放大电路总的幅频和相频波特图就等于基本因子 5.2.4 系统波特图的近似画法 波特图的代数和。 常数项和零点因子之和 减去极点因子 返回 休息1 休息2
1.一阶极点和一阶零点 设某放大器的中频电压增益为Am,电压增益函数为A(s,可表示为: s+a 02(1+ n S+0 01+ P 式中:a2一阶零点值,an:一阶极点值 那么电压增益稳态响应 1+j Au(ja)=au(o) 式中:A4()=4m0z 1+ P 幅频特性 A1(o)(dB)=An1(0)+A12(0)-A13() 20gA2(0)+20lg11 20lg11 相频特性: q(o)=q1(o)+q2(0)-q3(o) 0+arctan/ arctan Z 返回休息1休息2
设某放大器的中频电压增益为Ａum，电压增益函数为Ａu（s），可表示为： ( ) ( ) + + = + + = p p Z z um p Z u um s 1 ) s ( 1 A s s A ( s ) A 式中：ωz：一阶零点值，ωp：一阶极点值。 那么电压增益稳态响应： + + = p Z u u 1 j 1 j A ( j ) A ( 0 ) 式中： p u m Z u A A ( 0 ) = 幅频特性： A ( )( dB) A ( ) A ( ) A ( ) u = u1 + u2 − u3 2 p 2 z u 20 lg A ( 0 ) 20 lg 1 20 lg 1 − + = + + 相频特性： Z p 1 2 3 0 arctan arctan ( ) ( ) ( ) ( ) = + − = + − 1. 一阶极点和一阶零点 返回 休息1 休息2
(1)常数项A1O) (如果设O,1002,中2o)=90° 0lo-o<10o,45°/+倍频直线 返回休息1体息2
dB ω 0.1ωz ωz 10ωz 100ωz 10 20 A ( jw) V 2 ω 0.1ωz ωz 10ωz 100ωz 45O 90O (w) 2 0 1 u1 u u ( ) 0 A ( j ) A (0 )( dB) 20 lg A (0 ) = = = = 常数 20 lg A (0) V ω ω A ( jw) V 1 (w) 1 (２)一阶零点因子 2 Z Au2 ( ) 20 lg 1 = + = Z ( ) arctan 2 (1) 常数项Ａu (0) （如果设ωz> ω z , Au2 (ω)=20lg(ω/ ωz ) (20dB/+倍频)直线 ω10ωz ,Φ2 (ω)=90° 0.1ω<ω <10ωz 45°/+倍频 直线 返回 休息1 休息2