增益-頻率特性和相位-Read課件

第三章放大電路的頻率特性

闡述頻率特性的基本概念及復(fù)頻域分析法，分析基本放大電路頻率響應(yīng)。第三章放大電路的頻率特性闡述頻率特性的基本13.1基本概念

頻率響應(yīng)的含義頻率響應(yīng)的主要性質(zhì)3.2分析方法

線性電路傳輸特性的表示方法頻率響應(yīng)的數(shù)學(xué)表示利用波特圖估計頻率響應(yīng)

3.3單管放大器的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)的一般特性：幅度（增益）－頻率特性，相位－頻率特性，通頻帶，截止頻率影響頻率響應(yīng)的主要因素頻率特性：放大電路對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性稱為頻率特性。3.1基本概念頻率特性：放大電路對正弦輸入信號的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)2頻率響應(yīng)的含義放大器Vi(t)Vo(t)頻率響應(yīng)Vi(t)RCVo(t)例：RC電路3.1放大電路頻率特性的基本概念頻率響應(yīng)的含義放大器Vi(t)Vo(t)頻率響應(yīng)Vi(t)R3某個頻率的正弦信號輸入，到相應(yīng)頻率的正弦信號輸出，但幅度和相位發(fā)生變化，這是在該頻率下放大器的傳輸特性；改變頻率得到不同頻率下的傳輸特性，即對不同頻率的輸入信號，放大器對其幅度和相位產(chǎn)生不同影響，表現(xiàn)為放大器的頻率特性。

-90001f1f2

某個頻率的正弦信號輸入，到相應(yīng)頻率的正弦信號輸出，但幅度和相43.1.1頻率特性和通頻帶增益函數(shù)：阻容耦合放大電路的通頻帶：通頻帶是保證不產(chǎn)生頻率失真地放大信號時，容許信號占有的最大頻譜寬度。3.1.1頻率特性和通頻帶增益函數(shù)：阻容耦合放大電路的通頻5(dB)

003dB

L

H通頻帶中頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)(dB)003dBLH通頻帶中頻區(qū)低頻區(qū)高頻區(qū)63.1.2頻率失真和相位失真線性失真——輸出波形較輸入波形雖呈現(xiàn)失真，但輸出波形中不含有輸入信號中所沒有的任何新的頻率分量。頻率失真：放大器通頻帶不夠?qū)?，對輸入信號的各次諧波的放大不是相同倍數(shù)，使輸出波形變形；相位失真：放大器對輸入信號各次諧波的相移不成比例3.1.3增益帶寬積3.1.2頻率失真和相位失真線性失真——輸出波形較輸入波形7增益-頻率特性和相位-Read課件8頻率響應(yīng)的主要性質(zhì)頻率響應(yīng)是一個復(fù)數(shù)函數(shù)，通常用幅度（增益）－頻率特性和相位－頻率特性描述當(dāng)輸入信號含有多個頻率分量時，非理想的頻率響應(yīng)會產(chǎn)生輸出信號的線性失真線性失真：幅度失真－－幅度頻率特性破壞了輸入信號各分量間的相對幅度關(guān)系相位失真－－相位頻率特性破壞了輸入信號各分量間的相對相位關(guān)系頻率響應(yīng)是線性電路的特性，因為它符合疊加性原理非線性失真和線性失真都會導(dǎo)致輸出信號波形失真，兩者本質(zhì)的區(qū)別是：線性失真不產(chǎn)生輸入信號中沒有的頻率分量非線性失真必然產(chǎn)生新的頻率分量頻率響應(yīng)的主要性質(zhì)頻率響應(yīng)是一個復(fù)數(shù)函數(shù)，通常用幅度（增益）93.2復(fù)頻域分析法3.2.1復(fù)頻域中的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)線性常系數(shù)微分方程描述線性時不變系統(tǒng)：定義：系統(tǒng)的復(fù)頻域網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(s)：s=σ+jω拉普拉斯變換：因式分解后：式（3.2.1）系統(tǒng)初始狀態(tài)為零拉普拉斯變換的核心是把復(fù)頻域s的函數(shù)X(s)和定義在[0，]區(qū)間的時間函數(shù)x(t)聯(lián)系起來。3.2復(fù)頻域分析法3.2.1復(fù)頻域中的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)線性常系數(shù)103.2.2復(fù)頻率s=σ+jω的物理意義非等幅正弦電流可寫成：復(fù)頻率s的實部σ表示電流幅度的變化規(guī)律，虛部jω表示電流的角頻率。3.2.2復(fù)頻率s=σ+jω的物理意義非等幅正弦電流可寫成11結(jié)論：復(fù)頻率s是j

的開拓，用s既可表示穩(wěn)態(tài)電流，又可表示暫態(tài)電流。網(wǎng)絡(luò)函數(shù)H(s)具有廣泛的適應(yīng)性，它既可表示正弦輸入時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，又可表示階躍輸入時或直流輸入時的響應(yīng)特性，它把線性放大電路的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與暫態(tài)響應(yīng)特性聯(lián)系起來，也即把頻域響應(yīng)與時域響應(yīng)統(tǒng)一起來。結(jié)論：復(fù)頻率s是j的開拓，用s既可表示穩(wěn)態(tài)電流，又可表示暫123.2.3網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的零點、極點和零極圖分子有理多項式的根Zi使H(S)=0稱為零點分母有理多項式的根Pj使H(S)為無窮大，稱為極點。將零點、極點顯示在s平面——復(fù)平面上，稱為H(s)的極點－零點圖，簡稱零極圖由于所有系數(shù)均為實數(shù)，所以零點和極點必須是實數(shù)或共軛復(fù)數(shù)；在復(fù)平面上零、極點的位置確定了系統(tǒng)的頻率特性；3.2.3網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的零點、極點和零極圖分子有理多項式的根13零點：z1＝0z2＝－σ2極點：p1＝－σ1

設(shè)某系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：零極圖為：零點：z1＝0極點：p1＝－σ1設(shè)某系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：零極圖為143.2.4系統(tǒng)波特圖的近似繪法即：用分貝表示則：波特圖：用折線逼近幅度頻率特性和相位頻率特性，頻率軸采用對數(shù)刻度，幅值（以dB表示）和相位采用線性刻度。放大電路總的幅頻和相頻波特圖等于各基本因子波特圖的代數(shù)和3.2.4系統(tǒng)波特圖的近似繪法即：用分貝表示則：波特圖：用15對單個零、極點的幅度與相位頻率特性可以用折線近似。

p0.1

p10

p

(dB)單個負(fù)實數(shù)極點的波特圖00對單個零、極點的幅度與相位頻率特性可以用折線近似。p0.1163.2.4.1一階極點和一階零點設(shè)某放大電路的中頻電壓增益為Avm，電壓增益函數(shù)Av(s)可以表示為：可見一階零點為Z1＝－ωz，一階極點p1＝－ωp令s＝j(luò)ω則：3.2.4.1一階極點和一階零點設(shè)某放大電路的中頻電壓增益171.常數(shù)項Av(0)表示成分貝形式：1.常數(shù)項Av(0)表示成分貝形式：182.一階零點因子結(jié)論：網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的每一個一階零點因子（負(fù)實數(shù)）對相位的貢獻(xiàn)是正的，最大為+90度，在ω＝ωz處為+45度，ω＝ωz就是幅頻波特圖的轉(zhuǎn)折頻率，在ω>ωz處對幅度的貢獻(xiàn)是+20dB/十倍頻或+6dB/倍頻程。2.一階零點因子結(jié)論：網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的每一個一階零點因子（負(fù)實數(shù)193.一階極點因子結(jié)論：網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的每一個一階極點因子（負(fù)半軸）對相位的貢獻(xiàn)是負(fù)的，最大為－90度，在ω＝ωp處為－45度，ω＝ωp就是幅頻波特圖的轉(zhuǎn)折頻率，在ω>ωp處對幅度的貢獻(xiàn)是－20dB/十倍頻或－6dB/倍頻程。3.一階極點因子結(jié)論：網(wǎng)絡(luò)函數(shù)的每一個一階極點因子（負(fù)半軸20一階零點因子一階極點因子常數(shù)項合成漸近線合成幅頻波特圖一階零點因子一階極點因子常數(shù)項合成漸近線合成幅頻波特圖21一階極點貢獻(xiàn)的相角一階零點貢獻(xiàn)的相角合成相頻漸近線合成相頻波特圖一階極點貢獻(xiàn)的相角一階零點貢獻(xiàn)的相角合成相頻漸近線合成相頻波223.2.4.2在s平面坐標(biāo)原點處的零點或極點設(shè)某電路網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為：零點因子的波特圖：3.2.4.2在s平面坐標(biāo)原點處的零點或極點設(shè)某電路網(wǎng)絡(luò)函233.2.4.3二階極點設(shè)某電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：稱為系統(tǒng)的阻尼系數(shù)是系統(tǒng)的非阻尼振蕩頻率當(dāng)時：當(dāng)時：當(dāng)時：令s＝j(luò)ω則：幅頻特性相頻特性3.2.4.3二階極點設(shè)某電路的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)：稱為系統(tǒng)的阻尼系24從幅頻特性曲線可以看出，ζ>1時，曲線單調(diào)下降，隨著ζ減小，平坦部分增大，相應(yīng)的上限頻率升高，當(dāng)ζ<0.707時曲線在ω/ωn=1處出現(xiàn)峰值，并且隨著ζ越小，峰值越高。在ζ=0.707時，曲線的平坦部分最大而又不出現(xiàn)峰值稱為最大平坦條件，相應(yīng)的曲線為最大平坦曲線。從幅頻特性曲線可以看出，ζ>1時，曲線單調(diào)下降，隨著ζ減小，253.2.5主極點的概念在放大器的極點中，如果某極點的絕對值為其他極點的絕對值的1/4以下時，該極點就對BW起主導(dǎo)作用，就可稱為主極點。主極點滿足條件：放大器的通頻帶BW=fH3.2.5主極點的概念在放大器的極點中，如果某極點的絕對值26例題1：已知某放大電路的波特圖如圖所示，填空：

（1）電路的中頻電壓增益20lg||＝

dB，＝

。（2）電路的下限頻率fL≈

Hz，上限頻率fH≈

kHz.（3）電路的電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式＝

。例題1：已知某放大電路的波特圖如圖所示，填空：（1）電路的27例題2：