《模拟电子线路》第5章-杨凌

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1、杨凌《模拟电子线路》第5章事物的美存在于思考它们的心灵之中─休谟第5章频率响应§5.0引言所有放大器的增益都是输入信号频率的函数.这些增益包括:电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益.迄今为止,在线性放大器的分析中,我们假设所有信号频率足够大,从而能保证耦合电容和旁路电容呈交流短路;同时又假设所有信号频率都足够低,能保证寄生电容、负载电容和晶体管电容呈交流开路.这一章将研究放大器在整个频率范围内的响应,主要目的是确定由于电路电容和晶体管内部电容引起的放大器的频率响应.§5.0引言首先,利用复频率s,导出几个无源电路的传递函数,熟悉一下基本频率响应的问题.以下将介绍增益的幅度及其相位

2、Bode图和时间常数法,用它们来确定电路响应的拐点频率或3dB频率.当影响放大器频率响应的电容不止一个时,用计算机仿真来确定频率响应就更具有吸引力.本章将学习如何确定放大器的带宽,还将确定影响其低频截止和高频截止特性的参数,这些参数对设计特定频响特性的放大器尤为重要.§5.1频率响应的基本概念一、频率失真及不失真条件1、频率失真待放大的信号,如语音信号、电视信号、生物电信号等等,都不是简单的单频信号,它们都是由许多不同相位、不同频率分量组成的复杂信号,即占有一定的频谱.由于实际的放大器中存在电抗元件(如管子的极间电容、电路的耦合电容、负载电容、分布电容、引线电感等),使得放大电路对

3、不同频率信号分量的放大倍数和延迟时间不同.由此而引入的信号失真称为频率失真.§5.1频率响应的基本概念频率失真又分振幅频率失真和相位频率失真,它们都是由电路中的线性电抗元件引起的,所以又称为线性失真.0vitω13ω1(a)待放大信号(b)振幅频率失真vo0t(c)相位频率失真0vot图5.1频率失真现象§5.1频率响应的基本概念2、线性失真与非线性失真(1)起因不同:线性失真是由于线性电抗元件引起的;非线性失真是由电路中的非线性元件引起的.(2)结果不同:线性失真只会使各频率分量信号的比例关系和时间关系发生变化,或滤掉某些频率分量的信号,但输出中不会产生输入信号中所没有的新的频率

4、分量;非线性失真则会产生输入信号中所没有的新的频率分量.3、不失真条件─理想频率响应A(jω)=│A(jω)│(jω)(5-1)§5.1频率响应的基本概念不产生频率失真的条件为:│A(jω)│=K(常数)(5-2)不产生频率失真的理想频率响应如下图所示.(a)理想的振幅频率响应0ω│A(jω)│K(b)理想的相位频率响应图5.2(jω)=ωtd(td为常数)0ω(jω)∝ω§5.1频率响应的基本概念图5.3二、实际放大电路的频率特性3dBO20lg│Av│dB3dBfHfLf/Hz带宽·中频范围低频范围高频范围三、放大电路的频响分析放大电路中的每个电容只对频谱的一端影响大.因此,可

5、§5.1频率响应的基本概念以开发特定的等效电路,分别应用于低频、中频、高频放大电路的分析.中频:耦合电容和旁路电容在这一频率范围内视为短路,而杂散电容和晶体管电容视为开路,等效电路中没有电容.低频:在这一频率范围内,耦合电容和旁路电容必须包含在等效电路中,杂散电容和晶体管电容仍视为开路,此时求得的增益表达式,当频率趋于中频时,应趋于中频增益表达式.高频:高频时的等效电路中,必须考虑晶体管电容、寄生电容和负载电容,耦合电容和旁路电容应视为短路,此时求得的增益表达式,当频率趋于中频时,应趋于中频增益表达式.§5.1频率响应的基本概念当fH＞＞fL时,利用三个等效电路和近似技术就可得到有

6、用的结果,从而避免了用一个完整电路求解复杂的传递函数.我们研究的许多电路都满足这个条件.PSpice这类的计算机仿真软件,可用于分析包含所有电容的频率响应,由此得到的频率响应曲线比手算结果更精确.不过,计算机分析结果不能提供任何对特殊结果的物理认识,也不能提出任何建议来改变设计,以提供特定的频率响应.手算分析可提供对特定响应的了解,有助于更好地设计电路.下面我们从两个简单的电路开始对频率进行分析研究.§5.1频率响应的基本概念首先推导出与信号频率有关的输出电压比输入电压(传递函数)的数学表达式.并由此画出幅频特性及相频特性曲线.然后再引入一种能方便地绘制频响曲线的技术─Bode图,

7、这种技术不需要借助于对传递函数的总体分析,并有利于对电路频响的全面理解.§5.2系统传递函数电路的频率响应常用复频率s来确定.每个电容由它的复阻抗1/sC代替,每个电感由它的复阻抗sL代替,由此建立电路的传递函数(电压增益、电流增益、输入阻抗、输出阻抗)的表达式.一旦确立了传递函数,通过令s=jω=j2πf,得到正弦稳态激励,进而得到传递函数的幅频响应和相频响应.一、s域分析在一般情况下,s域传递函数可表示为Y(s)(s－z1)(s－z2)…(s－zm)T(s)==K