模電課件19第五章放大電路的頻率特性.ppt

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2020/4/28,模電課件,第五章放大電路的頻率特性,5．1放大電路頻率特性的基本概念,一頻率特性和通頻帶,1．RC阻容耦合放大器,以前分析電壓增益的方法只限于中頻段,C1C2Ce是大電容，容抗,（1/ωC）很小，相當(dāng)于短路,CiCo是小電容，容抗,（1/ωC）很大，相當(dāng)于開路,于是在中頻區(qū)所得到的放大器的交流通道是一個純電阻性的電路，故所求出的電路參數(shù)：Au、Ri、Ro等均為與頻率無關(guān),在中頻區(qū)：Av和Ai為常數(shù),2020/4/28,模電課件,在低頻區(qū)：C1，C2阻抗（1/ωC）↑→不能忽略它們對輸入和輸出信號的分壓作用,而Ce阻抗（1/ωC）↑→對發(fā)射極電阻的旁路作用減弱,從而導(dǎo)致Av↓或Ai↓,在低頻區(qū)：ω↓→Av↓或Ai↓,在高頻區(qū)，Co、Ci的容抗（1/ωC）↓，不能忽略它們對輸入和輸出信號電流的分流作用,,,→Av↓或Ai↓,2020/4/28,模電課件,在高頻區(qū)ω↑→β↓→Av↓或Ai↓,在高頻區(qū)：ω↑→Av↓或Ai↓,RC阻容耦合放大器,在低頻區(qū)：ω↓→Av↓或Ai↓,在中頻區(qū)：Av和Ai為常數(shù),,,中頻響應(yīng),低頻響應(yīng),高頻響應(yīng),,,,,BW=Δf0．7=fH-fL或BW=Δω0．7=ωH-ωL,Auo的0．707,fH和fL半功率頻率,2020/4/28,模電課件,放大器的增益是頻率的函數(shù),其中：,稱為幅頻特性,稱為相頻特性,RC阻容耦合放大器的頻響特性,RC阻容耦合放大器的通頻帶,BW=Δf0．7=fH-fL,2020/4/28,模電課件,2．直接耦合放大器,由于在直接耦合放大器的電路中沒有級間耦合和旁路的大電容，所以其低頻區(qū)的頻率特性與中頻區(qū)相同,,fH(ωH),直接耦合放大器的通頻帶,,,在低頻區(qū)：ω↓→Av↓或Ai↓,,RC阻容耦合放大器的通頻帶,BW=Δf0．7=fH-fL,對于低頻的寬帶放大器，通常有fH>>fL,BW=Δf0．7≈fH,2020/4/28,模電課件,二頻率失真,非線性失真:輸入輸出之間的關(guān)系是非線性關(guān)系。,特點:輸出信號中含有新的頻率成份,在通信電路中來實現(xiàn)頻率的變換。,線性失真：輸出信號中不含有輸入信號中沒有的新頻率成份。,頻率失真：對輸入信號各頻率分量不是同等放大，而產(chǎn)生的輸出波形的失真,相位失真：對輸入信號各頻率分量的相移不成比例，而產(chǎn)生的輸出波形的失真,,三增益帶寬積,一般放大器的增益和帶寬是矛盾的,2020/4/28,模電課件,5.2放大電路的復(fù)頻域分析法,5．2．1復(fù)頻域中放大電路的傳輸函數(shù),1．傳輸函數(shù),在復(fù)頻域分析中，是把時間t的函數(shù)變換成復(fù)頻率s=σ+jω的函數(shù),在復(fù)頻域分析中，是把時間t的函數(shù)變換成復(fù)頻率s=σ+jω的函數(shù),2020/4/28,模電課件,1．傳輸函數(shù),對線性集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)（集總元件參數(shù)Ｒ、Ｌ、Ｃ）網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù),其中：Ｋ為常數(shù),S=σ+jω：復(fù)頻率,Ｚi為零點，Pj:極點.,2020/4/28,模電課件,1．傳輸函數(shù),對放大器來說,同樣，Ｋ為常數(shù),s=σ+jω為復(fù)頻率,zi為零點，pj為極點。,2020/4/28,模電課件,2．復(fù)頻率s＝σ+jω的物理意義,正弦電流,改用復(fù)數(shù)法表示,若電流i（t）的幅度是隨時間而變化的,對此種非等幅正弦電流，可寫成,s=σ+jω，s就是復(fù)頻率,σ:振幅的衰減因子,jω:角頻率,2020/4/28,模電課件,,,,若σ>0，i(t)的振幅Im（t）按指數(shù)規(guī)律增長，電流是增幅的正弦電流波,若σ<0，i(t)的振幅Im（t）按指數(shù)規(guī)律衰減，電流是衰減的正弦電流波,若σ=0，i(t)的振幅Im（t）不隨t變化，電流是等幅正弦振蕩波,H(jω)=H(s)|σ=0，H(jω)反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),而Ｈ(s)把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)和暫態(tài)響應(yīng)聯(lián)系起來,放大器的增益：A(jω)=A(s)|σ=0，反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng),2020/4/28,模電課件,集總參數(shù)元件電阻R、電感L和電容C對應(yīng)的阻抗分別為R、jωL、1/jωC，稱為復(fù)數(shù)阻抗,R,復(fù)數(shù)阻抗,R,L,jωL,C,1/jωC,R,SL,1/SC,變換阻抗,5.2放大電路的復(fù)頻域分析法,3．傳輸函數(shù)的零點，極點和零極圖,Ｈ(s)分子有理多項式的根→H(s)=0→零點→“o”表示,Ｈ(s)分子有理多項式的根→H(s)=∞→極點→“”表示,在Ｓ復(fù)平面畫出：零點“o”極點“”稱為零極圖,一階：零點，極點,二階：零點，極點（共軛）,,,Z1,Z2,P1,5．2．3放大電路波特圖的近似畫法,波特圖：,橫軸(頻率軸)：采用以10為底的對數(shù)刻度，即按lgω或lgf刻度，縱軸采用等分刻度,縱軸：采用等分刻度幅度－dＢ，相位--度,放大電路的傳輸函數(shù)為,令s=jω代入上式，可得到放大器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)函數(shù),,,其中：幅頻特性,2020/4/28,模電課件,Ao,2020/4/28,模電課件,將A(ω)用分貝表示,幅頻特性表達式,結(jié)論：放大電路總的幅頻波特圖就等于基本因子波特圖的代數(shù)和。常數(shù)項和零點因子之和減去極點因子,2020/4/28,模電課件,式中的每個因式求幅角，得到相頻特性為,φo是放大器中頻段固定相移，φo=0o為同相放大器或φo=180o為反相放大器,結(jié)論：放大電路總的相頻波特圖就等于基本因子波特圖的代數(shù)和。常數(shù)項和零點因子之和減去極點因子,2020/4/28,模電課件,結(jié)論：放大電路總的幅頻相頻波特圖就等于基本因子波特圖的代數(shù)和。常數(shù)項和零點因子之和減去極點因子,1．一階極點、零點的波特圖,z1=-ωz，ωz為一階零點值；p1=-ωp，ωp一階極點值,2020/4/28,模電課件,幅頻特性表達式,相頻特性表達式,（1）常數(shù)項Au(0),,,幅頻波特圖,相頻波特圖,2020/4/28,模電課件,,,fL(ωL),fH(ωH),3dB,,Auo的0．707,,,Auo,Auo-3dB,2020/4/28,模電課件,（2）一階零點因子的波特圖,一階零點因子的幅頻波特圖,當(dāng)ω<<ωz時,(ω/ωz)2<>ωz時,(ω/ωz)2>>1,Au2(ω)≈20lg(ω/ωz),,,,,(20dB/+倍頻)直線,,,,,當(dāng)ω=ωz時,P179書錯,,,,3,,,,1,ωz,2020/4/28,模電課件,（2）一階零點因子的波特圖,一階零點因子的相頻波特圖,,當(dāng)ω≤0.1ωz時,可認為ω<>ωz,,φ1(ω)≈90,當(dāng)ω=ωz時,∞,,1,φ1(ω)=45,當(dāng)0.1ωz<ω<10ωz,,斜率為+45o／十倍頻的直線,0O,,,,,ω=0.1ωzω=10ωz時，存在著5．72的誤差,2020/4/28,模電課件,（3）一階極點因子的波特圖,一階極點因子的幅頻波特圖,當(dāng)ω<<ωp時,(ω/ωp)2<>ωp時,(ω/ωp)2>>1,Au2(ω)≈-20lg(ω/ωp),(-20dB/+倍頻)直線,當(dāng)ω=ωp時,,,ωP,,,10ωP,,,,ωp=100ωz,,,,1,,,-3,,,0,0.1ωP,10ωP,2020/4/28,模電課件,（4）一階極點因子的波特圖,一階極點因子的相頻波特圖,,當(dāng)ω≤0.1ωp時,可認為ω<>ωp,,φ2(ω)≈-90,當(dāng)ω=ωp時,∞,,1,φ2(ω)=-45,當(dāng)0.1ωp<ωωz處對幅值的貢獻是+20dB／十倍頻,,,,,,,一階極點ω=ωp為幅頻波特圖的轉(zhuǎn)折頻率，在ω>ωp處對幅值的貢獻是-20dB／十倍頻,,幅頻波特圖的畫法,2020/4/28,模電課件,（b）合成相頻波特圖,,,,45O,90O,,,,,0.1ωP,,,,,ωP,,,,,,,,,,,,,,,2020/4/28,模電課件,,,45O,90O,,,,,,,,相頻波特圖的畫法,一階零點的0.1ωz是相頻波特圖的轉(zhuǎn)折頻率，在ω>0.1ωz處對幅值的貢獻是+45O／十倍頻,一階極點ω=0.1ωp為幅頻波特圖的轉(zhuǎn)折頻率，在ω>ωp處對幅值的貢獻是-45OdB／十倍頻,,0O,-180O,-135O,-90O,,,,,在ω=ωp處是-45o,在ω=ωz處是+45o,在ω≥10ωz處是+90o(最大),在ω≥10ωp處是-90o(最大),,2020/4/28,模電課件,2020/4/28,模電課件,,2．在s平面坐標(biāo)原點處零點或極點的波特圖,若傳輸函數(shù)為,一階：零點,,Z1,(1)在s平面坐標(biāo)原點處零點的波特圖,s平面坐標(biāo)原點處的零點因子,幅頻特性為,相頻特性為,s,2020/4/28,模電課件,s平面坐標(biāo)原點處的零點因子幅頻波特圖是過(1,0)點，斜率為+20dB/十倍頻的直線,(a)s平面坐標(biāo)原點處的零點因子,幅頻特性為,相頻特性為,(i)幅頻波特圖的畫法,當(dāng)ω=1rad/s時,,,,,Au1(jω)=20lg1=0(dB),,+20dB/十倍頻直線,1,=0,,,,1,,,,(ii)相頻波特圖的畫法,平行橫軸直線,2020/4/28,模電課件,,若傳輸函數(shù)為,一階：極點,(2)在s平面坐標(biāo)原點處極點的波特圖,s平面坐標(biāo)原點處的極點因子,幅頻特性為,相頻特性為,P0,s,2020/4/28,模電課件,s平面坐標(biāo)原點處的極點因子幅頻波特圖是過(1,0)點，斜率為-20dB/十倍頻的直線,(a)s平面坐標(biāo)原點處的極點因子,幅頻特性為,相頻特性為,(i)幅頻波特圖的畫法,當(dāng)ω=1rad/s時,,,Au1(jω)=-20lg1=0(dB),,－20dB/十倍頻直線,1,=0,,,,1,,,,(ii)相頻波特圖的畫法,平行橫軸直線,,,