增益频率特性和相位Read课件

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。第三章放大电路的频率特性阐述频率特性的基本13.1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。3.1基本概念频率特性：放大电路对正弦输入信号的稳态响应2频率响应的含义放大器Vi(t)Vo(t)频率响应Vi(t)RCVo(t)例：RC电路3.1放大电路频率特性的基本概念频率响应的含义放大器Vi(t)Vo(t)频率响应Vi(t)R3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。-90001f1f2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43.1.1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。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5(dB)003dBLH通频带中频区低频区高频区(dB)003dBLH通频带中频区低频区高频区63.1.2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7增益频率特性和相位Read课件8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）93.2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复频域分析法3.2.1复频域中的网络函数线性常系数103.2.2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。3.2.2复频率s=σ+jω的物理意义非等幅正弦电流可写成11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。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123.2.3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；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13零点：z1＝0z2＝－σ2极点：p1＝－σ1

设某系统的网络函数：零极图为：零点：z1＝0极点：p1＝－σ1设某系统的网络函数：零极图为143.2.4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3.2.4系统波特图的近似绘法即：用分贝表示则：波特图：用15对单个零、极点的幅度与相位频率特性可以用折线近似。p0.1p10p(dB)单个负实数极点的波特图00对单个零、极点的幅度与相位频率特性可以用折线近似。p0.1163.2.4.1一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：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171.常数项Av(0)表示成分贝形式：1.常数项Av(0)表示成分贝形式：182.一阶零点因子结论：网络函数的每一个一阶零点因子（负实数）对相位的贡献是正的，最大为+90度，在ω＝ωz处为+45度，ω＝ωz就是幅频波特图的转折频率，在ω>ωz处对幅度的贡献是+20dB/十倍频或+6dB/倍频程。2.一阶零点因子结论：网络函数的每一个一阶零点因子（负实数193.一阶极点因子结论：网络函数的每一个一阶极点因子（负半轴）对相位的贡献是负的，最大为－90度，在ω＝ωp处为－45度，ω＝ωp就是幅频波特图的转折频率，在ω>ωp处对幅度的贡献是－20dB/十倍频或－6dB/倍频程。3.一阶极点因子结论：网络函数的每一个一阶极点因子（负半轴20一阶零点因子一阶极点因子常数项合成渐近线合成幅频波特图一阶零点因子一阶极点因子常数项合成渐近线合成幅频波特图21一阶极点贡献的相角一阶零点贡献的相角合成相频渐近线合成相频波特图一阶极点贡献的相角一阶零点贡献的相角合成相频渐近线合成相频波223.2.4.2在s平面坐标原点处的零点或极点设某电路网络函数为：零点因子的波特图：3.2.4.2在s平面坐标原点处的零点或极点设某电路网络函233.2.4.3二阶极点设某电路的网络函数：称为系统的阻尼系数是系统的非阻尼振荡频率当时：当时：当时：令s＝jω则：幅频特性相频特性3.2.4.3二阶极点设某电路的网络函数：称为系统的阻尼系24从幅频特性曲线可以看出，ζ>1时，曲线单调下降，随着ζ减小，平坦部分增大，相应的上限频率升高，当ζ<0.707时曲线在ω/ωn=1处出现峰值，并且随着ζ越小，峰值越高。在ζ=0.707时，曲线的平坦部分最大而又不出现峰值称为最大平坦条件，相应的曲线为最大平坦曲线。从幅频特性曲线可以看出，ζ>1时，曲线单调下降，随着ζ减小，253.2.5主极点的概念在放大器的极点中，如果某极点的绝对值为其他极点的绝对值的1/4以下时，该极点就对BW起主导作用，就可称为主极点。主极点满足条件：放大器的通频带BW=fH3.2.5主极点的概念在放大器的极点中，如果某极点的绝对值26例题1：已知某放大电路的波特图如图所示，填空：

（1）电路的中频电压增益20lg||＝

dB，＝

。（2）电路的下限频率fL≈

Hz，上限频率fH≈

kHz.（3）电路的电压放大倍数的表达式＝

。例题1：已知某放大电路的波特图如图所示，填空：（1）电路的27例题2：已知两级共射放大电路的电压放大倍数求：（1）＝？fL＝？fH＝?（2）画出波特图。例题2：已知两级共射放大电路的电压放大倍数求：（1）＝28作业：P1683.1，3.2，3.3预习：3.2.6开路时间常数分析法3.3单级放大电路的频率特性作业：P1683.1，3.2，3.3预习：3.2.629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。第三章放大电路的频率特性阐述频率特性的基本303.1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。3.1基本概念频率特性：放大电路对正弦输入信号的稳态响应31频率响应的含义放大器Vi(t)Vo(t)频率响应Vi(t)RCVo(t)例：RC电路3.1放大电路频率特性的基本概念频率响应的含义放大器Vi(t)Vo(t)频率响应Vi(t)R32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。-90001f1f2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333.1.1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。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34(dB)003dBLH通频带中频区低频区高频区(dB)003dBLH通频带中频区低频区高频区353.1.2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36增益频率特性和相位Read课件37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）383.2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复频域分析法3.2.1复频域中的网络函数线性常系数393.2.2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。3.2.2复频率s=σ+jω的物理意义非等幅正弦电流可写成40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。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413.2.3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；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42零点：z1＝0z2＝－σ2极点：p1＝－σ1

设某系统的网络函数：零极图为：零点：z1＝0极点：p1＝－σ1设某系统的网络函数：零极图为433.2.4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3.2.4系统波特图的近似绘法即：用分贝表示则：波特图：用44对单个零、极点的幅度与相位频率特性可以用折线近似。p0.1p10p(dB)单个负实数极点的波特图00对单个零、极点的幅度与相位频率特性可以用折线近似。p0.1453.2.4.1一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：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461.常数项Av(0)表示成分贝形式：1.常数项Av(0)表示成分贝形式：472.一阶零点因子结论：网络函数的每一个一阶零点因子（负实数）对相位的贡献是正的，最大为+90度，在ω＝ωz处为+45度，ω＝ωz就是幅频波特图的转折频率，在ω>ωz处对幅度的贡献是+20dB/十倍频或+6dB/倍频程。2.一阶零点因子结论：网络函数的每一个一阶零点因子（负实数483.一阶极点因子结论：网络函数的每一个一阶极点因子（负半轴）对相位的贡献是负的，最大为－90度，在ω＝ωp处为－45度，ω＝ωp就是幅频波特图的转折频率，在ω>ωp处对幅度的贡献是－20dB/十倍频或－6dB/倍频程。3.一阶极点因子结论：网络函数的每一个一阶极点因子（负半轴49一阶零点因子一阶极点因子常数项合成渐近线合成幅频波特图一阶零点因子一阶极点因子常数项合成渐近线合成幅频波特图50一阶极点贡献的相角一阶零点贡献的相角合成相频渐近线合成相频波特图一阶极点贡献的相角一阶零点贡献的相角合成相频渐近线合成相频波513.2.4.2在s平面坐标原点处的零点或极点设某电路网络函数为：零点因子的波特图：3.2.4.2在s平面坐标原点处的零点或极点设某电路网络函523.2.4.3二阶极点设某电路的网络函数：称为系统的阻尼系数