《模拟电子技术》第四章放大电路的频率响应详解

U I
I o A G U i
电压增益 20 lg A U
(dB)
电流增益 20 lg A I
(dB)
功率增益 10lg A P
(dB)
4. 非线性失真
由元器件非线性特性引起的失真。 性能指标 非线性失真系数 最大不失真输出电压幅值
uO UCC =UOM
O I
2 T

Vs Vs O 2Vs
频域

2Vs
2Vs

3



T /℃
C. 非周期信号
傅里叶变换： 周期信号 非周期信号 离散频率函数 连续频率函数
时域
2 200.5 2 200.0 2 199.5
0
10
20
30
40
50
60
70
80 t/s
通过快速傅里叶变换（FFT）可迅 速求出非周期信号的频谱函数。
信号的带宽：
T /℃
频 域
非周期信号包含了所有可能 的频率成分 ， (0 ) 但。。。
O
c

三、模拟信号和数字信号
模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。 处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。 数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。
任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理
第四章 放大电路的频率响应
§4.1 频率响应的概念 §4.2 晶体管的高频等效模型 §4.3 场效应管的高频等效模型
§4.4 单管共发射极放大电路的频率响应
§4.5 多级放大电路的频率响应
§4.6 放大电路的阶跃响应
一、 信号
1. 含义：
信息的载体
传感器
电信号 ＝随时间变化的电压或 电流
v/ V 10 8 v/ mV 10 8 高温计输出波形 放大电路输出波形
输入回路对信号源的衰减
U i
U A 由输出回路得 U o uo i
要想减小衰减，则希望
要想减小负载的影响，则希望
RL Ro RL
Ri Rs
理想 Ri
Ro RL 理想
Ro 0
五、 放大电路的主要性能指标
与放大有关的 增益、输入电阻、输出电阻 非线性失真、线性失真 最大输出功率、转换效率
四、模拟信号的放大
双口网络
信号源
Ii + Us – Rs + Ui –
直流电源
Io 放大电路 + U – o RL
负载
uO AU uI
3层含义：
（1）放大 信号的增强 （2）不失真 （3）能量转换
U o 线性关系：y=kx A U U i 增益（放大倍数）
有源电路（器件）
若输入50kHz的正弦波
带宽 20 0 2 20 fL 2102 2103 2104 fH f/Hz
是否会产生频率失真？
普通音响系统放大电路的幅频响应
( j ) U AU ( ) o ( j ) U i
称为幅频响应
称为相频响应
如何避免频率失真？
频域 指标
f H — —上限频率 f L — —下限频率 称为带宽
60 40
信号的带宽 放大器的带宽 中频区
高频区
低频区
BW f H f L
20lg|AU|/dB 3dB
当 f H f L时，BW f H

Vm
频域
O



B. 方波信号
满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数

T=

时域
0
Vs
v( t )
VS 2VS 1 1 (sin 0 t sin 3 0 t sin5 0 t ) 2 3 5
O

t
其中
0
VS ——直流分量 频谱：将一个信号分解为正 2 2VS 弦信号的集合，得到其正弦 ——基波分量 信号幅值随角频率变化的分 2VS 1 ——三次谐波分量 布，称为该信号的频谱。
＝随时间变化的物理量
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
加热炉温度波动曲线
0
10
20
30
40
50
60
70
80 t/s
O 10
20
30
40
50
60
70
80
t/s
任务：不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理
2. 电信号源的电路表达形式
RS + VS -
电 子 系 统
转换
IS RS
t
幅度失真：
对信号的不同频率成分 增益不同，产生的失真。
I
相位失真：
对 信 号 的不 同 频 率 成分 相移不同，产生的失真。
t
O
频 率 失 真
I
O
t
O
t
O
线 性 失 真
O
O
t
B、AU为什么是 f 的函数？如何表达？ 原因：放大电路存在电抗元件，如电容、电感。
频率响应 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率
t
O
uI
t
O
-UOM
电压传输特性
5. 频率响应及带宽（频域指标）
实际的信号 ＝ 多个正弦波的叠加
20lg|AU|/dB 60 40 20 0 2 20 2102 2103 2104 f/Hz
增益与正弦信号 频率的关系
2个问题：
A、多个正弦频率成分的 放大程度不同，会产生 什么危害？ B、AU为什么是 f 的函 数？如何表达？
Rs Ii
+ Vss U – +
放大电路
Ro
Io + Vo U o o –
+ Ri –
Vi U –
Vi AUO VOU
RL
(1)输入端口特性
U 输入电阻 Ri i Ii
Ri U s Rs Ri
(2) RL

uO

Au

——负载开路时的电压增益 A uo
Ro ——输出电阻
o –RL所以 ' U Ro o RL RL U o
+
0 U s
IT + 放大电路 – Ro UT Us= 0 –
U 另一方法 Ro T I
T
注意：输入、输出电阻为交流电阻
3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量 转换为输出信号能量的能力
U U I o o o 四种增益 A A A I U R I Ui I i i 、A 常用分贝（dB）表示 其中 A
3类
与失真有关的 与能量转换有关的
1. 输入电阻
U Ri i I
i
Rs + Us –
Ii + Ui – 放 大 Ri 电 路
2. 输出电阻
U ' A U o UO i
RL U o AUOU i Ro RL
放 大 电 路 Ro + AUOUi – + Uo – 放 大 电 路 Ro + AUOUi – + U
连续变化的稳态响应。 ( j ) U ( j ) U o o ( j ) 电压增益表示为 A [o ( ) i ( )] U U i ( j ) U i ( j )
或写为
其中
A () () A U U
() o () i ()
普通音响系统放大电路的幅频响应
A. 多个正弦频率成分的放大程度不 同，会产生什么危害？
输入信号
I
基波
t
O
频率失真（线性失真）
幅度失真：
二次谐 波 对信号的不同频率成分增益 输出信 不同，产生的失真。 号
O
相位失真： 对信号的不同频率成分相移 不同，产生的失真。
二次谐波 AU=2
O
基波 AU=1
电压源等效电路
戴 维 宁
诺 顿
电 子 系 统
电流源等效电路
V S I S RS
二、 信号的频谱
电信号的时域与频域表示 A. 正弦信 号 v(t ) Vm sin( 0 t )
T 2

T= = f Vm
时域

O
0
0 2f


t
Vm
最简单的信号： 经常作为标准信号用来 对模拟电路进行分析和测 试!!