【正文】 劉開華 2022/2/11 電子線路基礎(chǔ) 2 第三章、放大器的頻率特性 線性失真及其分析方法 單級放大器的頻率響應(yīng) 多級放大器的頻率響應(yīng) 放大器的階躍響應(yīng) 3 線性失真 分析方法 4 由于放大電路中存在電抗元件 (電容、電感等）， 所以在放大含有豐富頻率成分的信號（如語音信號、 脈沖信號等）時，導(dǎo)致輸出信號不能重現(xiàn)輸入信號 的波形，這種在線性系統(tǒng)中產(chǎn)生的失真稱為線性失真。 線性失真 1. 基本概念 豐富頻率成分的信號 電路中有電抗元件 輸出畸變 線性失真 5 1. 基本概念 例 3－ 1： RC電路如圖所示，當(dāng)輸入信號為周期為 1ms的方波時，畫出輸出電壓波形。 k16 1. 基本概念 )55s i n33s i n(s i n221)( ?????? ttttu I ???? 對輸入信號做傅立 葉分解，可見輸入信 號中包含豐富的頻率 成分。 由于電容 C對于不同頻率呈現(xiàn)不同容抗，從而， 使輸出波形產(chǎn)生了失真。 由于 RC電路是線性電路，可以用疊加原理，將 輸入信號的各個頻率分量分別作用于 RC電路，最后 在輸出端求和。 7 線性失真 ? 幅度失真： (與振幅頻率特性有關(guān) ) 放大器對輸入信號的不同頻率分量的放大倍數(shù)大 小不同 ， 使輸出信號各個頻率分量的振幅相對比例關(guān) 系發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致輸出波形失真。 2. 線性失真的分類 例 3－ 2： 8 2. 線性失真的分類 輸入信號由基波、二次諧波和三次諧波組成 輸入信號諧波振幅比為 10:6:2 輸出信號諧波振幅比為 10:3: 因此出現(xiàn)失真。 9 2. 線性失真的分類 放大器對輸入信號的不同頻率分量滯后 時間不相等而造成的輸出波形失真。 ? 相位失真： (與相位頻率特性有關(guān) ) 10 K|)j(A| u ???3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件 即 從幅頻特性上看 放大倍數(shù)的幅值與頻率無關(guān)。 （ 1）不產(chǎn)生幅度失真的條件 11 3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件 dt??? ????從相頻特性上看放大器對各頻率分量滯后時間相同 即 滯后時間 （ 2）不產(chǎn)生相位失真的條件 12 3. 不失真?zhèn)鬏數(shù)臈l件 實(shí)際上要完全滿足這兩個不失真條件是困難 的，也是沒有必要的。因為對于要放大的輸入信 號，其主要頻率成份總是集中在一定的頻率范圍 內(nèi)，通常稱為信號帶寬。 對于幅度失真：只要放大器的通頻帶略大于信 號帶寬，就可以忽略幅度失真。 對于相位失真：在話音通信中的中的放大器， 可以不考慮相位失真，但在圖像通信中的放大器， 則必須考慮。 13 線性失真 4. 和非線性失真的區(qū)別 ⑴ 產(chǎn)生原因不同： 線性失真是含有電抗元件的線性電路產(chǎn)生的失真。 非線性失真是含有非線性元件（如晶 體管、場效應(yīng)管等）的非線性電路產(chǎn)生的 失真。 14 4. 和非線性失真的區(qū)別 線性失真的大小與輸入信號幅度的大小無關(guān)，而非線性失真的大小與輸入信號幅度大小密切相關(guān)（對于放大電路還與 Q點(diǎn)位置有關(guān)）。 ⑵ 產(chǎn)生結(jié)果不同： 線性失真不會產(chǎn)生新的頻率成分 。 非線性失真產(chǎn)生了輸入信號所沒有的新的頻率成分。 15 例 3－ 3：某放大器中頻電壓增益 ，下限頻率 ，上限頻率 ，最大不失真輸出電壓為 10V，當(dāng)輸入 信號為下列情況時，判斷輸出信號是否失真？如是，為何種 失真？ dB20?umA Hz10?LfKHz1 0 0?Hf)().s i n (.)s i n (.u)().s i n (.).s i n (.u)()s i n (.).s i n (u)().s i n (.uiiiiVt1051220t3210Vt1051220t1051210Vt1050210t1051210Vt1051210353335???????????????????????????( 4 )( 3 )( 2 )( 1 ) 線性失真 16 tu i ) i n ()1( 5??? ?t)s i n (.t).s i n (u i 33 10502101051210 ?????? ??( 2 ) 該信號包含兩個頻率信號 : 50KHz，均處于中頻 區(qū)，故不會產(chǎn)生線性失真；但 線性區(qū)允許的輸入電壓幅度最大值，即信號的最大值為 10V， 故會產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。 解： 該信號為單頻信號，雖然該信號 ，放大倍數(shù)會 降低，但輸出仍為單頻正弦波，不存在線性失真；線性區(qū)允 許的輸入電壓的最大幅值為 10/10=1V,故不會產(chǎn)生非線性失真。 Hff ?17 t).s i n (.t).s i n (.u i 53 10512202251210 ?????? ??( 3 )ttu i ) i n ()32s i n ()4( 3????? ?? 該信號的兩個頻率分量： , 150KHz 處于高頻區(qū)，故會產(chǎn)生線性失真。 兩個信號分量的幅度均小于允許的輸入電壓最大值，疊 加之后的信號在 t為 處有最大值 ，故不產(chǎn)生非 線性失真。 s41071 ??. 該信號的兩個頻率分量： 3Hz處于低頻區(qū)， 中頻區(qū)，故產(chǎn)生線性失真； 疊加后的信號在 t為 s有最大值為 ，故不產(chǎn)生 非線性失真。 41071 ??.18 線性失真 （ 1）線性失真的概念 （ 2）分類 （ 3）不失真?zhèn)鬏敆l件 （ 4）和非線性失真的區(qū)別 小結(jié) 19 分析方法 )())(()())(()(2121mmnnpspspsbzszszsasH?????????： 設(shè)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為 011m1mmm01n1nnnbsbsbsbasasasaH (s )???????????????1將上式因式分解為 式中 n≤m 20 )())(()())(()(2121mmnnpspspsbzszszsasH?????????izs ?在式 中 分子等于零的根 零點(diǎn) 分母等于零的根 jps ?極點(diǎn) 因此一個線性系統(tǒng)的傳輸函數(shù)完全由零極 點(diǎn)和比例因子決定，據(jù)此可分析線性系統(tǒng)的頻 率響應(yīng)。 21 ? 將放大器的增益函數(shù)表示為 )ps()ps)(ps()zs()zs)(zs(k)s(Am21n21?????????可將上式改成標(biāo)準(zhǔn)形式，即 )p()p)(p()z()z)(z(kk39。)ps(1)ps)(1ps(1)zs(1)zs)(1zs(1k39。A( s )m21n21m21n21??????????????????式中mnbak ?22 對于正弦輸入信號，增益函數(shù)可表示為 )pj1()pj1)(pj1()zj1()zj1)(zj1(39。k)j(Am21n21???????????????? 由上述的增益函數(shù)表達(dá)式可以得到用分貝表示 的增益函數(shù)的幅值與頻率的關(guān)系 (幅頻特性） 。也可 得到增益函數(shù)的相位和頻率的關(guān)系（相頻特性）。 23 ??????????m1j jn1i i pj1lg20zj1lg2039。klg20)j(A) ( dB )(A ???????? ?????????????m1jjjn1iii)pj1R e ()pj1I m (a r c ta n)zj1R e ()zj1I m (a r c ta n)j(ARe)j(AIma r c ta n)(????????幅頻特性：用分貝表示模值。 相頻特性： 24 ??????????mj jni i pjzjkjAA1112022020 ???? lglg39。lg)()( d B )( 幅頻特性波特圖：橫坐標(biāo)用頻率對數(shù)刻度， 縱坐標(biāo)用 dB表示，描述幅頻特性曲線。 相頻特性波特圖：橫坐標(biāo)用頻率對數(shù)刻度， 縱坐標(biāo)用度 (或弧度 )表示，描述相頻特性曲線。 擴(kuò)展頻率范圍的視野 ???? ?????????????mjjj