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1、第 3章放大器的频率放大器的频率特性特性退出退出300目目 录录 线性失真及其分析方法线性失真及其分析方法 302 多级放大器的频率响应多级放大器的频率响应 385 放大器的阶跃响应放大器的阶跃响应 393 单级放大器的频率响应单级放大器的频率响应 338退出退出3013.1 线性失真及其分析方法线性失真及其分析方法3.1.1 线性失真线性失真3.1.2 分析方法分析方法退出退出返回返回302 由于放大电路中存在由于放大电路中存在电抗元件电抗元件( (电容、电感等），电容、电感等），所以在放大含有所以在放大含有丰富频率成分丰富频率成分的信号（如语音信号、的信号（如语音信号、脉冲信号等）时，导致
2、输出信号不能重现输入信号的脉冲信号等）时，导致输出信号不能重现输入信号的波形，这种在线性系统中产生的失真称为波形，这种在线性系统中产生的失真称为线性失真线性失真。3.1.1 线性失真线性失真1. 基本概念基本概念丰富频率成分的信号丰富频率成分的信号电路中有电抗元件电路中有电抗元件输出畸变输出畸变线性失真线性失真退出退出返回返回303 例例3-1：RC电路如图所示，当输入信号为周期为电路如图所示，当输入信号为周期为1ms的方波时，的方波时，试分析输出电压试分析输出电压波形产生失真波形产生失真的原因。的原因。3.1.1 线性失真线性失真1. 基本概念基本概念退出退出304 对输入信号做傅里叶分解，
3、可见输入信号中包对输入信号做傅里叶分解，可见输入信号中包含丰富的频率成分。含丰富的频率成分。 由于电容由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出波形产生了失真。使输出波形产生了失真。 由于由于RC电路是线性电路，可以用叠加原理，将电路是线性电路，可以用叠加原理，将输入信号的各个频率分量分别作用于输入信号的各个频率分量分别作用于RC电路，最后电路，最后在输出端求和。在输出端求和。1. 基本概念基本概念退出退出3.1.1 线性失真线性失真305幅度失真：幅度失真：( (与振幅频率特性有关与振幅频率特性有关) ) 放大器对输入信号的不同频率分量的放大倍数大放大器
4、对输入信号的不同频率分量的放大倍数大小不同小不同，使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关使输出信号各个频率分量的振幅相对比例关系发生了变化，从而导致输出波形失真。系发生了变化，从而导致输出波形失真。2. 线性失真的分类线性失真的分类例例3-2：退出退出3.1.1 线性失真线性失真306输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成输入信号基波、二次和三次谐波振幅比为输入信号基波、二次和三次谐波振幅比为10:6:2；输出信号输出信号基波、二次和三次基波、二次和三次谐波振幅比为；谐波振幅比为；因此出现失真。因此出现失真。退出退出3.1.1 线性失真线性失真3072.
5、线性失真的分类线性失真的分类 放大器对输入信号的不同频率分量滞后放大器对输入信号的不同频率分量滞后时间不相等而造成的输出波形失真。时间不相等而造成的输出波形失真。相位失真：相位失真：( (与相位频率特性有关与相位频率特性有关) )退出退出3.1.1 线性失真线性失真3083. 不失真传输的条件不失真传输的条件即即从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关。从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关。（1 1）不产生幅度失真的条件）不产生幅度失真的条件退出退出3.1.1 线性失真线性失真3093. 不失真传输的条件不失真传输的条件从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同从相频特性上看放大器对各频率分
6、量滞后时间相同即即滞后时间滞后时间（2 2）不产生相位失真的条件）不产生相位失真的条件退出退出3.1.1 线性失真线性失真3103. 不失真传输的条件不失真传输的条件 对于要放大的输入信号，其主要频率成分总对于要放大的输入信号，其主要频率成分总是集中在一定的频率范围内，通常称为信号带宽。是集中在一定的频率范围内，通常称为信号带宽。 对于幅度失真：只要放大器的通频带略大于信对于幅度失真：只要放大器的通频带略大于信号带宽，就可以忽略幅度失真。号带宽，就可以忽略幅度失真。 对于相位失真：在话音通信中的中的放大器，对于相位失真：在话音通信中的中的放大器，可以不考虑相位失真，但在图像通信中的放大器，可以
7、不考虑相位失真，但在图像通信中的放大器，则必须考虑。则必须考虑。退出退出3.1.1 线性失真线性失真3114. 和非线性失真的区别和非线性失真的区别 产生原因不同产生原因不同 线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的线性失真是含有电抗元件的线性电路产生的失真。失真。 非线性失真是含有非线性失真是含有非线性元件非线性元件（如晶体管、（如晶体管、场效应管等）的非线性电路产生的失真。场效应管等）的非线性电路产生的失真。退出退出3.1.1 线性失真线性失真3124. 和非线性失真的区别和非线性失真的区别 线性失真的大小与输入信号幅度的大小无线性失真的大小与输入信号幅度的大小无关，而非线性失真的大小与输入
8、信号幅度大小关，而非线性失真的大小与输入信号幅度大小密切相关（对于放大电路还与密切相关（对于放大电路还与Q Q点位置有关）。点位置有关）。(2)产生结果不同产生结果不同 线性失真不会产生新的频率成分线性失真不会产生新的频率成分; ; 非线性失真产生了输入信号所没有的新的非线性失真产生了输入信号所没有的新的频率成分。频率成分。退出退出3.1.1 线性失真线性失真313例例3-33-3：某放大器中频电压增益：某放大器中频电压增益 ，下限频率，下限频率 ，上限频率上限频率 ，最大不失真输出电压为，最大不失真输出电压为10V10V，当输入，当输入信号为下列情况时，判断输出信号是否失真？如是，为何种信号
9、为下列情况时，判断输出信号是否失真？如是，为何种失真？失真？ 线性失真线性失真退出退出314 该信号包含两个频率信号和该信号包含两个频率信号和50kHz50kHz，均处于中频，均处于中频区，故不会产生线性失真；但分量的信号幅度远大于区，故不会产生线性失真；但分量的信号幅度远大于线性区允许的输入电压幅度最大值，即信号的最大值为线性区允许的输入电压幅度最大值，即信号的最大值为10V10V，故会产生严重的非线性失真。故会产生严重的非线性失真。解：解： 该信号为单频信号，虽然该信号该信号为单频信号，虽然该信号 ，放大倍数会，放大倍数会降低，但输出仍为单频正弦波，不存在线性失真；线性区允降低，但输出仍为
10、单频正弦波，不存在线性失真；线性区允许的输入电压的最大幅值为许的输入电压的最大幅值为10/10=1V,10/10=1V,故不会产生非线性失真。故不会产生非线性失真。退出退出3.1.1 线性失真线性失真315 该信号的两个频率分量：该信号的两个频率分量：1.5kHz1.5kHz处于中频区处于中频区, 150kHz, 150kHz处于高频区，故会产生线性失真。处于高频区，故会产生线性失真。 两个信号分量的幅度均小于允许的输入电压最大值，叠两个信号分量的幅度均小于允许的输入电压最大值，叠加之后的信号在加之后的信号在t t为为 处有最大值处有最大值0.1V0.1V，故不产生非，故不产生非线性失真。线性
11、失真。 该信号的两个频率分量：该信号的两个频率分量：3Hz3Hz处于低频区，处于低频区，1.5kHz1.5kHz处于处于中频区，故产生线性失真；中频区，故产生线性失真； 叠加后的信号在叠加后的信号在t t为为 s s有最大值为有最大值为0.2V0.2V，故不产生，故不产生非线性失真。非线性失真。退出退出316（1）线性失真的概念；（2）分类；（3）不失真传输条件；（4）和非线性失真的区别。小结小结退出退出3.1.1 线性失真线性失真3173.1.2 分析方法分析方法1. .基本知识基本知识设系统的传输函数为设系统的传输函数为将上式因式分解为将上式因式分解为式中式中n nm m退出退出返回返回3
12、181.基本知识基本知识在式在式中中分子等于零的根分子等于零的根零点零点分母等于零的根分母等于零的根极点极点 因此一个线性系统的传输函数完全由零极因此一个线性系统的传输函数完全由零极点和比例因子决定，据此可分析线性系统的频点和比例因子决定，据此可分析线性系统的频率响应。率响应。退出退出3.1.2 分析方法分析方法3191.基本知识基本知识将放大器的增益函数表示为将放大器的增益函数表示为可将上式改成标准形式，即可将上式改成标准形式，即退出退出3.1.2 分析方法分析方法320对于正弦输入信号，增益函数可表示为对于正弦输入信号，增益函数可表示为1.基本知识基本知识 由上述的增益函数表达式可以得到用
13、分贝表示由上述的增益函数表达式可以得到用分贝表示的增益函数的幅值与频率的关系的增益函数的幅值与频率的关系( (幅频特性）；也可幅频特性）；也可得到增益函数的相位和频率的关系（相频特性）。得到增益函数的相位和频率的关系（相频特性）。退出退出3.1.2 分析方法分析方法321幅频特性：用分贝表示模值。幅频特性：用分贝表示模值。相频特性相频特性退出退出1.基本知识基本知识3.1.2 分析方法分析方法3221.基本知识基本知识 幅频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用幅频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用dBdB表示，表示，描述幅频特性曲线。描述幅频特性曲线。 相频特性波特图：横坐标用频
14、率对数刻度，纵坐标用度相频特性波特图：横坐标用频率对数刻度，纵坐标用度( (或弧度或弧度) )表示，描述相频特性曲线。表示，描述相频特性曲线。扩展频率范扩展频率范围的视野围的视野 由上式可以看出，在求增益函数的幅频和相频特由上式可以看出，在求增益函数的幅频和相频特性时，可以先分别求出单个零极点的贡献，最后合成。性时，可以先分别求出单个零极点的贡献，最后合成。退出退出3.1.2 分析方法分析方法3232.渐近线波特图法渐近线波特图法（1 1）一阶零点）一阶零点设一阶零点表达式为：设一阶零点表达式为：幅频特性幅频特性当当 时，幅频特性是斜率为时，幅频特性是斜率为20dB/20dB/十倍频的斜线。十
15、倍频的斜线。在在 处的模值应为处的模值应为3.01dB3.01dB，因此实际的幅频特，因此实际的幅频特性曲线如虚线所示。性曲线如虚线所示。当当 时，幅频特性为时，幅频特性为0dB0dB；这样用两线段构成的折线就称为渐近线波特图，它与实际曲线这样用两线段构成的折线就称为渐近线波特图，它与实际曲线存在一定的误差，如存在一定的误差，如退出退出3.1.2 分析方法分析方法3242.渐近线波特图法渐近线波特图法（1 1）一阶零点）一阶零点相频特性为相频特性为 实际上，在实际上，在 处和处和 处的相处的相角分别为角分别为5.75.7和和84.384.3，实际的相频特性，实际的相频特性曲线如虚线所示。曲线如
16、虚线所示。退出退出斜率为斜率为45/45/十倍频程的直线。十倍频程的直线。3.1.2 分析方法分析方法325折线误差幅值误差幅值误差/dB相位误差相位误差/ / 1102110退出退出3.1.2 分析方法分析方法3262.渐近线波特图法渐近线波特图法（2 2）一阶极点）一阶极点设一阶极点表达式为：设一阶极点表达式为：幅频特性幅频特性 当当 时，幅频特性是斜率时，幅频特性是斜率为为-20dB/-20dB/十倍频的斜线。十倍频的斜线。实际上，在实际上，在 处的模值为。处的模值为。当当 时，幅频特性为时，幅频特性为0dB0dB；退出退出3.1.2 分析方法分析方法3272.渐近线波特图法渐近线波特图法（2 2）一阶极点）一阶极点相频特性为相频特性为退出退出斜率为斜率为-45/-45/十倍频程的直线。十倍频程的直线。3.1.2 分析方法分析方法328幅频特性为幅频特性为相频特性为相频特性为（3 3）原点处的零点）原点处的零点表达式为表达式为可以看出，零点可以看出，零点则则退出退出2.渐近线波特图法渐近线波特图法3.1.2 分析方法分析方法329幅频特性为幅频特性为相频特性为相频特性为（3 3）
