最新放大电路的瞬态分析与稳态分析

放大电路的瞬态分析与稳态分析

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对放大电路的研究，目前有稳态分析法和瞬态分析法两种不同的分析方法。3

稳态分析法：也就是已讨论过的频率响应分析法。该方法以正弦波为放大电

路的基本信号，研究放大电路对不同频率信号的幅值和相位的响应（或叫做放4

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大电路的频域响应）。其优点是分析简单，便于测试；缺点是不能直观地确定

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放大电路的波形失真。

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瞬态分析法：是以单位阶跃信号为放大电路的输入信号，研究放大电路的输

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出波形随时间变化的情况，它又称为放大电路的阶跃响应或时域响应。此方法

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常以上升时间和平顶降落的大小作为波形的失真标志。其优点是可以很直观地

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判断放大电路的波形失真，并可利用脉冲示波器直接观测放大电路瞬态响应。

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在工程实际中，这两种方法可以互相结合，根据具体情况取长补短地运用。

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单级放大电路的瞬态响应的上升时间

放大电路的阶跃响应分析以阶跃电压作为放大

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图1

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电路的基本信号，图1表示一个阶跃电压，它表示

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为

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放大电路的阶跃响应主要由上升时间t r和平顶

降落来表示。阶跃响应分析其目的是求出这两个参数，并可将它与稳态分析中19

参数相联系。

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分析单级共射放大电路的阶跃响应时，可采用小信号等效电路，将阶跃电压

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可分为上升阶段和平顶阶段并按其特点对电路进行简化。

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阶跃电压中上升

图 2

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较快的部分，与稳

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态分析中的高频区

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相对应，可用RC低

通电路来模拟，如

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图 2（a）所示。由

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图可知

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式中V S是阶跃信

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号平顶部分电压值。与时间的关系如图2（b）所示。

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上式表示在上升阶段时输出电压v O随时间变化的关系。输入电压v S在t=0时33

是突然上升到最终值的，而输出电压是按指数规律上升的，需要经过一定时间，

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才能到达最终值，这种现象称为前沿失真。一般用输出电压从最终值的10%上升至90%所需的时间t r来表示前沿失真，t r称为上升时间。

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由图2（b）经推导可得

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已知可得

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或

可见，上升时间t r与上限频率f H成反比，f H越高，则上升时间愈短，前沿失41

真越小。

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单级放大电路的瞬态响应的平顶降落

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阶跃电压的平顶阶段与稳态分析中的低频区相对应，所以可用如图1（a）所46

示RC 高通电路来模拟。

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图1

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由图可得

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v O 与时间t的关系如图1（b）所示。

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由于电容C 的影响，,但输出电压是按指数规律下降的，这种现象称为平顶降53

落。

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下面计算在某一时间间隔t p时的平项降落值。

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在平顶阶段，时间常数，可得

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考虑到，可得

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由此可见，平顶降落与低频下限频率成正比，f L越低，平顶降落越小。

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放大电路的瞬态分析与稳态分析方法比较

瞬态分析法和稳态分析法虽然是两种不同的方法，但它们是有内在联系的，

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当放大电路的输入信号为阶跃电压时，在阶跃电压的上升阶段，放大电路的瞬

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态响应（上升时间）决定于放大电路的高频响应（f H）；而在阶跃电压的平顶阶

段，放大电路的瞬态响应（平顶降落）又决定于放大电路的低频响应（f L）。因

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此，一个频带很宽的放大电路，同时也是一个很好的方波信号放大电路。在实

用上常用一定频率的方波信号去测试宽频带放大电路的频率响应，如它的方波70

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响应很好，则说明它的频带较宽。

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必须指出，稳态分析法在放大电路的分析中仍占主导地位，这是因为：①任

何周期性的信号都可分解为一系列的正弦波，因此放大电路分析的重点是正弦

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信号；②关于电路的分析和综合方法，在频域中比在时域中一般要成熟得多；

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③在瞬态计算极其复杂时，往往可根据稳态响应的研究来间接地对电路的瞬态

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响应得到一个定性的了解；④在反馈放大电路中，消除自激的补偿网络也是以

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频率响应为基础的。

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多级放大电路及其耦合方式

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在许多应用场合，要求放大器有较高的放大倍数及合适的输入电阻、输出电82

阻，如用单级放大器很难达到要求。因此，需要将多个不同组态的基本放大器83

级联起来，充分利用它们的特点，合理组合构成多级放大器，用尽可能少的级84

数，满足系统对放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态指标的要求。

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多级放大器中各级之间连接方式称为耦合方式。级间耦合时，一方面要确保各级放大器有合适的直流工作点，另一方面应使前级输出信号尽可能不衰减地

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加到后级的输入。常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和光电88

耦合等。

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阻容耦合方式

连接方式框图

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图1

阻容耦合的连接方框图如图1所示。

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特点

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1. 由于电容器隔直流而通交流，所以各级

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的直流工作点相互独立，而且，只要耦合电容选得足够大，则较低频率的信号97

也能由前级几乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。

2. 阻容耦合放大电路的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。这是因为耦98

合电容对这类信号呈现出很大的容抗，信号的一部分甚至全部几乎衰减在耦合99

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电容上。