低频电子线路(第二版)第3章 放大器的频率问题

该信号包含两个频率信号:1.5kHz和50kHz，均处于中频 区，故不会产生线性失真；但1.5kHz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10V， 故会产生严重的非线性失真。
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308
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(3)ui = 0.1sin (2π 1.5103)t 0.2sin (2π 1.5105)t V
3. 不失真传输的条件 （1）不产生幅度失真的条件
从幅频特性上看放大倍数的幅值与频率无关， 即
| Au (j) | K
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302
3. 不失真传输的条件
（2）不产生相位失真的条件 从相频特性上看放大器对各频率分量滞后时间相同
即 td
滞后时间
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Байду номын сангаас
303
3. 不失真传输的条件
实际上要完全满足这两个不失真条件是困难 的，也是没有必要的。因为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。
第3章
放大器的频率 特性
293
目录
3.1 线性失真及其分析方法 …………………………………295 3.2 单级放大器的频率响应 …………………………………330 3.3 多级放大器的频率响应 …………………………………373 3.4 放大器的阶跃响应 ……………………………………… 383
294
3.1 线性失真及其分析方法 3.1.1 线性失真 3.1.2 分析方法
(1)ui =0.1sin (2π 1.5105)t V
(2)ui = 10sin (2π 1.5103)t 0.1sin (2π 50103)t V
(3)ui = 0.1sin (2π 1.5103)t 0.2sin (2π 1.5105)t V
(4)ui = 0.1sin(2π 3)t 0.2sin (2π1.5103)t V
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305
4. 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Q点位置有关）。
⑵ 产生结果不同 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频率成分。
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306
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3.1.1 线性失真
例3-3 某放大器中频电压增益 Aum 20dB，下限频率 fL 10Hz ， 上限频率 fH 100kHz，最大不失真输出电压为10V，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 失真？
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307
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解：
3.1.1 线性失真
(1)ui =0.1sin (2π 1.5105 )t V
该信号为单频信号，虽然该信号 f fH ，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 许的输入电压的最大幅值为10/10=1V,故不会产生非线性失真。
(2)ui = 10sin (2π 1.5103)t 0.1sin (2π50103)t V
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295
3.1.1 线性失真
1. 基本概念
由于放大电路中存在电抗元件(电容、电感等）， 所以在放大含有丰富频率成分的信号（如语音信号、 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线性失真。
丰富频率成分的信号 电路中有电抗元件
输出畸变 线性失真
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296
1. 基本概念
1. 基本知识：
设系统的传输函数为
H(s)
ansn an1sn1 a1s a0 bm sm bm1sm1 b1s b0
式中n≤m
将上式因式分解为
H
(s)
an (s z1)(s bm (s p1)(s
z2 p2
)(s )(s
zn ) pm )
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311
1. 基本知识
在式
H
(s)
2. 线性失真的分类
输入信号由基波、二次谐波和三次谐波组成
输入信号谐波振幅比为10:6:2 输出信号谐波振幅比为10:3:0.5 因此出现失真。
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300
2. 线性失真的分类
• 相位失真：(与相位频率特性有关)
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。
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301
3.1.1 线性失真
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。
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， 则必须考虑。
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304
3.1.1 线性失真
4. 和非线性失真的区别
⑴ 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 失真。
非线性失真是含有非线性元件（如晶体管、 场效应晶体管等）的非线性电路产生的失真。
由于电容C对于不同频率呈现不同容抗，从而，使输出
返回 波形产生了失真。
298
3.1.1 线性失真
2. 线性失真的分类 • 幅度失真：(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 小不同，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。
例3－2
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299
an (s z1)(s bm (s p1)(s
z2 )(s p2 )(s
该信号的两个频率分量：3Hz处于低频区，1.5kHz处于 中频区，故产生线性失真；
叠加后的信号在t为1.7104 s有最大值为0.2V，故不产生
非线性失真。
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309
3.1.1 线性失真
小结
（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
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310
3.1.2 分析方法
例3－1 RC电路如图所示，当输入信号为周期 为1ms的方波时，画出输出电压波形。
0.1μF 1k
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297
1. 基本概念
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。
uI (t)
1 2
2 π
(sin t
sin 3t
3
sin 5t
5
)
由于RC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RC电路，最后在输出端求和。
该信号的两个频率分量：1.5kHz处于中频区, 150kHz 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
加之后的信号在t为 1.7 104s 处有最大值0.1V，故不产生非
线性失真。
(4)ui = 0.1sin(2π 3)t 0.2sin (2π 1.5103)t V