模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第十五節(jié):單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)

3.8 單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)

一、放大電路的瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析

對(duì)放大電路的研究，目前有穩(wěn)態(tài)分析法和瞬態(tài)分析法兩種不同的分析方法。

穩(wěn)態(tài)分析法：也就是已討論過(guò)的頻率響應(yīng)分析法。該方法以正弦波為放大電路的基本信號(hào)，研究放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的幅值和相位的響應(yīng)（或叫做放大電路的頻域響應(yīng)）。其優(yōu)點(diǎn)是分析簡(jiǎn)單，便于測(cè)試；缺點(diǎn)是不能直觀地確定放大電路的波形失真。

瞬態(tài)分析法：是以單位階躍信號(hào)為放大電路的輸入信號(hào)，研究放大電路的輸出波形隨時(shí)間變化的情況，它又稱(chēng)為放大電路的階躍響應(yīng)或時(shí)域響應(yīng)。此方法常以上升時(shí)間和平頂降落的大小作為波形的失真標(biāo)志。其優(yōu)點(diǎn)是可以很直觀地判斷放大電路的波形失真，并可利用脈沖示波器直接觀測(cè)放大電路瞬態(tài)響應(yīng)。

在工程實(shí)際中，這兩種方法可以互相結(jié)合，根據(jù)具體情況取長(zhǎng)補(bǔ)短地運(yùn)用。

二、單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)的上升時(shí)間

放大電路的階躍響應(yīng)分析以階躍電壓作為放大電路的基本信號(hào)，

圖1

圖1表示一個(gè)階躍電壓，它表示為

放大電路的階躍響應(yīng)主要由上升時(shí)間tr和平頂降落d來(lái)表示。階躍響應(yīng)分析其目的是求出這兩個(gè)參數(shù)，并可將它與穩(wěn)態(tài)分析中參數(shù)相聯(lián)系。

分析單級(jí)共射放大電路的階躍響應(yīng)時(shí)，可采用小信號(hào)等效電路，將階躍電壓可分為上升階段和平頂階段并按其特點(diǎn)對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化。

圖2

階躍電壓中上升較快的部分，與穩(wěn)態(tài)分析中的高頻區(qū)相對(duì)應(yīng)，可用RC低通電路來(lái)模擬，如圖 2a所示。由圖可知

式中VS是階躍信號(hào)平頂部分電壓值。 與時(shí)間的關(guān)系如圖2b所示。

上式表示在上升階段時(shí)輸出電壓vO隨時(shí)間變化的關(guān)系。輸入電壓vS在t=0時(shí)是突然上升到最終值的，而輸出電壓是按指數(shù)規(guī)律上升的，需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，才能到達(dá)最終值，這種現(xiàn)象稱(chēng)為前沿失真。一般用輸出電壓從最終值的10%上升至90%所需的時(shí)間tr來(lái)表示前沿失真，tr稱(chēng)為上升時(shí)間。

由圖2b經(jīng)推導(dǎo)可得

已知 可得

或

可見(jiàn)，上升時(shí)間tr與上限頻率fH成反比，fH越高，則上升時(shí)間愈短，前沿失真越小。

三、單級(jí)放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)的平頂降落

階躍電壓的平頂階段與穩(wěn)態(tài)分析中的低頻區(qū)相對(duì)應(yīng)，所以可用如圖1a所示RC 高通電路來(lái)模擬。

????? ?????????

???????????????????????????? 圖1

由圖可得

?

vO與時(shí)間t的關(guān)系如圖1b所示。

由于電容C 的影響，,但輸出電壓是按指數(shù)規(guī)律下降的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為平頂降落。

下面計(jì)算在某一時(shí)間間隔tp時(shí)的平項(xiàng)降落值。

在平頂階段，時(shí)間常數(shù) ，可得

考慮到 ，可得

?

由此可見(jiàn)，平頂降落與低頻下限頻率成正比，fL越低，平頂降落越小。

四、放大電路的瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析方法比較

瞬態(tài)分析法和穩(wěn)態(tài)分析法雖然是兩種不同的方法，但它們是有內(nèi)在聯(lián)系的，當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)為階躍電壓時(shí)，在階躍電壓的上升階段，放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)（上升時(shí)間）決定于放大電路的高頻響應(yīng)（fH）；而在階躍電壓的平頂階段，放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)（平頂降落）又決定于放大電路的低頻響應(yīng)（fL）。因此，一個(gè)頻帶很寬的放大電路，同時(shí)也是一個(gè)很好的方波信號(hào)放大電路。在實(shí)用上常用一定頻率的方波信號(hào)去測(cè)試寬頻放大電路的頻率響應(yīng)，如它的方波響應(yīng)很好，則說(shuō)明它的頻帶較寬。

必須指出，穩(wěn)態(tài)分析法在放大電路的分析中仍占主導(dǎo)地位，這是因?yàn)椋孩?任何周期性的信號(hào)都可分解為一系列的正弦波，因此放大電路分析的重點(diǎn)是正弦信號(hào)；② 關(guān)于電路的分析和綜合方法，在頻域中比在時(shí)域中一般要成熟得多；③ 在瞬態(tài)計(jì)算極其復(fù)雜時(shí)，往往可根據(jù)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的研究來(lái)間接地對(duì)電路的瞬態(tài)響應(yīng)得到一個(gè)定性的了解；④ 在反饋放大電路中，消除自激的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)也是以頻率響應(yīng)為基礎(chǔ)的。