1频率响应的基本概念详解.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,封面,频率响应的基本概念,甘南,郎木寺,返回,引言,在实际的放大电路中，由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定的程度时，电容的容抗不可忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。,与耦合电容相反，由于半导体极间电容的存在，对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移。,本页完,频率响应的基本概念,返回,主页,频率响应的基本概念主页,使用说明：要学习哪部分内容，只需把鼠标移到相应的目录上单击鼠标左键即可，按空格键或鼠标左键将按目录顺序学习。,结束,频率响应及带宽和波特图,低通电路,高通电路,甘南,郎木寺,义工,返回,频率响应及带宽和波特图,1.,增益的分贝表示法 增益的倍数表示式,频率响应及带宽和波特图,1,、增益的分贝,(dB),表示法,如,=I,c,/I,b,继续,本页完,电压增益的,倍数,表示法,A,u,=U,O,/U,i,电流增益的,倍数,表示法,A,i,=I,O,/I,i,功率增益的,倍数,表示法,A,p,=P,O,/P,i,但在工程上,由于电路增益很高,(,达几十万倍甚至上百万倍,),，用倍数表示就不大方便；同时由于人耳对声音响度的感觉并不是呈现线性,(,即倍数,),关系,而是呈对数关系，所以在电子工程中表示增益通常用对数值表示法。,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(,倍数,),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,电路各种增益的表示，通常采用倍数法，这比较直观和易于为人接受。,增益的分贝表示式,继续,本页完,电压增益的,增益,表示法,G,u,=20 lgA,u,=20 lg(U,O,/U,i,),分贝,电流增益的,增益,表示法,G,i,=20 lgA,i,=20 lg(I,O,/I,i,),分贝,功率增益的,增益,表示法,G,p,=10 lgA,p,=10 lg(P,O,/P,i,),分贝,单击,分贝,可至倍数与分贝数对照表和换算举例,单击,继续,继续向后学习。,分贝,继续,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,(dB),1,、增益的分贝,(dB),表示法,频率响应及带宽和波特图,频率响应及带宽和波特图,1,、增益的分贝,(dB),表示法,2,、频率响应及带宽,(1),幅频响应及带宽,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(dB),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,HBW,2,、频率响应及带宽,(1),幅频响应及带宽,继续,本页完,各种不同频率的正弦波,放大器,放大器对不同频率的放大量如图所示,此区域表示放大器对较低频率的信号放大量较小,且随着频率的升高放大量逐渐增大。,此区域表示放大器对较高频率的信号放大量亦较小,且随着频率的升高放大量逐渐减小。,此区域表示放大器对中频段的信号放大量是最大的,并且对中频率各成份放大量一样。,上述放大器的性能随输入信号频率的不同而变化的规律称为频率响应。放大器的增益随频率变化的规律，叫做幅频响应。,用倍数表示的放大增益,1,、增益的分贝,(dB),表示法,2,、频率响应及带宽,(1),幅频响应及带宽,上限频,fH,和下限频,fL,继续,本页完,在工程上,有一个很重要的量，称为通频带,BW,。在幅频响应曲线,(,亦称幅频特性曲线,),上找出放大量为最大值的,0.707,倍的点，然后作一条水平线。,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(dB),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,用倍数表示的放大增益,此线与曲线在高频段上的交点所对应的频率称为上限频率,f,H,。,此线与曲线在低频段上的交点所对应的频率称为下限频率,f,L,。,频率响应及带宽和波特图,通频带,BW=fH-fL,继续,本页完,带宽,BW=f,H,-f,L,在工程设计上，处于通频带,BW,内的各种频率的信号可视为能通过放大器并得到同一放大量，在通频带以外的各种频率的信号可视为得不到放大而受到衰减。通频带的名称来由于此。,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(dB),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,用倍数表示的放大增益,上限频率,f,H,与下限频率,f,L,之差称为通频带，简称为带宽,BW,。,1,、增益的分贝,(dB),表示法,2,、频率响应及带宽,(1),幅频响应及带宽,频率响应及带宽和波特图,(2),相频响应,继续,本页完,(2),相频响应,各种不同频率的正弦波,放大器,放大器对不同频率信号的相移如图所示,以共射极放大电路为例：相频曲线中的平坦段表示在中频段，输出信号电压与输入信号电压的相位刚好反相。,单击此复习幅频失真和相频失真动画演示。,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(dB),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,用倍数表示的放大增益,输出,电压,与输入电压之间的相位差,在较低频率处,输出信号与输入信号的相 位差 在,-90-180,之间,这就会造成低频相位失真。,在较高频率处,输出信号与输入信号的相位差在,-180-270,之间,这就会造成高频相位失真。,带宽,BW=f,H,-f,L,1,、增益的分贝,(dB),表示法,2,、频率响应及带宽,(1),幅频响应及带宽,频率响应及带宽和波特图,3,、波特图,相频响应,幅频响应,0,-90,-180,-270,f,0,A,u,(dB),A,u0,0.707A,u0,f,f,L,f,H,BW,BW,继续,本页完,3,、用波特图表示频率响应曲线,在工程设计上,纵坐标用分贝,(dB),表示增益。,在工程设计上,横坐标用,10,倍频程的对数刻度表示频率间隔,。,20,f/Hz,200,2000,20000,在,0.707A,uO,处换算成分贝应是比最大值衰减3,dB,。,3dB,频率响应及带宽和波特图,1,、增益的分贝,(dB),表示法,2,、频率响应及带宽,20,lg,|A,u,|/dB,4,、几种频率响应电路,1.,低通电路,4,、几种频率响应电路,低通,电路,继续,本页完,(1),低通电路,u,I,(t),u,O,(t),低通电路的带宽,BW=,H,|A|,0,H,A,0,理想幅频响应,实际幅频响应,通带,阻带,低通电路的幅频响应如图所示。,0.7A,0,低通电路的功能是通过从零到某一截止角频率,H,(,某一频率,f,H,),的低频信号，而对于大于,H,(,f,H,),的所有频率则完全衰减。,频率响应及带宽和波特图,亦称为低通滤波器,2.,高通电路,高通,电路,继续,本页完,u,I,(t),u,O,(t),|A|,0,L,A,0,理想幅频响应,实际幅频响应,阻带,通带,(2),高通电路,高通电路的幅频响应如图所示。,0.7A,0,高通电路的功能是通过某一截止角频率,L,(,某一频率,f,L,),以上的高频信号，而对于小于,L,(,f,L,),的所有频率则完全衰减。,理论上高通电路的带宽为无限，但实际上受有源器件带宽的限制，其带宽也是有限的。,频率响应及带宽和波特图,4,、几种频率响应电路,(1),低通电路,亦称为高通滤波器,3.,带通电路,带通,电路,继续,本页完,u,I,(t),u,O,(t),L,A,0,理想幅频响应,实际幅频响应,通带,阻带,(3),带通电路,带通电路的幅频响应如图所示。,带通电路的通频带,BW=,H,-,L,H,|A|,0,阻带,0,0.7A,0,带通电路 的功能 是通过某一中心频率,0,及附近范围的频率,(,H,-,L,),或,(,f,H,-,f,L,),，而对于这个范围以外的频率则完全衰减。,频率响应及带宽和波特图,(2),高通电路,4,、几种频率响应电路,(1),低通电路,亦称为带通滤波器,4.,带阻,(,陷波器,),电路,带阻,电路,继续,本页完,u,I,(t),u,O,(t),L,A,0,理想幅频响应,实际幅频响应,阻带,通带,带阻电路的幅频响应如图所示。,显然带阻电路有两个通频带,0BW,L,和,H,BW,H,|A|,0,通带,(4),带阻电路（陷波器）,0,带阻电路又称为陷波器，其功能是将某一中心频率,0,及附近范围的频率,(,H,L,),完全衰减，而对于这个范围以外的频率则予以通过。,0.7A,0,频率响应及带宽和波特图,(3),带通电路,(2),高通电路,4,、几种频率响应电路,(1),低通电路,亦称为带阻滤波器,本内容结束页,带阻,电路,继续,本页完,u,I,(t),u,O,(t),L,A,0,理想幅频响应,实际幅频响应,阻带,通带,带阻电路的幅频响应如图所示。,显然带阻电路有两个通频带,0BW,L,和,H,BW,H,|A|,0,通带,(4),带阻电路（陷波器）,0,带阻电路又称为陷波器，其功能是将某一中心频率,0,及附近范围的频率,(,H,-,L,),完全衰减，而对于这个范围以外的频率则予以通过。,0.7A,0,频率响应及带宽和波特图,(3),带通电路,(2),高通电路,4,、几种频率响应电路,(1),低通电路,亦称为带阻滤波器,本内容学习完毕,单击,返回,返回学习主页；单击,继续,，继续学习,RC,低通滤波器。,继续,返回,低通电路,RC,低通电路的频响,低通电路,继续,本页完,因为电容的容抗随着频率的下降而增大，随着频率的升高而减少。当在输入端输入各种频率的信号时，,C,对高频的容抗小，所以高频信号通过,C,旁路下地没有输出，,C,对低频信号的容抗较大近乎断路，所以低频信号不会旁路下地，能从输出端输出。,定义传递函数为,RC,低通电路的频率响应,为书写方便,本课件凡是相量均用,红色,字体表示而不在字上加点“,”,。,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,A,u,=,U,O,/,U,i,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,U,O,U,i,X,C,R,+,X,C,=,1,1+,j,RC,1,1+,j,其中,H,=1/(RC),RC,低通电路定性分析：,低通电路信号传输出规律,=,1,j,C,R+,1,j,C,H,=,过度,继续,定义传递函数为,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,A,u,=,U,O,/,U,i,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,所以,A,u,=,1,1+,j,其中,H,=1/(RC),低通电路信号传输出规律,H,=,低通电路,RC,低通电路的频率响应,RC,低通电路的频率响应,低通电路,RC,低通电路的幅频特性,继续,本页完,结论,:,各种频率通过此,RC,电路时，信号中,大,(,即频率高,),的成份，,|,A,u,|,小即高频输出电压,U,O,小,;,信号中,小,(,即频率低,),的成份,|,A,u,|,大，即低频输出电压,U,O,大,低频可通过而高频受到衰减。这就是低通电路。,|,A,u,|=,1,1+,(,/,H,),2,H,=1/(RC),称为上限频率,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,X,C,U,i,Uo,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,低通电路信号传输出规律,所以,A,u,1+,j,H,=,1,这种 低通电路 的传递函数,A,u,与,j,的关系是,一次幂,所以称为,一阶,低通电路。,RC,低通电路的频率响应,低通电路,幅频特性曲线和上限频的讨论,继续,本页完,|,A,u,|=,1,1+,(,/,H,),2,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,低通电路信号传输出规律,所以,A,u,1+,j,H,=,1,|,A,u,|,0.7,1,/,H低通电路幅频特性曲线,0,H,根据此式可绘出,A,u,与,的幅频关系曲线。,H,称为上限频。,H,=1/(RC),称为上限频率,H,(,上限频率,),的意义：,H,的信号被衰减，不能通过；,RC,低通电路的频率响应,低通电路,RC,低通电路的相频特性,继续,本页完,=,-,arctan,H,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,低通电路信号传输出规律,所以,A,u,1,|,A,u,|,0.7,1,/,H,低通电路幅频特性曲线,0,H,根据此式可得出,U,o,与,U,i,的相位与频率的关系。,H,称为上限频。,H,=1/(RC),称为上限频率,1+,j,H,=,根据此式可绘出,A,u,与,的相频关系曲线。,0,/,H,低通电路相频特性曲线,H,-45,-90,由曲线可知：当,较小时，,U,o,与,U,i,同相，当在上限频,H,时，,U,o,与,U,i,已经移相了,45,。,RC,低通电路的频率响应,低通电路,本内容结束页,继续,本页完,=,-,arctan,H,R,C,+,+,U,i,U,o,RC,低通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,低通电路信号传输出规律,所以,A,u,1,|,A,u,|,0.7,1,/,H,低通电路幅频特性曲线,0,H,H,称为上限频。,H,=1/(RC),称为上限频率,1+,j,H,=,根据此式可绘出,A,u,与,的相频关系曲线。,0,/,H,低通电路相频特性曲线,H,-45,-90,由曲线可知：当,较小时，,U,o,与,U,i,同相，当在上限频,H,时，,U,o,与,U,i,已经移相了,45,。,本内容学习完毕,单击,返回,返回学习主页；单击,继续,，继续学习,RC,高通滤波电路。,继续,返回,高通电路,RC,高通电路的频响,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,本页完,高通电路,U,o,R,C,+,+,U,i,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,因为电容的容抗随着频率的下降而增大，随着频率的升高而减少。当在输入端输入各种频率的信号时，,C,对低频信号的容抗较大，所以低频信号在,C,上压降大，在,R,上的压降小，即,U,o,小。,C,对高频的容抗小，所以高频信号通过,C,时压降小，在电阻,R,上压降大，即,U,o,大。因而称为高通电路。,RC,高通电路定性分析：,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,U,O,U,i,R,+,X,C,=,1,j,RC,1,1+,其中,L,=1/(RC),高通电路信号传输出规律,j,L,=,R,1+,1,过度,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,高通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,1,1+,其中,L,=1/(RC),j,L,=,高通电路信号传输出规律,U,o,R,C,+,+,U,i,RC,高通电路的幅频特性,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,本页完,高通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,1,1+其中,L,=1/(RC),j,L,|,A,u,|=,1,1+,(,L,/,),2,结论,:,各种频率通过此,RC,电路时，信号中,小,(,即频率低,),的成份，,|,A,u,|,小即低频输出电压,U,O,小,;,信号中,大,(,即频率高,),的成份,|,A,u,|,大，即高频输出电压,U,O,大,这就是高通电路。,这种 高通电路 的传递函数,A,u,与,j,的关系是,一次幂,所以称为,一阶,高通滤波器。,高通电路信号传输出规律,U,o,R,C,+,+,U,i,幅频特性曲线和下限频的讨论,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,本页完,高通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,1,1+,其中,L,=1/(RC),j,L,|,A,u,|=,1,1+,(,L,/,),2,|,A,u,|,0.7,1,/,L,高通电路幅频特性曲线,0,L,L,(,下限频率,),的意义：,L,的信号可通过。,根据此式可绘出,A,u,与,的幅频关系曲线。,高通电路信号传输出规律,U,o,R,C,+,+,U,i,相频特性曲线,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,本页完,高通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,UO,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,1,1+,其中,L,=1/(RC),j,L,|,A,u,|,0.7,1,/,L,高通电路幅频特性曲线,0,L,0,/,L,高通电路相频特性曲线,L,45,90,=,-,arctan,L,根据此式可绘出,A,u,与,的相频关系曲线。,相频特性,高通电路信号传输出规律,U,o,R,C,+,+,U,i,结束页,RC,高通电路的频率响应,高通电路,继续,本页完,高通电路,X,C,U,i,U,o,+,+,-,+,-,-,R,定义传递函数为,A,u,=,U,O,/,U,i,由图知,U,O,是由,U,i,经,R,和,X,C,分压而得,所以,A,u,=,1,1+,其中,L,=1/(RC),j,L,|,A,u,|,0.7,1,/,L,高通电路幅频特性曲线,0,L,0,/,L,高通电路相频特性曲线,L,45,90,=,-,arctan,L,根据此式可绘出,A,u,与,的相频关系曲线。,相频特性,高通电路信号传输出规律,本内容学习完毕,单击,返回,返回学习主页；单击,结束,，结束学习。,结束,返回,U,o,R,C,+,+,U,i,增益的分贝表示例题,继续,本页完,例题：,返回,先转换功率，把功率的增益拆成和式,47dB=,（,20+20+3+3+1,）,dB,然后查表得 放大倍数是：100,100,2 2 13=52000倍,再转换电压，把电压的增益拆成和式,69dB=,（,20+20+20+6+3,）,dB,查表得 放大倍数是：10,10,10,2 1,.4,=2800倍,表,2.1.2,倍数与分贝数的常用数据对照表,增益,dB,电压比,(V,o,/V,i,),或,电流比,(I,o,/I,i,),功率比,(P,o,/P,i,),衰减,dB,电压比,(V,o,/V,i,),或,电流比,(I,o,/I,i,),功率比,(P,o,/P,i,),0,1,2,3,5,6,10,20,1,1,1,1,0,1.12(,1.1),1.26(,1.3),1.41(,1.4),1.78(,1.8),2,3.16(,3),10,1.26(,1.3),1.58(,1.6),2,3.16(,3),3.98(,4),10,10,2,-1,-3,-6,-10,-20,-30,-40,0.891(,0.9),0.707(,0.7),0.501(,0.5),0.316(,0.3),0.1,0.032,0.01,0.794(,0.8),0.501(,0.5),0.251(,0.25),0.1,10,-2,10,-3,10,-4,已知功率增益为,47dB,电压增益为,69dB,试换算成放大倍数,例题学习完毕,单击,返回,返回进入处。,返回,再见,再见,