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

3.8 單級放大電路的瞬態(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，研究放大電路對不同頻率信號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)點是分析簡單，便于測試；缺點是不能直觀地確定放大電路的波形失真。

瞬態(tài)分析法：是以單位階躍信號為放大電路的輸入信號，研究放大電路的輸出波形隨時間變化的情況，它又稱為放大電路的階躍響應(yīng)或時域響應(yīng)。此方法常以上升時間和平頂降落的大小作為波形的失真標(biāo)志。其優(yōu)點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放大電路瞬態(tài)響應(yīng)。

在工程實際中，這兩種方法可以互相結(jié)合，根據(jù)具體情況取長補短地運用。

二、單級放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)的上升時間

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，

圖1

圖1表示一個階躍電壓，它表示為

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

分析單級共射放大電路的階躍響應(yīng)時，可采用小信號等效電路，將階躍電壓可分為上升階段和平頂階段并按其特點對電路進行簡化。

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)相對應(yīng)，可用RC低通電路來模擬，如圖 2a所示。由圖可知

式中VS是階躍信號平頂部分電壓值。 與時間的關(guān)系如圖2b所示。

上式表示在上升階段時輸出電壓vO隨時間變化的關(guān)系。輸入電壓vS在t=0時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)過一定時間，才能到達最終值，這種現(xiàn)象稱為前沿失真。一般用輸出電壓從最終值的10%上升至90%所需的時間tr來表示前沿失真，tr稱為上升時間。

由圖2b經(jīng)推導(dǎo)可得

已知 可得

或

可見，上升時間tr與上限頻率fH成反比，fH越高，則上升時間愈短，前沿失真越小。

三、單級放大電路的瞬態(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)相對應(yīng)，所以可用如圖1a所示RC 高通電路來模擬。

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

???????????????????????????? 圖1

由圖可得

?

vO與時間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)象稱為平頂降落。

下面計算在某一時間間隔tp時的平項降落值。

在平頂階段，時間常數(shù) ，可得

考慮到 ，可得

?

由此可見，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為階躍電壓時，在階躍電壓的上升階段，放大電路的瞬態(tài)響應(yīng)（上升時間）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，一個頻帶很寬的放大電路，同時也是一個很好的方波信號放大電路。在實用上常用一定頻率的方波信號去測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，這是因為：① 任何周期性的信號都可分解為一系列的正弦波，因此放大電路分析的重點是正弦信號；② 關(guān)于電路的分析和綜合方法，在頻域中比在時域中一般要成熟得多；③ 在瞬態(tài)計算極其復(fù)雜時，往往可根據(jù)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的研究來間接地對電路的瞬態(tài)響應(yīng)得到一個定性的了解；④ 在反饋放大電路中，消除自激的補償網(wǎng)絡(luò)也是以頻率響應(yīng)為基礎(chǔ)的。