模擬電路網絡課件 第十五節:單級放大電路的瞬態響應

3.8 單級放大電路的瞬態響應

一、放大電路的瞬態分析與穩態分析

對放大電路的研究，目前有穩態分析法和瞬態分析法兩種不同的分析方法。

穩態分析法：也就是已討論過的頻率響應分析法。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（或叫做放大電路的頻域響應）。其優點是分析簡單，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或時域響應。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志。其優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響應。

在工程實際中，這兩種方法可以互相結合，根據具體情況取長補短地運用。

二、單級放大電路的瞬態響應的上升時間

放大電路的階躍響應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主要由上升時間tr和平頂降落d來表示。階躍響應分析其目的是求出這兩個參數，并可將它與穩態分析中參數相聯系。

分析單級共射放大電路的階躍響應時，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，與穩態分析中的高頻區相對應，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規律上升的，需要經過一定時間，才能到達最終值，這種現象稱為前沿失真。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經推導可得

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響應的平頂降落

階躍電壓的平頂階段與穩態分析中的低頻區相對應，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的關系如圖1b所示。

由于電容C 的影響，,但輸出電壓是按指數規律下降的，這種現象稱為平頂降落。

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 ，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、放大電路的瞬態分析與穩態分析方法比較

瞬態分析法和穩態分析法雖然是兩種不同的方法，但它們是有內在聯系的，當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，放大電路的瞬態響應（上升時間）決定于放大電路的高頻響應（fH）；而在階躍電壓的平頂階段，放大電路的瞬態響應（平頂降落）又決定于放大電路的低頻響應（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，如它的方波響應很好，則說明它的頻帶較寬。

必須指出，穩態分析法在放大電路的分析中仍占主導地位，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 在瞬態計算極其復雜時，往往可根據穩態響應的研究來間接地對電路的瞬態響應得到一個定性的了解；④ 在反饋放大電路中，消除自激的補償網絡也是以頻率響應為基礎的。