2022-2023学年高二物理竞赛课件：放大器的失真

放大器的失真 放大器的失真 一、频率失真 放大器的失真，指输出信号不能真实重现输入信号波形的一种物理现象。 失真类型 频率失真 瞬变失真 线性失真 非线性失真 一般，放大器中含有电抗元件(L、C)。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同的电抗。因而，放大器的增益应为频率的复函数： 波特图 放大器幅频特性曲线，两个截止频率间，频率范围从几十Hz到几千MHz，幅度放大倍数从几倍到几十万倍。如采用线性刻度，不太实际。 为缩短坐标，扩大视野，频率常采用对数刻度，放大倍数用对数20lg|AV|，相角总在0°～360°之间，仍用线性刻度。 这样描绘出的频率特性曲线,称为半（单）对数频率特性曲线或波特图。 波特图的组成 对数幅频特性 横轴 lgf刻度 纵轴 （单位dB） 对数相频特性 横轴 lgf刻度 纵轴 幅频特性曲线： 0 f /Hz A( f )/dB 0 f /Hz A( f ) 幅频特性 相频特性 (对数刻度) (对数刻度) (线性刻度) 增益分贝值： 1、通频带： 对应上限频率fH 、 及下限频率fL 。 增益下降到 时， AI AI 2 fH fL 衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。 下限截止频率 上限截止频率 fbW=fH-fL 实际的信号＝多个正弦波的叠加。 3dB 频率点（半功率点） 3dB 频率点（半功率点） 幅频特性曲线： 普通音响系统放大电路的幅频响应 2、频率响应及带宽（频域指标） 新问题：如何避免频率失真？ 中频区 高频区 低频区 信号的带宽  放大器的带宽 直流放大电路的幅频响应与此有何区别？ 若输入50kHz的正弦波 是否会产生频率失真？ 频率特性的三个频段： 中频段：通频带以内的区域。 放大器的增益、相角均为常数，不随f 变化。 特点： 原因： 所有电抗影响均可忽略不计。 高频段： f > fH 的区域。 频率增大，增益减小并产生附加相移。 特点： 原因： 极间、分布电容容抗  分流 不能视为开路。 即极间、分布电容开路；耦合、旁路电容短路。 低频段： f < fL 的区域。 频率减小，增益降低并产生附加相移。 特点： 原因： 耦、旁电容容抗  分压 不能视为短路。 实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时： 若不同频率信号呈现不同增益 幅度失真 相位失真 幅度失真与相位失真，统称放大器的频率失真。 若不同频率信号呈现不同相角 由于频率失真由电容或电感这类线性电抗元件引起，故称线性失真,它和由三极管的非线性引起的失真不同。 注意：线性失真不产生新的频率成份。非 =有 一般，音频放大器的频率失真主要指幅度失真。 音视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。 3、频率失真分：幅度失真与相位失真。 相位失真：改变各频率分量之间的相位关系。 相位失真：左右 对信号的不同频率成分相移不同，产生的失真。 输入信号 基波 二次谐波 输出信号 基波AV=1 二次谐波AV=2 幅度失真：上下 对信号的不同频率成分增益不同，产生的失真。 指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。如：输入单位阶跃电压。 二、瞬变失真 R C + - vi - vo + vi t 1 0 vo t 0.1 0.9 tr R C + - vi - vo + vi t 0 vo t t1  vo t  1 1 1 振荡时，最大过冲量 ms ms ∪s ∪s Vi=vR+vO Vi=vC+vO （1）非线性失真系数THD、D A1 —— 输出波形中的基波幅值 A2，A3 ，… —— 谐波幅值 （2） 最大不失真输出电压 Vom 当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。用有效值Vom或峰峰值Vopp表示。 Vopp=2 Vom （3）最大输出功率Pom与效率 1. 最大输出功率Pom 2. 效率：直流电源能量的利用率。 (4-2-17) f/Hz 2(104 2(103 2(102 20 60 40 20 2 20lg|AV|/dB 0 带宽 fH fL 3dB I O O t O t I t O O t O $