模拟电路网络课件 第十五节:单级放大电路的瞬态响应

模拟电路网络课件 第十五节:单级放大电路的瞬态响应

3.8 单级放大电路的瞬态响应

一、放大电路的瞬态分析与稳态分析

对放大电路的研究，目前有稳态分析法和瞬态分析法两种不同的分析方法。

稳态分析法：也就是已讨论过的频率响应分析法。该方法以正弦波为放大电路的基本信号，研究放大电路对不同频率信号的幅值和相位的响应（或叫做放大电路的频域响应）。其优点是分析简单，便于测试；缺点是不能直观地确定放大电路的波形失真。

瞬态分析法：是以单位阶跃信号为放大电路的输入信号，研究放大电路的输出波形随时间变化的情况，它又称为放大电路的阶跃响应或时域响应。此方法常以上升时间和平顶降落的大小作为波形的失真标志。其优点是可以很直观地判断放大电路的波形失真，并可利用脉冲示波器直接观测放大电路瞬态响应。

在工程实际中，这两种方法可以互相结合，根据具体情况取长补短地运用。

二、单级放大电路的瞬态响应的上升时间

放大电路的阶跃响应分析以阶跃电压作为放大电路的基本信号，

图1

图1表示一个阶跃电压，它表示为

放大电路的阶跃响应主要由上升时间tr和平顶降落d来表示。阶跃响应分析其目的是求出这两个参数，并可将它与稳态分析中参数相联系。

分析单级共射放大电路的阶跃响应时，可采用小信号等效电路，将阶跃电压可分为上升阶段和平顶阶段并按其特点对电路进行简化。

图2

阶跃电压中上升较快的部分，与稳态分析中的高频区相对应，可用RC低通电路来模拟，如图 2a所示。由图可知

式中VS是阶跃信号平顶部分电压值。 与时间的关系如图2b所示。

上式表示在上升阶段时输出电压vO随时间变化的关系。输入电压vS在t=0时是突然上升到最终值的，而输出电压是按指数规律上升的，需要经过一定时间，才能到达最终值，这种现象称为前沿失真。一般用输出电压从最终值的10%上升至90%所需的时间tr来表示前沿失真，tr称为上升时间。

由图2b经推导可得

已知 可得

或

可见，上升时间tr与上限频率fH成反比，fH越高，则上升时间愈短，前沿失真越小。

三、单级放大电路的瞬态响应的平顶降落

阶跃电压的平顶阶段与稳态分析中的低频区相对应，所以可用如图1a所示RC 高通电路来模拟。

               

                             图1

由图可得

 

vO与时间t的关系如图1b所示。

由于电容C 的影响，,但输出电压是按指数规律下降的，这种现象称为平顶降落。

下面计算在某一时间间隔tp时的平项降落值。

在平顶阶段，时间常数 ，可得

考虑到 ，可得

 

由此可见，平顶降落与低频下限频率成正比，fL越低，平顶降落越小。

四、放大电路的瞬态分析与稳态分析方法比较

瞬态分析法和稳态分析法虽然是两种不同的方法，但它们是有内在联系的，当放大电路的输入信号为阶跃电压时，在阶跃电压的上升阶段，放大电路的瞬态响应（上升时间）决定于放大电路的高频响应（fH）；而在阶跃电压的平顶阶段，放大电路的瞬态响应（平顶降落）又决定于放大电路的低频响应（fL）。因此，一个频带很宽的放大电路，同时也是一个很好的方波信号放大电路。在实用上常用一定频率的方波信号去测试宽频放大电路的频率响应，如它的方波响应很好，则说明它的频带较宽。

必须指出，稳态分析法在放大电路的分析中仍占主导地位，这是因为：① 任何周期性的信号都可分解为一系列的正弦波，因此放大电路分析的重点是正弦信号；② 关于电路的分析和综合方法，在频域中比在时域中一般要成熟得多；③ 在瞬态计算极其复杂时，往往可根据稳态响应的研究来间接地对电路的瞬态响应得到一个定性的了解；④ 在反馈放大电路中，消除自激的补偿网络也是以频率响应为基础的。