第11章电路频率响应(播放版)魏说课材料
论文多级放大电路频率响应仿真分析
多级放大电路频率响应仿真分析摘要：频率响应是多级放大器中放大电路的主要性能指标，表明放大电路对于不同频率信号的放大功能。
本文从以下几点来阐述多级放大电路的频率响应：首先推导出多级放大电路放大倍数与各级放大电路放大倍数之间的关系式；然后以基本放大电路为出发点，分析其对于高频、中频和低频三个不同频段信号的放大能力，推导出多级放大电路的频率响应表达式；得出多级放大电路的通频带由各级放大电路通频带所决定，且其通频带小于组成它的各级放大电路的通频带的结论。
最后将使用Multisim软件对上述结论进行仿真，通过对图形的分析，从而对理论结果进行验证。
关键词：多级放大电路，频率响应，截止频率，通频带，Multisim1 引言如今电子科技发展日新月异，越来越多的电子产品开始进入人们的日常生产生活当中，放大器应用于对各种信号（最终转化为电信号）的放大作用，使得一个微小的信号能够放大来进行使用，如我们所见的声音信号、图像信号等。
可以说，如果没有放大器，我们便如法使用各种各样的数码产品来丰富我们的日常生活。
但单级放大电路的电压放大倍数一般只可以达几倍到几十倍，然而，在许多场合，这样的放大倍数是不够用的，常需要把若干个单级放大电路串接起来，组成多级放大器，把信号经过多次放大，从而得到所需的放大倍数，这便是多级放大器，而构成多级放大器的电路便是我们要探讨研究的多级放大电路。
所以，多级放大电路是对基本放大电路的延伸应用，其结构较之基本放大电路也更加复杂，因为所要分析的方面也更加多。
多级放大电路的一个重要性能指标就是其频率响应，频率响应特性反映了多级放大电路对于不同频率信号的放大能力，在设计一个多级放大器时，我们必须首先了解信号的频率范围，根据这个范围来设计合适的放大电路，以保证设计的放大电路有适用于该信号频率范围的通频带，这样才能保证放大电路良好的放大效果，由此可见研究放大电路的频率响应对于设计放大电路的重要意义。
本文中从最基本的单级放大电路出发，从高、中、低三个频段研究其频率响应特性，得出影响放大电路频率响应的主要因素。
第十一章 非正弦周期信号激励下电路的稳态分析
b
U1 500 V
则：
U1 500 I1 A 4.7 19.6 A Z ab1 10.619.6
2
Ue jn1t dt
2
T 若 ，则可得 4
Fn (n1 )
sin n U 4 U (n1 ) 4 n 4
2
1
41
振幅频谱如图所示
(1) 周期信号的频谱图是一系列离散的谱线组成的， 所有谱线都出现在基波频率的整数倍的频率上。周 期信号的这种频谱称为离散频谱。
即：
f (t )
n
an jbn jn1t e Fn e jn1t 2 n
式中
an jbn An j n Fn e 2 2
an jbn 1 T Fn f (t ) (cos n1t j sin n1t )dt 2 T 0 1 T f (t )e jn1t dt T 0
u (t) t
2 2
T
0 u (t ) U 0
T 2
T t 2 2
2
t T 2
2
2
2
t
频谱函数为
1 U (n1 ) T
1 jn1t u (t )e dt T 2 T n1 jn1 j n sin 2 U e e 1 2 U 2 T jn1 T n1
称为振幅频谱，体现
Fn 幅值随 n1变化的关系，为偶函数。
(n1 ) 称为相位频谱，体现
电路第五版邱关源课件 第11章
一、串联谐振的条件
I
R
j L
1 jω C
+
Z R j ( L 1 ) C
U
1
Im[Z(jω)]=0
ω0 1 LC 1 2π LC
即
0L
0C
0
_
谐振角频率 (resonant angular frequency)
f0
谐振频率 (resonant frequency)
1 0.707
下截止频率
j2
j2
1 Q
j1
2Q
j 2 0
上截止频率
j2
j2
j1
Q=0.5
BW
0
Q
BW
HR
Q=1
ω0称为中心频率
0
Q=10
0
j1
1
j2
j 称为带通网络函数
Q值越大，BW越 窄，电路的选择 性越好，抑非能 力越强。
j
U
_
L
+
I2 I1
U
S
2Ω
I2
2Ω
_
解： 列网孔方程
2
j
I1
2I2 U S
2 I 1 4 j
I2 0
得
I2
2U S 4
j
2
j 6
I2 2 2 US 4 j 6
UL j 2 2 US 4 j 6
相频特性
实验十RLC串联电路的频率响应
实验电路图
L=30m H UL
C1
0.01μF
UC
C2
510Ω 2KΩ
R1 R2
0.1μF
UR
+
Ui=3V 正弦波
_
f(KHZ) _1.5
UR(V)
-1
f0-0.5 f0-0.2 f0 f0+0.2 f0+0.5 +1 +1.5
UL(V)
UC(V)
注意： 1)谐振点附近的测试点选得密一些，其它点间隔大 一些，这样可较快、较准确地测出完整的谐振曲 线数据。 2)测量UR ， UL 和Uc时，注意测试方向，一般将交 流毫伏表接地端测试头接在电路中的低电位点。
二、实验仪器和设备
1）谐振电路实验板；2）信号发生器；3）交流电压表（测 量仪器及仪表自选仪表要考虑各项技术指标，包括频率特 性）
数控智能函数信号发生器
输出波形选择 参数设定 信号输入输 出接口
显示指示面板
幅值调节
R、L、C串联谐振电路
Ui是由函数信号 发生器提供的正弦 信号 。 Ui、 UR 、 UL 、 UC 均用交流毫伏 表测量。
2 0
)
四、实验内容和步骤
1）自拟实验电路(R=510Ω、C=0.01uF、L=30mH)
并接通实验电路(Ui=3V)。
2）找出电路的谐振频率，并测出此时的UR，f0， UC ，UL值。 3）测量幅频特性曲线，在f0两侧各取8个测量点， 逐点测出相关数据，填入自拟表格中。
4）将实验电路参数改为R=2kΩ、C=0.01uF、
33交流电压表测量仪器及仪表自选仪表要考虑各项技术指标包括频率特性数控智能函数信号发生器输出波形选择参数设定信号输入输出接均用交流毫伏表测量
第10章-频率响应--多频正弦稳态电路
§10-5 平均功率的叠加
设us1和us2 为两个任意波形的电压源 当us1单独作用时，流过R的电流为i1(t)
us2单独作用时，流过R的电流为i2(t)
iR
++ uS1 uS2 ––
依据叠加原理 i(t) = i1(t) + i2(t) 电阻消耗的瞬时功率
p(t) =Ri2(t)=R(i1+i2)2= Ri12 + Ri22 +2R i1i2 = p1+ p2+ 2R i1i2
∫ =
1
2
0 Im sinwtdwt
0
=
Im
2 3 w t
非正弦周期信号的谐波分析法
设非正弦周期电压 u 可分解成傅里叶级数
u = U0 + U1mcos(wt +1) +U2mcos( 2wt +2) + ······
其作用就和一个直流电压源及一系列不同频率的
正弦电压源串联起来共同作用在电路中的情况一样。
5. 滤波电路 电感或电容元件对不同频率的信号具有不同的
阻抗，利用感抗或容抗随频率而改变的特性构成四 端网络，有选择地使某一段频率范围的信号顺利通 过或者得到有效抑制，这种网络称为滤波电路。
下面以RC电路组成的滤波电路为例说明求网络 函数和分析电路频率特性的方法。
低通滤波电路
低通滤波电路可使低频信号较少损失地传输到输 出端，高频信号得到有效抑制。
u
u
Um
Um
0 2 3 wt
0
2 4 wt
u
u
Um
Um
0
2 wt
0 2
wt
几种非正弦周期电压的波形
电路基础原理交流电路中的频率响应
电路基础原理交流电路中的频率响应电路基础原理：交流电路中的频率响应电路是现代科技中重要的组成部分，而频率响应则是电路中一个关键的性能指标。
在交流电路中，频率响应反映了电路对不同频率信号的响应程度。
本文将介绍频率响应的基本概念和其在电路中的应用。
一、频率响应的概念频率响应是指电路对不同频率信号的传输和处理能力。
事实上，电路中的元件和线路都会对不同频率的信号做出不同的响应。
为了更好地理解频率响应，我们需要了解两个重要的概念：幅频特性和相频特性。
幅频特性描述了信号的振幅随频率变化的情况。
在交流电路中，我们常用幅度响应曲线（Bode图）来表示幅频特性。
幅度响应曲线通常是以对数坐标绘制的，其中横坐标表示频率，纵坐标表示幅度。
通过幅度响应曲线，我们可以清晰地看出信号在不同频率下的衰减和增益情况。
相频特性则描述了信号的相位随频率变化的情况。
在交流电路中，相位响应常常以相频特性曲线来表示。
相频特性曲线也是以对数坐标绘制的，横坐标表示频率，纵坐标表示相位角。
相频特性可以帮助我们分析信号在电路中的延迟和相位变化情况。
二、频率响应的影响因素频率响应受到多种因素的影响，其中包括电路的元件特性和布局、信号传输线的长度和材料等。
下面介绍一些常见的影响因素：1. 电容和电感元件：电容元件对高频信号有较好的传输性能，而电感元件则对低频信号具有较好的传输性能。
这是由于电容和电感的阻抗和频率有关，频率越高，电容的导纳越大，而电感的阻抗越大。
2. RC和RL滤波器：RC滤波器和RL滤波器是常见的频率选择性电路。
它们通过对不同频率信号的传输和阻塞来实现对信号的筛选和提取。
具体的频率响应取决于滤波器的参数和拓扑结构设计。
3. 信号传输线：信号在传输线上的传输受到线长和材料特性的影响。
信号在长线上的传输会引入传输损耗和相位延迟，并且不同材料的传输特性也不同。
三、频率响应在电路设计中的应用频率响应在电路设计中扮演着重要的角色。
通过分析和调整频率响应，我们可以改善电路的性能和功能。
频率响应的波特图分析
《模拟集成电路基础》课程研究性学习报告频率响应的波特图分析目录一.频率响应的基本概念 01. 概念 02. 研究频率响应的意义 03. 幅频特性和相频特性 04. 放大器产生截频的主要原因 (1)二．频率响应的分析方法 (1)1. 电路的传输函数 (1)2. 频率响应的波特图绘制 (2)（1）概念 (2)（2）图形特点 (2)（3）四种零、极点情况 (2)（4）具体步骤 (4)（5）举例 (5)三．单级放大电路频率响应 (5)1.共射放大电路的频率响应 (5)2.共基放大电路的频率响应 (7)四．多级放大电路频响 (8)1.共射一共基电路的频率响应 (8)（1）低频响应 (9)（2）高频响应 (10)2.共集一共基电路的频率响应 (11)3.共射—共集电路级联 (12)五．结束语 (12)一.频率响应的基本概念1.概念我们在讨论放大电路的增益时，往往只考虑到它的中频特性，却忽略了放大电路中电抗元件的影响，所求指标并没有涉及输入信号的频率。
但实际上，放大电路中总是含有电抗元件，因而，它的增益和相移都与频率有关。
即它能正常工作的频率范围是有限的，一旦超出这个范围，输出信号将不能按原有增益放大，从而导致失真。
我们把增益和相移随频率的变化特性分别称为幅频特性和相频特性，统称为频率响应特性。
2.研究频率响应的意义通常研究的输入信号是以正弦信号为典型信号分析其放大情况的，实际的输入信号中有高频噪声，或者是一个非正弦周期信号。
例如输入信号i u 为方波，s U 为方波的幅度，T 是周期，0/2ωπ=T ，用傅里叶级数展开，得...)5sin 513sin 31(sin 22000++++=t t t U U u s s i ωωωπ 各次谐波单独作用时电压增益仍然是由交流通路求得，总的输出信号为各次谐波单独作用时产生的输出值的叠加。
但是交流通路和其线性化等效电路对低频、中频、高频是有差别的，这是因为放大电路中耦合电容、旁路电容和三极管结电容对不同频率的信号的复阻抗是不同的。
(新教材)统编人教版高中物理必修三第十一章第2节《导体的电阻》优质说课稿
（新教材）统编人教版高中物理必修三第十一章第2节《导体的电阻》优质说课稿今天我说课的内容是新人教版高中物理必修三第十一章第2节《导体的电阻》。
第十一章讲述电路及其应用。
人类研究电现象的历史与力学研究同样丰富多彩，但电的世界比机械运动的世界更加错综复杂。
在前几章我们对静电场进行了研究，不仅获得了许多关于电现象的知识，而且形成了若干重要的电学概念和研究方法，成为电学理论的重要基础。
而本章将探究电荷流动所引起的效应。
那么，电荷为什么会流动?电荷流动服从什么规律?产生哪些效应?这些效应对人类的生产、生活方式和社会进步又起着怎样的作用呢?通过学习，我们将明白这些问题。
《导体的电阻》一节主要讲解金属导体的电阻的特性、影响因素。
本课教学承担着实现本单元教学目标的任务，为了更好地教学，下面我将从课程标准、教材分析、教学目标和学科核心素养、教学重难点、学情分析、教学方法、教学准备、教学过程等方面进行说课。
一、说课程标准普通高中物理课程标准（2017版2020年修订）【内容要求】：“3.2.2 通过实验，探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。
例 1 知道滑动变阻器的工作原理。
例 2 通过 I-U图像了解材料的电阻特性。
”二、说教材分析本课教材主要内容有三个方面：电阻、影响导体电阻的因素、导体的电阻率。
教材一开始以问题引入，让学生思考导体的电阻与材料、长度和横截面积的关系；紧接着教材通过 I-U图像分析了材料的电阻特性；在此基础上，教材通过实验分析了影响导体电阻的因素；最后教材讲解了导体的电阻率。
教材安排有实验、拓展学习，以提高学生理解、探究分析解决问题的能力。
三、说教学目标1.通过 I-U图像分析了解材料的电阻特性。
2.知道影响导体电阻的因素。
3.知道导体的电阻率，了解电阻率与温度的关系。
四、说核心素养：【物理观念】通过学习导体电阻知识，树立能量观念和运动与相互作用观念；能从电学视角解释自然现象和解决实际问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
③感性区： w＞w0 X(jw)＞0， j (jw)＞0
R＜|Z(jw)| lim|Z(jw)| =∞
2020/6/28
w →∞
|Z(jw)|
|Z(jw)|
X(w)
R
o
w0
w
XC= -w1C
|j (jw)|
90o
|j (jw)|
o
w0
w
-90o
13
串联谐振的特征：
(1)谐振时Z(jw0)=R
|Z(jw)|
|Z(jw)|
X(w)
R
o
w0
w
XC=
-
1
wC
|j (jw)|
90o
|j (jw)|
o
w0
w
-90o
12
Z(jw)频响曲线表明阻抗
特性可分三个区域描述：
①容性区： w＜w0 X(jw) ＜0， j (jw) ＜0
R＜|Z(jw)| lim|Z(jw)| =∞
w →0
②阻性区： w =w0 X(jw)=0，j (jw)=0
2020/6/28
7
§11-2 RLC串联电路的谐振
引言：
谐振是正弦电路在特定条件下产生的一种特殊 物理现象。谐振现象在无线电和电工技术中，一方 面得到广泛应用，另一方面又可能产生危害，因此， 研究电路中的谐振现象具有重要实际意义。
研究谐振现象的目的是掌握它的规律，在需要 时加以利用，在产生危害时设法预防。
第11章电路频率响应(播放版)魏
§11-1 网络函数
1. 网络函数的定义
为描述频率特性，需要建立输入变量与输出变量 之间的函数关系，这一函数关系称为网络函数。
在线性正弦稳态网络中，当只有一个独立激励 源作用时，网络中某一处的响应相量（电压或电流） 与网络输入相量之比，称为该响应的网络函数。
. H(jw) = R. k(jw)
. I
R
jwL
+
.
US
+
.
UR
-
.
+
UL
-
.+
UC
1
jwC
-
-
相当于短路
电源电压全部加在R上。 ..
UR =US
谐振频率 w0 =
1 LC
每一个 RLC串联电路， 只有一个固有频率，由
或
f0 =
2p
1 LC
2020/6/28
L、C决定，与 R无关。
10
串联电路实现谐振的方式
如果电路不满足谐振条件，通常称为失谐状态。
使电路产生谐振的方法叫做调谐。
根据谐振频率表达式
f0 =
1 2p LC
可知调谐的方法有：
(1) L、C 不变，改变 w ( f )。可用于L或C的测量；
谐振可以发生在串联电路中，也可以发生在并 联电路中，当然，在混联电路里也会发生谐振。
2020/6/28
8
1. 谐振的定义
一个含有 RLC的无源一 端口，其端口电压与输入 电流一般是不同相位的。
. I
+.
RLC
U -
电路
在特定条件下出现端口电压、电流同相位的现
象时，称电路发生了谐振。 .
发生谐振时：Z = U. = R I
②H(jw)是一个复数，它的频率特性分为两个部分： 幅频特性 H(jw) ：模与频率的关系； 相频特性 j (jw) ：幅角与频率的关系。
③网络函数可以用相量法中任一分析求解方法获得。
2020/6/28
5
例：求图示电路的网络函数
jw
.
.
jw
.
.
I2
U.L(jw) 和 I.2(jw) US(jw) US(jw)
.+
US
.-
.
+ .UL -
I1 2W I2 2W
解：列网孔方程解电流 I2 . ..
L=1H
(2+jw)I1- 2 I2 = US
为转移导纳。
.
.
-
2
I1+
(4+jw) .
I2
=
0
. I2 =
4
+
2US
(jw)2 +
j6w
.
I.2 = US
2
4 + (jw)2 + j6w
.
.
U.L = jw.I2
电路呈纯电阻， 阻抗模最小等于R;
. I
R
jwL
+
.
US
+
.
UR
-
.
+
UL
-
.+
UC
1
jwC
-
-
(2)若外施电压一定
|I(jw)|
|I(jw0)|
R1< R2
电路中电流达到最大：
R1
|I(jw0)|
=
|US(jw0)|
R
且与电压同相;
|I(jw0)|
R2
o
w0
w
电流特性
2020/6/28
14
(3) LC上的电压大小相 等，相位相反，相互 抵消，串联总电压为 零，即 .. UL + UC = 0
US US j2w
= 4 + (jw)2 + j6w
为转移电压比。
2020/6/28
6
注意
①以网络函数中jw 的最高次方的次数定义
网络函数的阶数。
②由网络函数能求得网络在任意正弦输入
时的端口正弦响应，即有
. H(jw) = R. k(jw)
Esj(jw)
.
.Hale Waihona Puke Rk(jw) = H(jw) Esj(jw)
(2) 电源频率 w (f )不变，改变L 或 C (常改变 C)。
用于选择信号。
2020/6/28
11
3.串联谐振的特点
阻抗的频率特性
Z(jw)
=
R
+
j
w
L-
1
wC
= |Z(jw)| j (jw)
幅频特性
|Z(jw)| =
R2+(wL-
1
wC
)2
相频特性
j
(jw)
=
tg
-1
wL-
1
wC
R
2020/6/28
2020/6/28
3
(2) H(jw)为转移函数(传递函数)
①激励是电压源
.
I1(jw)
. H(jw) = U. 2(jw)
U1(jw)
+.
U1(jw)
-
无源 线性 网络
.
I2(jw)
.+
U2(jw) ZL
-
为转移电压比； ②激励是电流源
. H(jw) = I.2(jw)
U1(jw) 为转移导纳。
. H(jw) = I.2(jw) 为转移电流比。
I1(jw) . H(jw) = U. 2(jw) 为转移阻抗； I1(jw)
2020/6/28
4
注意
①H(jw)与网络的结构、参数值有关，与输入、输
出变量的类型以及端口对的相互位置有关，与 输入、输出幅值无关。因此网络函数是网络性 质的一种体现。
2020/6/28
9
.
2. 串联谐振的条件
IR
就若称谐为振串发联生谐在振串。联电路中，U+.S
+
.
UR
-
jwL
.
+
UL
-
.+
UC
1
jwC
因为 Z=R+j(XL+XC)
-
-
所以 当 XL+XC = 0 时
Z=R，电流与电压同相。
谐振条件
w0L
=
1
w0C
谐振频率仅由电路参数 决定，这是电路的固有 性质。因此谐振频率又 称固有频率。
Esj(jw)
2020/6/28
2
.
2. 网络函数H(jw)的物理意义
I(jw)
(1) H(jw)为驱动点函数
+.
U(jw)
无源 线性
①激励是电流源，响应是电压。 -
网络
.
H(jw) = U.1(jw) I1(jw)
为驱动点阻抗(或输入阻抗)。
②激励是电压源，响应是电流 .
H(jw) = I.1(jw) 为驱动点导纳(或输入导纳)。 U1(jw)