第五章频率响应

第五章 线性系统的频率分析法对于自动控制系统，可以进行时域分析法，根轨 迹分析法，也可以利用系统的频率特性分析系统的性 能 —— 频率分析法，又称频域响应法(图解法)。它 是分析和设计系统的一种有效经典方法。 1932 年， Nyquist 提出了一种根据闭环控制系统的 开环频率特性概念，确定闭环控制系统稳定性(绝对 稳定、相对稳定)的方法。频率分析法早期用于通讯 领域 控制领域。 本章研究内容 频率特性概念及表示法，典型环节的频率特性绘 制(Nyquist图、 Bode图 ),系统开环频率特性的绘 1 制，Nyquist稳定判据，稳定裕度和频域指标。

频率分析法的特点(1)频率特性具有明确的物理意义，它可以用实 验的方法来确定(建模),这对于难以列写微分方 程式的元部件或系统来说，具有重要的实际意义。 (2)由于频率响应法主要通过闭环系统中的开环 频率特性的图形对系统(一阶、二阶、高阶)进行 分析，因而具有形象直观和计算量少的特点。 (3)用频域法设计控制系统，可以兼顾动态、稳 态和噪声抑制三方面要求。 (4)频率响应法不仅适用于线性定常系统，而且 2 还适用于传递函数含滞后环节系统的分析。

5-1 频率特性(图说明) 40

不

设系统结构如图，由

第五章 放大电路的频率响应

5.1具有相同参数的两级放大电路在组成它的各个单管的截止频率处,幅值下降

[ ]

A. 3dB B. 6dB C. 10dB D. 20dB

5.2在出现频率失真时，若ui为正弦波，则uo为 [ ] A. 正弦波 B. 三角波 C. 矩形波 D. 方波

5.3 多级放大电路放大倍数的波特图是 [ ] A. 各级波特图的叠加 B. 各级波特图的乘积

C. 各级波特图中通频带最窄者 D. 各级波特图中通频带最宽者 5.4 当输入信号频率为fL或fH时，放大倍数的幅值约为中频时的 [ ]倍。 A.0.7 B.0.5 C.0.9 D.0.1

5.5 在阻容耦合放大器中，下列哪种方法能够降低放大器的下限频率？[ ]

A．增大耦合电容 B．减小耦合电容

C．选用极间电容小的晶体管 D．选用极间电容大的

1.一个同相放大电路当输入一个正弦信号时，若输出电压顶部削平了，说明该放大电路出现了____；如输出电压的相位与输入不同相，说明该放大电路出现了____。 A、饱和或截止失真， B、交越失真， C、频率失真 答案：A|C

2.在双极型晶体管三种基本接法中高频响应特性最好的是______，最差的是____。 A、共射接法， B、共集接法， C、共基接法 答案：C|A

3.已知图（a）所示电路的幅频响应特性如图（b）所示。影响fL大小的因素是____，影响fH大小的因素是____。从括号中选择正确答案，用A、B、C填空。

A、晶体管极间电容， B、晶体管的非线性特性， C、耦合电容

+VCCRbCuiuoRc.20lgAuO( a )fL( b )fHf

答案：C|A

?的折线近似幅频特性如图所示。由此可知中频电压放大倍数4.某放大电路电压放大倍数Au?为____A（A、40， B、100， C、10000）倍，下限截止频率为____（A、10Hz， B、um100Hz， C、1000Hz），上限截止频率为____（A、100kHz， B、1MHz， C、10MHz

频率响应测试

一、 实验目的

1. 掌握频率特性的测试原理和方法。

2. 学习根据所测定出的系统的频率特性，确定系统传递函数的方法。 二、 实验内容

1. 测定给定环节的频率特性。 2. 实验模拟电路连接如下

R?K,则系统方块图如下 取R2?R3?R4?1M?,C1?C2?1μF, R1

易得系统传递函数为：

200取K=2则，G（S）=2；

s?10s?200500取K=5则，G（S）=2；

s?10s?500若正弦输入信号为Ui（t）=??1sin?(????)，则当输入达到稳态时，其输出信号

为Uo(t)=??2sin?(????+??)。改变输入信号频率f=

??2??

值，便可测得二组A1/A2和φ随f（或ω）变化的数值，这个规律就是系统的幅频特性和相频特性。

三、 实验原理

1. 幅频特性即测量输入与输出信号幅值??1与??2，然后计算其比值A2/A1A2/A1。

2.实验采用“李沙育“图形法进行相频特性性的测试。假设输入信号为（t）=

????sin?(????),输出信号为Y(t)=????sin?(????+??)。当ωt=0时，有

X(0)=0 ；Y(0)=Ym Sin(ψ) 。则相位差角φ的求法如下：若椭圆长轴在一、三

象限，则

第五章 放大电路的频率响应

?的对数幅频特性如图题5.1所示。5.1 某放大电路中A（1）试求该电路的中频电压增V?，上限频率f益AVMH，下限频率fL；（2）当输入信号的频率f?fL或f?fH时，该电

路实际的电压增益是多少分贝？

图题5.1

??解：（1）由图题5.1可知，20lgAVM?60，lgAVM?3。

3?AVM?10即为中频增益。

上、下限频率分别为fH?108Hz和fL?102Hz。 （2）实际上f?fL或fH时，电压增益降低3dB（半功率点），即实际电压增益为

60?3?57dB。

?的表达式。 5.2 已知某电路的波特图如图题5.2所示，试写出Au

图题5.2

第五章题解－1

解: 设电路为基本共射放大电路或基本共源放大电路。

?? Au?32?3.2jf?? 或 A u10fff(1?)(1?j5)(1?j)(1?j5)jf1010105.3 已知某放大电路电压增益的频率特性表达式为

100j AV?f10ff(1?j)(1?j5)1010（式中f的单位为Hz）

试求：该电路的上、下限频率，中频电压增益的分贝数，输出电压与输入电压在中频区的相位差。

解：上下限频率分别

第五章1 频率特性

频率响应法

2 对数频率特性(Bode图)

3 幅相频率特性(Nyquist图)4 频域稳定判据

5 相对稳定性分析6 频域性能指标与时域性能指标间的关系

Wednesday, July 09, 2014

本章的重点：

乃氏图的绘制；伯德图的绘制；乃奎斯特稳定判据；系统的相对稳定性。

Wednesday, July 09, 2014

第一节一、什么是频率响应

频率特性

系统对正弦输入的稳态响应称为频率响应。

Wednesday, July 09, 2014

设系统结构如图，

由劳斯判据知系统稳定。

给系统输入一个幅值不变频率不断增大的正弦， 曲线如下:

结论：Ar=1 ω=0.5

给稳定的系统输入一个正弦，其稳态输出是与输入 同频率的正弦，幅值随ω而变，相角也是ω的函数。

ω=1

ω=2

ω=2.5

ω=4

x (t )

y(t )

x (t )y(t )

0

t

(1)其稳态输出也是与输入信号频率相同的正弦信号；(2)稳态输出信号的幅值为 Y X | G( j )| ,得 | G( j )| Y X 称为系统的幅频特性； (3)稳态输出相对正弦输入的相移为 G( j ) 称为系统的相频特性， 0 称为相位滞后， 0 称为相位超前。Wedn

第五章 放大电路的频率响应

自 测 题

☆一、（四版一）选择正确答案填入空内。

（1）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应，条件是 。

A.输入电压幅值不变，改变频率 B.输入电压频率不变，改变幅值 C.输入电压的幅值与频率同时变化

（2）放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是 ，而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是 。 A.耦合电容和旁路电容的存在

B.半导体管极间电容和分布电容的存在。 C.半导体管的非线性特性 D.放大电路的静态工作点不合适

（3）当信号频率等于放大电路的fL 或fH时，放大倍数的值约下降到中频时的 。

A.0.5倍 B.0.7倍 C.0.9倍 即增益下降 。

A.3dB B.4dB C.5dB

?与U?相位关系是 。 （4）对于单管共射放大电路，当f ＝ fL时，

模拟电子技术基础

第五章5.2

放大电路的频率响应

5.1 频率响应概述晶体管的高频等效电路

5.4 单管共射放大电路的频率响应 5.5 多级放大电路的频率响应

模拟电子技术基础

5.1 频率响应概述

模拟电子技术基础

传电

感 器

放大电路在电子系统中的位置 计 放 算 大 电 机 电 系 路 统

的

大

在

加

放大电路 电

模拟电子技术基础

一、频率响应的基本概念1. 研究的问题： 研究的问题： 放大电路对信号频率的适应程度， 放大电路对信号频率的适应程度，即信号频 率对放大倍数的影响。 率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半导 体器件极间电容的存在， 体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率的 函数。 函数。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的 适用范围，在设计放大电路时， 适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频 率的范围要求。 率的范围要求。

模拟电子技术基础

. Uo

. I . Ui

2. 基本概念信号频率越高， (1)高通电路 信号频率越高，输出电压越接近输入电 )高通电路:信号频率越高 压。

& & & & & U o 超前U i,当 f → 0 时；U o → 0,U o 超前U i 90°。&

武汉理工大学《基础技能强化训练》课程设计说明书

二阶带通电路的频率响应

1基础强化训练题目

写出U1到I2的传递函数，令R=1， ，画出Q=5，10，20，50，100的幅频和相频响应。

图1 题目电路图

用protel绘制出该题的电路图如图2所示。

图2 protel绘制的电路图

1

武汉理工大学《基础技能强化训练》课程设计说明书

2题目分析

从题目模型来看，本题是一个典型的二阶带通电路。在下面的LC电路中，由于电路中存在着电感和电容，当电路中激励源的频率发生变化时，电路中的感抗和容抗随频率变化，从而导致电路的工作状态也跟随频率变化。当频率的变化超出一定的范围时，电路将偏离正常的工作范围，并可能导致电路失效，甚至损坏电路。

电路和系统的工作状态随频率而变化的现象称为电路和系统的频率特性，又称为频率响应。电路在单一独立激励作用下，其零状态响应r(t)的象函数r(s）与激励e(t)的象函数E(s)之比定义为该电路的网络函数H(s)。如果另网络函数H(s)中复频率s等于jω ，分析H(jω)随ω变化的情况，就可以预见相应的转移函数或者驱动点函数在正弦稳态情况下随ω变化的特性。

对于某一个固定的角频率 ，H(jω)通常是一个复数，可以表示为：

??

1 单选(2分)

关于计算机程序，下列叙述正确的是（ ）。 A.只有可执行程序（.exe）才能在计算机中运行。

B.计算机程序是用自然语言书写的关于问题求解的方法和步骤的描述。

C.计算机程序编程人员利用某种计算机程设计语言，根据用户业务需求来编写完成，从概念上讲，计算机程序有数据和代码两部分。 D.用高级程序设计语言书写的程序都可以直接在计算机中运行。 E.从本质上讲，计算机程序是在计算机中运行的指令序列。 正确答案： C、E 2单选(2分)

世界上第一个计算机高级程序设计语言是（ ）。 A.Pascal B.ALGOL C.C D.FORTRAN E.Basic

正确答案： D 你选对了 3 单选(2分)

与计算机硬件系统紧密相关的程序设计语言是（ ）。 A.符号语言 B.脚本语言 C.汇编语言 D.机器语言 E.高级语言

正确答案： D 你选对了 4 单选(2分)

关于计算机软件开发，下列叙述正确的是（ ）。 A.软件开发就是编写程序。

B.软件开发中的生命周期和原型法不能混合使用。

C.软件开发包括几个典型的阶段，包括：需求分析，系统设计，系统实施，系统测试，运行和维护等。 D.软件开发