一、电子系统与信号
电子系统指若干相互连接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。
信号是信息的载体,按照时间和幅值的连续性及离散性可把信号分成4类:①时间连续、数值连续信号,即模拟信号;②时间离散、数值连续信号;③时间连续、数值离散信号;④时间离散、数值离散信号,即数字信号。
二、信号的频谱
任意满足狄利克雷条件的周期函数都可展开成傅里叶级数(含有直流分量、基波、高次谐波),从这种周期函数中可以取出所需要的频率信号,过滤掉不需要的频率信号,也可以过滤掉某些频率信号,保留其它频率信号。
幅度频谱:各频率分量的振幅随频率变化的分布。
相位频谱:各频率分量的相位随频率变化的分布。
三、放大电路模型
信号放大电路是最基本的模拟信号处理电路,所谓放大作用,其放大的对象是变化量,本质是实现信号的能量控制。放大电路有以下4种类型:
1.电压放大电路
电路的电压增益为
考虑信号源内阻的电压增益为
2.电流放大电路
电路的电流增益为
考虑信号源内阻的电压增益为
3.互阻放大电路
电路的互阻增益为
4.互导放大电路
电路的互导增益为
四、放大电路的主要性能指标
1输入电阻:输入电压与输入电流的比值,即
对输入为电压信号的放大电路,Ri越大越好;对输入为电流信号的放大电路,Ri越小越好。
2.输出电阻:当输入端信号短路(Us=0),输出端负载开路(
)时,输出电压与输出电流的比值,即
对于输出为电压负载的电路,Ro越小越好;对于输出为电流负载的电路,Ro越大越好。
3.增益:放大电路在输入信号控制下,将供电电源能量转换为信号能量的能力,电压增益为
;电流增益为
;功率增益为
。
4.频率响应:输入正弦信号情况下,输出随输入信号频率连续变化的稳态响应,即
或
其中,
为幅频响应,
为相频特性。
5.带宽
在输入信号幅值保持不变的条件下,增益下降3dB的频率点,其输出频率约等于中频区输出功率的一般,称为半功率点。带宽是指幅频响应的高、低两个半功率点间的频率差,它反映的是放大电路的工作频率范围,即
式中,
是频率响应的高端半功率点,称为上限频率;
是频率响应的低端半功率点,称为下限频率;通常情况下,
,故
。
6.放大电路失真
幅度失真:输入信号由基波和二次谐波组成,受放大电路带宽的限制,基波增益较大,二次谐波增益较小,由此输出电压波形产生的失真。
相位失真:放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时产生的失真。
线性失真和幅度失真总称为频率失真,它们都是由于线性电抗元件引起的,又称为线性失真。
非线性失真:由放大电路放大倍数的非线性造成的输出波形与输入波形形状不同。其中,非线性失真系数:
式中,
为输出电压信号基波分量的有效值,
为高次谐波分量的有效值,k为正整数。