康第四章41放大器的基本概念

1、 按信號(hào)強(qiáng)弱分：按信號(hào)強(qiáng)弱分：小信號(hào)放大器小信號(hào)放大器 大信號(hào)放大器大信號(hào)放大器 按電路結(jié)構(gòu)分：按電路結(jié)構(gòu)分：直流放大器直流放大器交流放大器交流放大器（線性放大器、本章）（線性放大器、本章） （功率、非線性放大器）（功率、非線性放大器） （DCDC、緩慢變化的。多用于集成電路）、緩慢變化的。多用于集成電路）（多用于分立元件電路）（多用于分立元件電路）q1 1、放大器分類、放大器分類 按信號(hào)特征分：按信號(hào)特征分：寬帶寬帶放大器放大器音頻放大器音頻放大器視頻放大器視頻放大器脈沖放大器脈沖放大器諧振放大器諧振放大器（放大語(yǔ)音信號(hào)）（放大語(yǔ)音信號(hào)）A A（放大圖像信號(hào)）（放大圖像信號(hào)）V V（放大脈沖

2、信號(hào)）（放大脈沖信號(hào)）（放大高頻載波或已調(diào)制信號(hào)）（放大高頻載波或已調(diào)制信號(hào)）+ - -iBVBBiC- - +VCCRBRL+- -vBE+ - -vCE+ - -q4.1.1 4.1.1 放大的原理與實(shí)質(zhì)放大的原理與實(shí)質(zhì)tIIiIisinbmBQbBQBCQCmBQbBCtsinIIIiiiLRiVvCCCCEtsinsmBBsBBBEvVvVv（4-1-1）（4-1-2）（4-1-3）（4-1-4）放大的實(shí)質(zhì)放大的實(shí)質(zhì), ,一般有一般有2021tdivP（4-1-5）輸入端：bmBQBBBBEIIVsmIVtdivP212120（4-1-6） 電源電源VCC提供的功率：提供的功率：20C

3、CCD21tdiVPCQCCIV 三極管集電極上的功率：三極管集電極上的功率：L2cmCQCEQ20CCEC2121RIIVtdiVP 負(fù)載電阻負(fù)載電阻RL 上的功率：上的功率：L2cmL2CQ20L2L2121RIRItdRiPCLCQCEQCCRIVVLCDPPP（4-1-7）（4-1-8）輸出端：輸出端：（4-1-9）（4-1-10）注意：注意： 放大器放大的實(shí)質(zhì)：放大器放大的實(shí)質(zhì)：利用三極管的正向受控利用三極管的正向受控作用，將電源作用，將電源VCC提供的直流功率，部分地轉(zhuǎn)換為提供的直流功率，部分地轉(zhuǎn)換為輸出功率。輸出功率。 電源電源VCC 不僅要為三極管提供偏置，保證管子工作不僅要為

4、三極管提供偏置，保證管子工作在放大區(qū)，同時(shí)還在放大區(qū)，同時(shí)還是整個(gè)電路的能源。是整個(gè)電路的能源。 電源電源提供的功率提供的功率PD 除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸出除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸出功率功率PL 外，其余均消耗在晶體三極管上（外，其余均消耗在晶體三極管上（ PC ）。 三極管僅是一個(gè)換能器。三極管僅是一個(gè)換能器。 就信號(hào)而言，各種小信號(hào)放大器均可統(tǒng)一表示就信號(hào)而言，各種小信號(hào)放大器均可統(tǒng)一表示為有源線性四端網(wǎng)絡(luò)：為有源線性四端網(wǎng)絡(luò)： 有源有源線線性四端性四端網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RSRLvS+- -+- -viiiiovo+- -RiRo反映放大器性能的主要指標(biāo)有：反映放大器性能的主要指標(biāo)有：增益增益A(

5、4種種)輸入電阻輸入電阻Ri 、 輸出電阻輸出電阻Ro、注意：輸入、輸出電阻為交流電阻。注意：輸入、輸出電阻為交流電阻。 有源線性網(wǎng)絡(luò)中存在的電抗性元件的容有源線性網(wǎng)絡(luò)中存在的電抗性元件的容抗與電容值抗與電容值C C有關(guān)，大小為有關(guān)，大小為1/C1/C 如電容值如電容值C C足夠小足夠小（極間（極間P65P65、分布電容）、分布電容），呈現(xiàn)出很大的容抗呈現(xiàn)出很大的容抗可忽略不計(jì)可忽略不計(jì)，開(kāi)路。，開(kāi)路。 如電容值如電容值C C足夠大足夠大（耦合、旁路電容）（耦合、旁路電容），就，就可認(rèn)為電容容抗可忽略不計(jì)，作短路處理?？烧J(rèn)為電容容抗可忽略不計(jì)，作短路處理。 對(duì)輸入信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的一

6、個(gè)負(fù)載，對(duì)輸入信號(hào)源而言，放大器相當(dāng)于它的一個(gè)負(fù)載，而這個(gè)等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻而這個(gè)等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻Ri 。 或或RSRivS+- -+- -viiiRSRiiS+- -viiiiiiivR定義定義Ri 大小大小表示放大器對(duì)輸入信號(hào)源的獲取程度。表示放大器對(duì)輸入信號(hào)源的獲取程度。左：左： Ri越大好，右：越小好。越大好，右：越小好。 (4-1-11)(4-1-11) P164P164與參數(shù)、與參數(shù)、R RL L有關(guān)。有關(guān)。 對(duì)輸出負(fù)載而言（根據(jù)戴維寧定理和諾頓定對(duì)輸出負(fù)載而言（根據(jù)戴維寧定理和諾頓定理），任何放大器均可看作它的信號(hào)源，該信號(hào)源理），任何放大器均可看作它的

7、信號(hào)源，該信號(hào)源內(nèi)阻即放大器輸出電阻內(nèi)阻即放大器輸出電阻Ro 或或RoRLvot+- -+- -voioRoRLion+- -voio負(fù)載開(kāi)路時(shí)負(fù)載開(kāi)路時(shí)vi 或或ii 在電路輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。在電路輸出端產(chǎn)生的開(kāi)路電壓。vot ：負(fù)載短路時(shí)負(fù)載短路時(shí)vi 或或ii 在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。ion ：(4-1-13)(4-1-13) onotivRo定義定義1 1P164P164：與參數(shù)、：與參數(shù)、R RS S有關(guān)。有關(guān)。 輸出電阻輸出電阻Ro計(jì)算：計(jì)算：RLvS+- -vo放放大大器器RS+- -（放大器一般框圖）（放大器一般框圖）iv+- -放放大大器器

8、RS（ Ro 的定義）的定義）令令信號(hào)源為零信號(hào)源為零(v(vs s=0=0、i is s=0)=0)，保留受控源保留受控源(共共C C有有)。令負(fù)載令負(fù)載R RL L開(kāi)路，在輸出端外加開(kāi)路，在輸出端外加v v，則產(chǎn)生電流，則產(chǎn)生電流i i。ivRo定義定義2:2:Ro 大小大小反映放大器受負(fù)載電阻反映放大器受負(fù)載電阻RL的影響程度。的影響程度。(4-1-12)(4-1-12) P164P164與參數(shù)、與參數(shù)、R RS S有關(guān)。有關(guān)。 P91P91戴維寧定理：戴維寧定理：Ro=，一端口中，全部獨(dú)立電源為一端口中，全部獨(dú)立電源為零零(vs=0、is=0)，保留受控源后的等效輸入電阻。，保留受控源

9、后的等效輸入電阻。電路，第五版，電路，第五版，2006.3.2006.3.P90P90，齊性定理：，齊性定理：一端口中，一端口中，無(wú)無(wú)獨(dú)立電源，端口獨(dú)立電源，端口U與與端口端口I成比例關(guān)系，且比值定義為端口等效電阻。成比例關(guān)系，且比值定義為端口等效電阻。 反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將電源能量轉(zhuǎn)換為反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。輸出信號(hào)能量的能力。1 1、四種增益：、四種增益：ioVVAVioIIAiioIVArioVIAg其中其中太大、iVAA常用常用分貝（分貝（dBdB）表）表示示)dB(lg20VA電壓增益)dB(lg20iA電流增益)dB(lg10

10、PA功率增益放大器的增益：放大器的增益：A = xo / xi即放大器輸出信號(hào)變化量與輸入信號(hào)變化量的比值。即放大器輸出信號(hào)變化量與輸入信號(hào)變化量的比值。不同類型放大器輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。不同類型放大器輸入、輸出電量不同，故增益的含義不同。)()S(4-1-14)(4-1-14) 四種增益間可互相轉(zhuǎn)換。四種增益間可互相轉(zhuǎn)換。iLRRAiRiRivvAvRivRiviiLoioLooiii，(4-1-16)(4-1-16)(4-1-15)(4-1-15)電壓放大器電壓放大器RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo開(kāi)路開(kāi)路電壓增益：電壓增益：兩電壓增益關(guān)

11、系：兩電壓增益關(guān)系：iotvvAvtRO越小，越小，RL對(duì)對(duì)Av影響越小，與影響越小，與RL幾乎幾乎 大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān)。(4-1-18)(4-1-18) 問(wèn)：要想減小負(fù)載的影響，則希望問(wèn)：要想減小負(fù)載的影響，則希望？2 2、負(fù)載開(kāi)路、負(fù)載開(kāi)路電壓電壓和短路的和短路的電流電流增益：增益：oLLtiototoiooLLotoRRRAvvvvvvARRRvvvv電流放大器電流放大器RoRLionioRSRiiSiiiioniiAin短路電流增益：短路電流增益：兩電流增益關(guān)系：兩電流增益關(guān)系：oLoinonoioniooLoonoRRRAiiiiiiARRRiii問(wèn)：要想減小負(fù)載的影響，則希望問(wèn)：要想

12、減小負(fù)載的影響，則希望？RO越大，越大，RL對(duì)對(duì)Ai影響越小，與影響越小，與RL幾乎幾乎 大小無(wú)關(guān)大小無(wú)關(guān)。(4-1-20)(4-1-20) RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -voSSiSiiSRvvvRRRRvviii在實(shí)驗(yàn)二中，LootooLLoto) 1(RvvRRRRvv例例1 1：電壓放大器：電壓放大器源電流增益：源電流增益：iSSsiiososRRRAiiiiiiAiiRi越小，越小，RS對(duì)對(duì)Ais影響越小。影響越小。例例3 3：互導(dǎo)放大器：互導(dǎo)放大器ioviAg互導(dǎo)增益：互導(dǎo)增益：例例4 4：互阻放大器：互阻放大器互阻增益：互阻增益：ioivAr(4-

13、1-22)(4-1-22) )S()(問(wèn)：要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望問(wèn)：要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望？3 3、源增益：、源增益：源電壓增益：源電壓增益：isiiisosRRRAvvvvvvAvsov(4-1-21)(4-1-21) 問(wèn)：要想減小衰減，則希望問(wèn)：要想減小衰減，則希望？Ri越大，越大，RS對(duì)對(duì)Avs影響越小。影響越小。RSRivS+- -+- -viRoRLvot+- -+- -vo電壓放大器電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器電流放大器RSRivS+- -+- -vi互導(dǎo)放大器互導(dǎo)放大器RoRLionioRoRLvot+- -+- -voRSRiiSii互

14、阻放大器互阻放大器ii1 1、電壓放大器：、電壓放大器： Ri 0、Ro 、 Ai大且不隨大且不隨RL和信號(hào)源而變化。和信號(hào)源而變化。2 2、電流放大器：、電流放大器： Ri 、Ro 0、 Av大且不隨大且不隨RL和信號(hào)源而變化。和信號(hào)源而變化。3 3、互導(dǎo)放大器：、互導(dǎo)放大器： Ri 、Ro 、Ag大且不隨大且不隨RL和信號(hào)源而變化。和信號(hào)源而變化。4 4、互阻放大器：、互阻放大器： Ri 0、 Ro 0、Ar大且不隨大且不隨RL和信號(hào)源而變化。和信號(hào)源而變化。LosiRRRR ，LosiRRRR，LosiRRRR，P166表表4-1-1，對(duì)設(shè)計(jì)者的要求。，對(duì)設(shè)計(jì)者的要求。LosiRRRR

15、， 一般，放大器中含有電抗元件一般，放大器中含有電抗元件(L(L、C)C)。在正弦信。在正弦信號(hào)激勵(lì)下，不同頻率呈現(xiàn)不同的電抗。因而，放大號(hào)激勵(lì)下，不同頻率呈現(xiàn)不同的電抗。因而，放大器的增益應(yīng)為頻率的復(fù)函數(shù)：器的增益應(yīng)為頻率的復(fù)函數(shù)： )(jAe )()j (AA波特圖波特圖v放大器放大器幅頻特性曲線幅頻特性曲線，兩個(gè)截止頻率間，頻率范圍，兩個(gè)截止頻率間，頻率范圍從幾十從幾十HzHz到幾千到幾千MHzMHz，幅度放大倍數(shù)從幾倍到幾十，幅度放大倍數(shù)從幾倍到幾十萬(wàn)倍。如采用線性刻度，不太實(shí)際。萬(wàn)倍。如采用線性刻度，不太實(shí)際。v為縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，頻率為縮短坐標(biāo)，擴(kuò)大視野，頻率常采用常采用對(duì)數(shù)刻度

16、，放對(duì)數(shù)刻度，放大倍數(shù)用對(duì)數(shù)大倍數(shù)用對(duì)數(shù)20lg|A20lg|AV V| |，相角相角總在總在0 0360360之間，之間，仍用仍用線性線性刻度?？潭?。v這樣描繪出的頻率特性曲線這樣描繪出的頻率特性曲線, ,稱為稱為半（單）半（單）對(duì)數(shù)頻對(duì)數(shù)頻率特性曲線率特性曲線或波特圖。或波特圖。VAlg20 幅頻特性曲線：幅頻特性曲線：的關(guān)系曲線如后。)( fAA P167 P167 圖圖4-1-74-1-70f /HzA( f )/dB0f /Hz A( f )幅幅頻頻特特性性相相頻頻特特性性( (對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度) )( (對(duì)數(shù)刻度對(duì)數(shù)刻度) )( (線性刻度線性刻度) )(lg20)(dBAA增益分

17、貝值：增益分貝值：1 1、通頻帶：、通頻帶： LH7 . 0ffBW對(duì)應(yīng)上限頻率對(duì)應(yīng)上限頻率fH 、及下限頻率及下限頻率fL 。增益下降到增益下降到 時(shí)，時(shí)，I21AAIAI2fHfL(4-1-23)(4-1-23) (4-1-24)(4-1-24) -3dB衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。下限截下限截止頻率止頻率上限截上限截止頻率止頻率實(shí)際的信號(hào)實(shí)際的信號(hào)多個(gè)正弦波的疊加。多個(gè)正弦波的疊加。3dB 頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）3dB 頻率點(diǎn)（半功率頻率點(diǎn)（半功率點(diǎn)）點(diǎn)）幅頻特性曲線：幅頻特性曲線：普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)普通音響系統(tǒng)放

18、大電路的幅頻響應(yīng) 0 20lg|AV|/dB 2 20 40 60 20 2 102 2 103 2 104 f/Hz 2 2、頻率響應(yīng)及帶寬（頻域指標(biāo)）、頻率響應(yīng)及帶寬（頻域指標(biāo)）新問(wèn)題新問(wèn)題：如何避免頻率失真？：如何避免頻率失真？中頻區(qū)中頻區(qū)高頻區(qū)高頻區(qū)低頻區(qū)低頻區(qū) 帶寬帶寬 3dB fL fH H7 . 0LH, fBWff時(shí)當(dāng)信號(hào)的帶寬信號(hào)的帶寬 放大器的帶寬放大器的帶寬直流放大電路的幅頻響直流放大電路的幅頻響應(yīng)與此有何區(qū)別？應(yīng)與此有何區(qū)別？ 若輸入若輸入50kHz50kHz的正弦波的正弦波是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真？是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真？ 頻率特性的三個(gè)頻段：頻率特性的三個(gè)頻段：中頻段：通頻帶

19、以內(nèi)的區(qū)域。中頻段：通頻帶以內(nèi)的區(qū)域。放大器的增益、相角均為常數(shù)，不隨放大器的增益、相角均為常數(shù)，不隨f 變化。變化。特點(diǎn)：特點(diǎn)：原因：原因： 所有電抗影響均可忽略不計(jì)。所有電抗影響均可忽略不計(jì)。 高頻段：高頻段： f fH 的區(qū)域。的區(qū)域。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。頻率增大，增益減小并產(chǎn)生附加相移。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：原因：原因： 極間極間、分布分布電容容抗電容容抗 分流分流 不能視為開(kāi)路。不能視為開(kāi)路。即即極間、極間、分布分布電容開(kāi)路電容開(kāi)路；耦合、旁路電容短路。；耦合、旁路電容短路。低頻段：低頻段： f fL 的區(qū)域。的區(qū)域。頻率減小，增益降低并產(chǎn)生附加相移。頻率減小，增益降低并產(chǎn)生附

20、加相移。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：原因：原因：耦、旁耦、旁電容容抗電容容抗 分壓分壓 不能視為短路。不能視為短路。 放大器的失真，指輸出信號(hào)不能放大器的失真，指輸出信號(hào)不能真實(shí)真實(shí)重現(xiàn)輸入重現(xiàn)輸入信號(hào)波形的一種物理現(xiàn)象。信號(hào)波形的一種物理現(xiàn)象。 失真類型失真類型線性失真線性失真非線性失真非線性失真頻率失真頻率失真瞬變失真瞬變失真幅度幅度失真失真相位相位失真失真四、失真四、失真1 1、頻率失真分、頻率失真分：幅度失真與相位失真。幅度失真與相位失真。實(shí)際輸入信號(hào)含有眾多頻率分量，當(dāng)通過(guò)放大器時(shí)：實(shí)際輸入信號(hào)含有眾多頻率分量，當(dāng)通過(guò)放大器時(shí)：幅度失真幅度失真相位失真相位失真幅度失真與相位失真，統(tǒng)稱放大器的頻率失

21、真。幅度失真與相位失真，統(tǒng)稱放大器的頻率失真。若不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同相角若不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同相角 由于頻率失真由電容或電感這類線性電抗元件引起，故由于頻率失真由電容或電感這類線性電抗元件引起，故稱線性失真稱線性失真, ,它和由它和由三極三極管的非線性引起的失真不同。管的非線性引起的失真不同。注意：注意：線性失真不產(chǎn)生新的頻率成份。線性失真不產(chǎn)生新的頻率成份。非非 =有有一般，音頻放大器的頻率失真主要指幅度失真。一般，音頻放大器的頻率失真主要指幅度失真。音視頻放大器的頻率失真則包括幅度失真與相位失真。音視頻放大器的頻率失真則包括幅度失真與相位失真。相位失真相位失真：改變各頻率分量之間的相位關(guān)系

22、。：改變各頻率分量之間的相位關(guān)系。若不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同增益若不同頻率信號(hào)呈現(xiàn)不同增益 O t I O t O 相位失真：左右相位失真：左右 對(duì)信號(hào)的不同頻率成分相移對(duì)信號(hào)的不同頻率成分相移不同，產(chǎn)生的失真。不同，產(chǎn)生的失真。 O t I O t O 輸入信號(hào)輸入信號(hào)基波基波二次諧波二次諧波輸出信號(hào)輸出信號(hào)基波基波AV=1二次諧波二次諧波AV=2幅度失真：上下幅度失真：上下 對(duì)信號(hào)的不同頻率成分增益對(duì)信號(hào)的不同頻率成分增益不同，產(chǎn)生的失真。不同，產(chǎn)生的失真。 指放大脈沖信號(hào)時(shí)，電抗元件上的電壓或電流不指放大脈沖信號(hào)時(shí)，電抗元件上的電壓或電流不能突變而引起的失真。如：輸入單位階躍電壓。能突變而引

23、起的失真。如：輸入單位階躍電壓。RC+- -vi- -vo+vit10vot0.10.9trRC+- -vi- -vo+vit0vott1 vot 11 1 1 1 振蕩時(shí)，最大過(guò)沖量振蕩時(shí)，最大過(guò)沖量msmsssVi=vR+vOVi=vC+vO三極管的三極管的非線性非線性特性產(chǎn)生的特性產(chǎn)生的失真，有新的頻率成份。失真，有新的頻率成份。假設(shè)三極管基射間外加電壓假設(shè)三極管基射間外加電壓:tVvsinm則則TTBEQCQSCVvVVveIeIi利用付氏級(jí)數(shù)展開(kāi)得：利用付氏級(jí)數(shù)展開(kāi)得：.)(! 31)(! 211 3T2TTCQCVvVvVvIi.sin.2sinsinnm2m1m0tnItItII

24、非線性總失真系數(shù)：非線性總失真系數(shù)：有效值122nm122nmIIIITHDnn(4-1-26) (4-1-26) 12322UUUTHD（1 1）非線性失真系數(shù)）非線性失真系數(shù)THDTHD、D D 213212AAAADA1 輸出波形中的基波幅值輸出波形中的基波幅值A(chǔ)2，A3 ， 諧波幅值諧波幅值 （2 2） 最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓 Vom （3 3）最大輸出功率）最大輸出功率Pom與效率與效率 1. 最大輸出功率最大輸出功率Pom 2. 效率：效率：vomPP 35例2-7 V,12CCU,k1801bR,k7 . 2e1R,k1001R,k502R,k22cR,k6 . 1

25、2eR,k1sR,k8LR，k8 . 02ie1iehh,502fe1fe hhiR、muA 、smuA 和和電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知。oR計(jì)算：計(jì)算：36k8 . 08 . 0/50/100/ie2212ihRRRiRk4 .27)8 . 0/7 . 2()501 (8 . 0/180)/( )1 (/2i1e1fe1ieb1iRRhhRR解解: : 圖中所示的兩級(jí)放大器第一級(jí)是射極跟圖中所示的兩級(jí)放大器第一級(jí)是射極跟隨器，第二級(jí)是共射放大器。隨器，第二級(jí)是共射放大器。(1)(1)計(jì)算計(jì)算 ：例2-7 37muAsmuA975. 0)8 . 0/7 . 2(518 . 0)8 . 0/7 . 2(51)/)(1 ()/)(1 (2i1e1feie12i1efe11mRRhhRRhAu1008 . 0)8/2(50)/(ie2L2c2fe2mhRRhAu1VT(2)(2)計(jì)算計(jì)算 和和 ：( (實(shí)際上實(shí)際上 組成射隨器