第四章 放大電路性能的提高方法

1、放大電路性能的提高方法4.1 多級放大電路將多個單級基本放大電路合理聯(lián)接，構(gòu)成多級放大電路將多個單級基本放大電路合理聯(lián)接，構(gòu)成多級放大電路組成多級放大電路的每一個基本電路稱為組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級一級，級與級之間的連接稱為級與級之間的連接稱為級間耦合級間耦合。4.1.1 4.1.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式常見的耦合方式：常見的耦合方式：直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合變壓器耦合變壓器耦合4.1 多級放大電路4.1.1 4.1.1 多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式阻容耦合阻容耦合特點：靜態(tài)工作點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。特點：靜態(tài)工作

2、點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。在集成電路中無法制造大容量電容，不便于集成化，盡量不用。在集成電路中無法制造大容量電容，不便于集成化，盡量不用。C1RC1Rb1+VCCC2RL+T1+ iUoU+Rc2Rb2C3T2+第第 一一 級級第第 二二 級級4.1 多級放大電路直接耦合直接耦合特點：特點：( (1 1) ) 可以放大交流和緩慢變化及直流信號；可以放大交流和緩慢變化及直流信號； ( (2 2) ) 便于集成化。便于集成化。 ( (3 3) )各級靜態(tài)工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著級數(shù)增各級靜態(tài)工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著級數(shù)增 加而上升；加而上升； ( (4 4)

3、 )零點漂移（如何克服）。零點漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+ iUOURc2Rb2T24.1 多級放大電路變壓器耦合變壓器耦合變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號傳送到副邊，因此它可變壓器可以通過磁路的耦合把原邊的交流信號傳送到副邊，因此它可以作為耦合元件。圖中第一級晶體管以作為耦合元件。圖中第一級晶體管V1V1的集電極電阻的集電極電阻Rc1Rc1換成了變壓器換成了變壓器T1T1的原邊繞組，變化的電壓或電流經(jīng)的原邊繞組，變化的電壓或電流經(jīng)T1T1的副邊繞組加到晶體管的副邊繞組加到晶體管V2V2的基的基極進行第二次放大，而極進行第二次放大，而T2T2把放大了的交流電壓和電流加

4、到負載把放大了的交流電壓和電流加到負載RLRL上去。上去。4.1 多級放大電路特點：特點：（1 1）前后綴靜態(tài)工作點也是相互獨立的，因為變壓器不能傳送直流信）前后綴靜態(tài)工作點也是相互獨立的，因為變壓器不能傳送直流信號。這樣，在電路的設(shè)計、計算和調(diào)試上都比較方便。號。這樣，在電路的設(shè)計、計算和調(diào)試上都比較方便。（2 2）在傳送交流信號的同時，還可以進行電壓、電流和阻抗的變換。）在傳送交流信號的同時，還可以進行電壓、電流和阻抗的變換。一個阻值較小的負載，經(jīng)過變壓器的阻抗變換作用，可以變成放大器一個阻值較小的負載，經(jīng)過變壓器的阻抗變換作用，可以變成放大器的最佳負載，使負載上得到最大輸出功率。的最佳負

5、載，使負載上得到最大輸出功率。 由變壓器的工作原理可得由變壓器的工作原理可得 R RL L為變壓器原邊的等效負載，為變壓器原邊的等效負載，R RL L為副邊的等效負載，為副邊的等效負載，n n為變壓器為變壓器原邊與副邊的匝數(shù)比?？梢娭灰m當選擇匝數(shù)比原邊與副邊的匝數(shù)比。可見只要適當選擇匝數(shù)比n,n,就可以把副邊的負就可以把副邊的負載載R RL L變換成原邊所需要的數(shù)值變換成原邊所需要的數(shù)值RRL L。 4.1 多級放大電路變壓器耦合方式的缺點是：變壓器耦合方式的缺點是：（1 1）高頻和低頻性能都比較差。很明顯，它不能傳送直流或變化緩慢的）高頻和低頻性能都比較差。很明顯，它不能傳送直流或變化緩慢

6、的信號信號, ,所以只能用于交流放大。所以只能用于交流放大。（2 2）變壓器需要使用有色金屬和磁性材料，體積大、成本高，而且無法）變壓器需要使用有色金屬和磁性材料，體積大、成本高，而且無法采用集成工藝。采用集成工藝。4.1 多級放大電路4.1.2 4.1.2 多級放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻多級放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即其中，其中， n n 為多級放大電路的級數(shù)。為多級放大電路的級數(shù)。輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻通常，多級放大電路的輸入電阻就是通

7、常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻輸入級的輸入電阻；輸出電阻就；輸出電阻就是是輸出級的輸出電阻。輸出級的輸出電阻。unuuuAAAA 214.2 放大電路的頻率響應(yīng)4.2.1 頻率響應(yīng)的基本概念在實際的放大電路中，由于耦合電容的存在，對信號構(gòu)成了高通電路，在實際的放大電路中，由于耦合電容的存在，對信號構(gòu)成了高通電路，即對于頻率足夠高的信號電容相當于短路，信號幾乎毫無損失地通過；即對于頻率足夠高的信號電容相當于短路，信號幾乎毫無損失地通過；而當信號頻率低到一定的程度時，電容的容抗不可忽略，信號將在其而當信號頻率低到一定的程度時，電容的容抗不可忽略，信號將在其上產(chǎn)生壓降，從而導(dǎo)致放大倍

8、數(shù)的數(shù)值減小且產(chǎn)生相移。上產(chǎn)生壓降，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)的數(shù)值減小且產(chǎn)生相移。 與耦合電容相反，由于半導(dǎo)體極間電容的存在，對信號構(gòu)成了低通電與耦合電容相反，由于半導(dǎo)體極間電容的存在，對信號構(gòu)成了低通電路，即對于頻率足夠低的信號相當于開路，對電路不產(chǎn)生影響；而當路，即對于頻率足夠低的信號相當于開路，對電路不產(chǎn)生影響；而當信號頻率高到一定程度時，極間電容將分流，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)的數(shù)信號頻率高到一定程度時，極間電容將分流，從而導(dǎo)致放大倍數(shù)的數(shù)值減少且產(chǎn)生相移。值減少且產(chǎn)生相移。4.2 放大電路的頻率響應(yīng) Au Au和和uu都是頻率的函數(shù)，分別稱為都是頻率的函數(shù)，分別稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性。放大

9、電路的幅頻特性和相頻特性。)(AAu)(u相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)4.2 放大電路的頻率響應(yīng)2、頻率響應(yīng)及帶寬(1)幅頻響應(yīng)及帶寬相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)4.2 放大電路的頻率響應(yīng) 上限頻fH和下限頻fL相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)4.2 放大電路的頻率響應(yīng) 通頻帶BW=fH-fL相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)4.2 放大電路的頻率響應(yīng) 由于放大電路的通頻帶有一定的限制，因此對不同頻率的信號，由于放大電路的通頻帶有一定的限制，因此對不同頻率的信號，放大倍數(shù)的幅值不同，相位也不同。當輸入信號包含多次諧波時，經(jīng)放大倍數(shù)的幅值不同，相位也不同。當輸入信號包含多次諧波時，經(jīng)過放大電路以后，由于各次諧波被放大的倍數(shù)不同，輸出后總的波形過放大電路

10、以后，由于各次諧波被放大的倍數(shù)不同，輸出后總的波形必將產(chǎn)生失真，這種現(xiàn)象稱為放大電路的頻率失真。顯然，通頻帶越必將產(chǎn)生失真，這種現(xiàn)象稱為放大電路的頻率失真。顯然，通頻帶越寬，頻率失真越小。寬，頻率失真越小。4.2 放大電路的頻率響應(yīng)4.2.24.2.2影響通頻帶寬度的主要因素影響通頻帶寬度的主要因素影響下限頻率影響下限頻率f fl l的因素的因素在低頻范圍內(nèi)，級間耦合電容的容抗變大對電路的工作將產(chǎn)生明顯的在低頻范圍內(nèi)，級間耦合電容的容抗變大對電路的工作將產(chǎn)生明顯的影響。此外，電路的輸入電阻影響。此外，電路的輸入電阻r ri i對下限頻率對下限頻率f fl l也有影響。也有影響。影響上限頻率影響

11、上限頻率fhfh的因素的因素在高頻范圍內(nèi)，耦合電容的作用顯然可以忽略不計，但此時晶體管的在高頻范圍內(nèi)，耦合電容的作用顯然可以忽略不計，但此時晶體管的結(jié)電容（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的結(jié)電容）、電路的分布電容卻對電流有很結(jié)電容（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的結(jié)電容）、電路的分布電容卻對電流有很強的分流作用，從而使放大倍數(shù)下降。此外，晶體三極管的強的分流作用，從而使放大倍數(shù)下降。此外，晶體三極管的值在高值在高頻時也會下降，這也將導(dǎo)致放大倍數(shù)下降?？傊?，為了提高上限頻率，頻時也會下降，這也將導(dǎo)致放大倍數(shù)下降?？傊瑸榱颂岣呱舷揞l率，必須選用結(jié)電容小、特征頻率必須選用結(jié)電容小、特征頻率f fT T高高crfii214.2 放

12、大電路的頻率響應(yīng)4.2.34.2.3多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的頻率響應(yīng)多級放大電路的幅頻特性和相頻特性曲線是各級頻率特性曲線的疊加，多級放大電路的幅頻特性和相頻特性曲線是各級頻率特性曲線的疊加，多級放大電路的頻率特性曲線如圖。多級放大電路的頻率特性曲線如圖。多級放大電路的通頻帶要比組成它的每一級的通頻帶窄。多級放大電路的通頻帶要比組成它的每一級的通頻帶窄。4.3 放大電路中的反饋4.3.1 4.3.1 反饋的基本概念反饋的基本概念反饋概念的建立反饋概念的建立在基本放大器中，信號由輸入端加入，經(jīng)過放大電路放大后，從輸出在基本放大器中，信號由輸入端加入，經(jīng)過放大電路放大后，從輸出端取出，

13、這是信號的正向傳輸方向。端取出，這是信號的正向傳輸方向?！梆侌仭笔禽斔偷囊馑?，反饋就是是輸送的意思，反饋就是信號（部分或全部）從輸出端反向送回輸入端。用以實現(xiàn)反方向傳輸信號（部分或全部）從輸出端反向送回輸入端。用以實現(xiàn)反方向傳輸信號的電路稱為反饋電路，帶有反饋電路的放大器稱為反饋放大器信號的電路稱為反饋電路，帶有反饋電路的放大器稱為反饋放大器反饋的一般表達式反饋的一般表達式 反饋放大電路的方框圖反饋放大電路的方框圖AFXiXiXfXo4.3 放大電路中的反饋反饋放大電路的基本關(guān)系式有：反饋放大電路的基本關(guān)系式有：（1 1）基本放大電路的放大倍數(shù)：）基本放大電路的放大倍數(shù)：即電路未引入負反饋時的

14、放大倍數(shù)，也稱負反饋電路的開環(huán)放大倍數(shù)。即電路未引入負反饋時的放大倍數(shù)，也稱負反饋電路的開環(huán)放大倍數(shù)。（2 2）反饋系數(shù)：）反饋系數(shù)：（3 3）反饋放大倍數(shù)：）反饋放大倍數(shù)：即電路引入負反饋后的放大倍數(shù)，也稱負反饋電路的閉環(huán)放大倍數(shù)。即電路引入負反饋后的放大倍數(shù)，也稱負反饋電路的閉環(huán)放大倍數(shù)。引入負反饋后的凈輸入信號為：引入負反饋后的凈輸入信號為：整理后可得：整理后可得：式中，式中， 是一個描述負反饋量大小的物理量，稱為反饋深度。是一個描述負反饋量大小的物理量，稱為反饋深度。反饋深度越大，負反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)反饋深度越大，負反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)AfAf與基本放大電路的與基本放大電

15、路的放大倍數(shù)放大倍數(shù)A A相比，其減小的量也越大相比，其減小的量也越大ioXXA ofXXF iofXXA fiXXX-iAFAAf1AFD14.3 放大電路中的反饋4.3.2 4.3.2 反饋的分類和判別反饋的分類和判別正反饋和負反饋正反饋和負反饋根據(jù)反饋的極性的不同，可以分為正反饋和負反饋。若送回輸入回路根據(jù)反饋的極性的不同，可以分為正反饋和負反饋。若送回輸入回路的反饋信號使輸入信號減小，則稱為負反饋；反之，稱為正反饋。的反饋信號使輸入信號減小，則稱為負反饋；反之，稱為正反饋。若若AFAF為正，則為正，則A Af fA,A,AfA,為正反饋。為正反饋。將將 與與 相乘，可得：相乘，可得：可

16、見可見X Xf f與與X Xi i 相同時，相同時，AFAF為正，電路為負反饋；為正，電路為負反饋；X Xf f與與X Xi i 反相時，反相時，AFAF為負，為負，電路為正反饋。因此，可根據(jù)電路為正反饋。因此，可根據(jù)X Xf f與與X Xi i 的相位，用的相位，用“瞬時極性法瞬時極性法”來判來判斷反饋極性斷反饋極性例題見書例題見書AFAAf1ioXXA ofXXF ifofioXXXXXXAF4.3 放大電路中的反饋判斷圖中電路的反饋極性判斷圖中電路的反饋極性4.3 放大電路中的反饋電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋判斷是電壓反饋還是電流反饋時，常用判斷是電壓反饋還是電流反饋時，常用“輸

17、出短路法輸出短路法”，即假設(shè)負載，即假設(shè)負載短路（短路（RL=0RL=0），使輸出電壓），使輸出電壓uo=0uo=0，看反饋信號是否還存在。若存在，看反饋信號是否還存在。若存在，則說明反饋信號與輸出電壓成比例，是電壓負反饋；若反饋信號不存則說明反饋信號與輸出電壓成比例，是電壓負反饋；若反饋信號不存在了，則說明反饋信號不是與輸出電壓成比例，而是和輸出電流成比在了，則說明反饋信號不是與輸出電壓成比例，而是和輸出電流成比例，是電流負反饋。例，是電流負反饋。 4.3 放大電路中的反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋根據(jù)反饋信號與輸入信號的關(guān)系，可以分成串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋兩類。根據(jù)反饋信號與輸入信號

18、的關(guān)系，可以分成串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋兩類。判斷是串聯(lián)負反饋還是并聯(lián)負反饋主要是根據(jù)反饋信號、原輸入信號判斷是串聯(lián)負反饋還是并聯(lián)負反饋主要是根據(jù)反饋信號、原輸入信號和凈輸入信號在電路輸入端的連接方式和特點，判斷方法有兩種：和凈輸入信號在電路輸入端的連接方式和特點，判斷方法有兩種：1.1.若反饋信號和輸入信號是在輸入端以電流方式求和的，則為并聯(lián)負若反饋信號和輸入信號是在輸入端以電流方式求和的，則為并聯(lián)負反饋；若反饋信號和輸入信號是在輸入端以電壓方式求和的，即為串反饋；若反饋信號和輸入信號是在輸入端以電壓方式求和的，即為串聯(lián)負反饋。聯(lián)負反饋。 2.2.將輸入信號交流短路后，若反饋信號消失了，則為并聯(lián)反

19、饋；否則將輸入信號交流短路后，若反饋信號消失了，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。為串聯(lián)反饋。 4.3 放大電路中的反饋4.3.3 4.3.3 反饋放大器的四種基本類型反饋放大器的四種基本類型按照反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸出、輸入端的連接方式不同，負反按照反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸出、輸入端的連接方式不同，負反饋電路具有饋電路具有4 4種典型反饋形式：種典型反饋形式：電壓串聯(lián)負反饋；電壓并聯(lián)負反饋；電壓串聯(lián)負反饋；電壓并聯(lián)負反饋；電流串聯(lián)負反饋；電流并聯(lián)負反饋。電流串聯(lián)負反饋；電流并聯(lián)負反饋。4.3 放大電路中的反饋試判別圖中電路的反饋類型試判別圖中電路的反饋類型4.4 負反饋對放大器性能的影響電

20、路中引入負反饋后，一般造成電路中引入負反饋后，一般造成電壓放大倍數(shù)的下降電壓放大倍數(shù)的下降，反饋電壓，反饋電壓I Ie eR Re e越大，電壓放大倍數(shù)下降越多。雖然負反饋引起越大，電壓放大倍數(shù)下降越多。雖然負反饋引起A Au u下降，但換來的卻下降，但換來的卻是是放大電路穩(wěn)定性的提高放大電路穩(wěn)定性的提高。提高放大電路的穩(wěn)定性，是放大電路中至。提高放大電路的穩(wěn)定性，是放大電路中至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負反饋則使輸入電阻減小。串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)負反饋則使輸入電阻減小。電壓負反饋使輸出電阻減??；電流負反饋使輸出電阻增加。電壓負反饋使輸出電阻減小；電流負反饋使輸出電阻增加。當輸入正弦信號的幅度較大時，輸出波形引入負反饋后，將使放大電當輸入正弦信號的幅度較大時，輸出波形引入負反饋后，將使放大電路的閉環(huán)電壓傳輸特性曲線變平