電子技術基礎項目化教程課件 項目四 分立元器件放大電路的設計 4.2.1 放大電路的基礎知識

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用來對電信號進行放大的電路稱為放大電路，又稱為放大器。它的應用非常廣泛，它是構成其它電子電路的基本單元電路，無論是日常使用的電視機、測量儀器、還是復雜的自動控制系統(tǒng)，其中都有各種各樣的放大電路。4.2.1放大電路的基礎知識下頁上頁首頁1.放大電路的組成下頁上頁首頁圖4-1放大電路組成框圖

在圖4-1(a)中信號源是產生所需放大的電信號，它可把非電量的信號轉換為電量的信號，它們可以等效為4-1(b)所示的電壓源和電流源電路，

為信號源內阻,、

分別為電壓源和電流源且

。利用放大電路中的晶體管工作于放大區(qū)所具有的電流（或電壓）控制特性，可以實現(xiàn)放大作用，為了保證晶體管工作于放大狀態(tài)，必須通過直流電源和相應的偏置電路給晶體管提供適當?shù)钠秒妷?。下頁上頁首?/p>

負載是接受放大電路輸出信號的元件（或電路）它可由將電信號變成非電信號的輸出換能器構成，RL也可是下一級電子電路的輸入電阻，一般情況下它們都可等效為一純電阻RL(實際上它不可能為純電阻，可能是容性阻抗，也可能是感性阻抗，但為了分析問題方便起見，一般都把負載用純電阻RL來等效)?？梢?，放大電路應由放大器件、直流電源、輸入回路和輸出回路等幾部份組成。下頁上頁首頁晶體管共射基本放大電路如圖4-2(a)所示。下頁上頁首頁

圖4-2共發(fā)射極基本放大電路2．基本放大電路中各元件的作用

圖4-2(b)中，晶體管V是整個電路的核心，擔負著放大信號的任務，直流電源VCC（幾伏到幾十伏），一方面通過RC、RB給晶體管發(fā)射結提供正向偏壓，給集電結提供反向偏壓，另一方面提供負載所需的信號能量；RB稱基極偏置電阻（一般幾十千歐～幾百千歐）。RC將集電極電流的變化轉化為電壓的變化，稱為集電極負載電阻（一般為幾千歐~幾十千歐）；電容C1、C2的作用是隔離放大電路與信號源，放大電路與負載之間的直流通路，僅讓交流信號通過，即隔直通交。下頁上頁首頁

C1、RB、VCC及晶體管V的基極和發(fā)射極構成信號的輸入回路，C2、RC及晶體管V的集電極和發(fā)射極構成信號的輸出回路，VCC、RB、RC構成晶體管的偏置電路。RL是放大電路的負載，稱其為交流負載電阻。下頁上頁首頁

3.放大電路的性能指標

放大電路性能的優(yōu)劣是用它的性能指標來表示的。性能指標是指在規(guī)定條件下，按照規(guī)定程序和測試方法獲得的有關數(shù)據。為了表明各性能指標的含義，將放大電路用圖4-3所示的有源線性四端網絡表示。圖中

端為放大電路的輸入端，RS為信號源內阻，uS為信號源電壓，此時放大電路的輸入電壓和電流分別為ui和ii。

端為放大電路的輸出端，RL為負載電阻。此時放大電路的輸入電壓和電流分別為uo和io。下頁上頁首頁圖中電壓和電流的正方向符合四端網絡的一般規(guī)定。下頁上頁首頁圖4-3放大電路四端網絡表示

（1）放大倍數(shù)（又叫增益）

放大倍數(shù)表示放大電路對弱信號的放大能力。常用的有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、功率放大倍數(shù)和源電壓放大倍數(shù)。

電壓放大倍數(shù)Au是放大電路的輸出電壓uo與輸入電壓ui之比，即

電流放大倍數(shù)Ai是放大電路的輸出電流io與輸入電流ii之比，即

下頁上頁首頁

功率放大倍數(shù)Ap是放大電路的輸出功率Po與輸入功率Pi之比，即

源電壓放大倍數(shù)Aus是放大電路的輸出電壓uo與信號源電壓uS之比，即

工程上常用分貝（dB）來表示放大倍數(shù)，它們的定義分別為：

電壓放大倍數(shù)Au

(dB)=20lg|Au|

電流放大倍數(shù)Ai

(dB)=20lg|Ai|

功率放大倍數(shù)

Ap

(dB)=10lg|Ap|

源電壓放大倍數(shù)Aus

(dB)=20lg|Aus|下頁上頁首頁下頁上頁首頁

（2）輸入電阻

輸入電阻用Ri表示，是從輸入端

端看進去的等效電阻，它等于放大電路輸出端實際接入負載電阻RL后，輸入電壓ui與輸入電流ii之比，即

對于信號源而言，Ri相當于它的負載，如圖4-4所示，由圖可知：

例4-1：已知信號源us=20mV，RS=600Ω，當Ri分別等于6KΩ、600Ω、60Ω時，試求輸入電流ii和輸入電壓ui的大小。

解：當Ri＝6KΩ時當Ri＝600Ω時

當Ri＝60Ω時

可見，Ri越大，向信號源所取的信號電流ii越小，RS兩端的電壓就越小，其實際輸入電壓ui就越接近于信號源電壓uS，對信號源的衰減程度就越弱。對于一個實際的放大電路，希望輸入電阻越大越好。下頁上頁首頁

（3）輸出電阻

輸出電阻用Ro表示。對負載RL而言，放大電路的輸出端可以等效為一個信號源，如圖4-5(a)所示，用相應的電壓源或電流源來代替，uot是將RL移去，uS或iS在放大電路輸出端產生的開路電壓。iot是將RL短接，uS或iS在放大電路輸出端產生的短路電流。Ro是等效電壓源或電流源的內阻，也就是放大電路的輸出電阻。下頁上頁首頁

Ro等于負載開路（RL＝

∞），輸入信號源短路（uS＝0）保留RS，由輸出端

兩端向放大器看進去的等效電阻，如圖4-5(b)所示。RL斷開后，接入一信號源u，如圖4-5(c)所示，此時流過的電流為i，則放大器的輸出電阻為：下頁上頁首頁由于Ro的存在，由圖4-5(a)可知放大電路實際輸出電壓為：

由上兩式可以看出Ro越小，uo和uot就越接近，uo受負載的影響就越小，流過負載的電流就越大?？梢?，Ro的大小反映了放大電路帶負載的能力的大小。Ro越小，帶負載的能力就越強。對于實際的放大電路，希望Ro小些。下頁上頁首頁4．通頻帶與非線性失真

放大電路中通常含有電抗元件，因此放大電路對不同頻率信號的放大倍數(shù)是不一樣的。相應的電壓放大倍數(shù)可以表示為信號頻率的復函數(shù)，即

在上式中，Au(f)是增益的幅值，

是增益的相位角，都是頻率的函數(shù)。下頁上頁首頁我們將幅值隨頻率f變化的特性稱為幅頻特性，其相應的曲線稱為幅頻特性曲線，如圖4-6所示；相位角隨頻率f變化的特性稱為相頻特性，其對應的曲線稱為相頻特性曲線。幅頻特性和相頻特性總稱為放大電路的頻率特性或頻率響應。下頁上頁首頁圖4-6放大電路的幅頻特性曲線

對于幅頻特性曲線，一般情況下，中頻段的放大倍數(shù)幾乎不變，用Aum來表示，在低頻段和高頻段的放大倍數(shù)都將下降，當下降到

時的低端頻率和高段端頻率，稱為放大電路的下限頻率和上限頻率，分別用fL和fH來表示。fH和fL之間的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶，用BW0.7表示，即

下頁上頁首頁BW0.7=fH-fL

在工程上，一個實際的