放大電路的性能指標(biāo)

1、放大電路的性能指標(biāo) 模擬電子技術(shù)1.1電路符號(hào)規(guī)定 放大電路的性能指標(biāo)在對(duì)放大電路進(jìn)行分析時(shí)，為了有效地區(qū)分電路的靜態(tài)電壓、電流和動(dòng)態(tài)（交流）的電壓、電流信號(hào)，需要對(duì)電流、電壓的符號(hào)作些規(guī)定。 表中的規(guī)定可歸納為以下幾個(gè)要點(diǎn)：電流、電壓符號(hào)規(guī)定 1、電壓、電流的瞬時(shí)值（直流成分和交流成分之和）用小寫(xiě)的字母i、u加大寫(xiě)的下標(biāo)來(lái)表示，如iC表示流過(guò)集電極的電流的瞬時(shí)值。 放大電路的性能指標(biāo) 2、電壓、電流的直流分量用大寫(xiě)的字母I、U加大寫(xiě)的下標(biāo)來(lái)表示，如IC表示集電極電流的直流分量。晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)時(shí)的電流、電壓，則在下標(biāo)后面再加大寫(xiě)字母“Q”。 3、電壓、電流交流分量的符號(hào)部分，表示瞬時(shí)值時(shí)

2、用小寫(xiě)字母，表示有效值、峰值時(shí)用大寫(xiě)字母；交流分量的下標(biāo)部分一律用小寫(xiě)字母表示。例如Ic表示集電極電流交流分量的有效值，Im表示集電極電流交流分量的峰值。 4、電源電壓用字母“V”加下標(biāo)表示，VCC表示正電源。 1.1電路符號(hào)規(guī)定 放大電路的性能指標(biāo)表示集電極電流t時(shí)刻的總瞬時(shí)值iC等于靜態(tài)直流ICQ和交流分量ImSin(t +)之和，交流分量(正弦波)的峰值為Im，角頻率為，初位相為。 例如，三極管集電極電流表達(dá)式 1.1電路符號(hào)規(guī)定Im iC ICQ t 集電極電流交流分量的有效值Ic和峰值Im的關(guān)系是1.2 放大電路的主要性能指標(biāo) 放大電路的性能指標(biāo) 放大電路品質(zhì)的優(yōu)劣由一系列性能指標(biāo)來(lái)

3、表征。放大電路的基本功能是放大電信號(hào)，因此這些指標(biāo)的作用，主要是評(píng)價(jià)放大電路的放大能力和信號(hào)保真能力。 常用的放大電路性能指標(biāo)有放大倍數(shù)、輸入輸出電阻等等。這些指標(biāo)可以通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定，測(cè)試時(shí)通常在放大電路的輸入端加上一個(gè)輸入信號(hào)ui，然后測(cè)量輸出端的信號(hào)uo，計(jì)算輸出量和輸入量的關(guān)系，最后就可以確定放大電路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，測(cè)試技術(shù)指標(biāo)的示意圖如下：1.3 輸入電阻 放大電路的性能指標(biāo) 從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻稱(chēng)為放大電路的輸入電阻，用符號(hào)Ri表示。在放大電路輸入端測(cè)得的電壓ui的有效值為Ui，測(cè)得流入放大電路的電流ii的有效值為Ii，則放大電路輸入電阻為： 由于電流的測(cè)量比較復(fù)雜

4、，在已知信號(hào)源內(nèi)阻RS信號(hào)源開(kāi)路電壓US的情況下也可以通過(guò)下面的公式計(jì)算放大電路內(nèi)阻Ri1.3 輸入電阻 放大電路的性能指標(biāo) 例5-1已知一信號(hào)源的內(nèi)阻RS=10k，信號(hào)源電壓有效值US=20mV，將這一信號(hào)加到放大電路的輸入端，試計(jì)算： （1）設(shè)放大電路輸入電阻Ri1=1 k，求放大電路輸入端得到的輸入信號(hào)電壓Ui1=？ （2）假設(shè)放大電路輸入電阻改變?yōu)镽i2=100 k，求這時(shí)放大電路輸入端得到的輸入信號(hào)電壓Ui2=？ 解：放大電路輸入端得到的信號(hào)電壓，是信號(hào)電壓US在放大電路內(nèi)阻Ri上的分壓，因此： 1.3 輸入電阻 放大電路的性能指標(biāo) 第二種情況下放大電路輸入端得到的信號(hào)是第一種情況的

5、十倍。原因是信號(hào)加到放大電路的輸入端時(shí)，放大電路要從信號(hào)源索取電流，輸入電阻越大，從信號(hào)源所取的電流越小，輸入端的信號(hào)電壓就越高。因此，通常希望放大電路的輸入電阻大一些好。1.4 放大倍數(shù) 放大電路的性能指標(biāo) 將一個(gè)較小的正弦波信號(hào)電壓加到放大電路的輸入端，在輸出端就可測(cè)得放大了的正弦信號(hào)，放大電路的這種功能稱(chēng)為放大電路的放大作用。但要注意，正弦波信號(hào)有三個(gè)要素：幅度、角頻率和相位，一個(gè)正弦波電壓經(jīng)過(guò)放大電路放大的同時(shí)，一般說(shuō)，相位也可能發(fā)生變化。因此，為了全面反映放大電路對(duì)于正弦波信號(hào)的放大作用，需要將放大電路的電壓放大倍數(shù) 定義為輸出電壓相量 和輸入電壓相量 的比值，即： 用相量的指數(shù)表達(dá)

6、式，上式可表示為： U0、Ui各為輸出和輸入電壓的有效值 為電壓放大倍數(shù)的幅度 反映輸出電壓與輸入電壓相位關(guān)系。 放大電路的性能指標(biāo) 由上式可知，電壓放大倍數(shù)的定義既反映了放大電路對(duì)于輸入電壓幅度的放大作用，同時(shí)也反映輸出電壓與輸入電壓之間的相位關(guān)系。一般情況下，這種關(guān)系比較復(fù)雜，但在以下兩種情況下，上述表達(dá)式將變得較為簡(jiǎn)單： 1、如果放大后，輸出電壓的相位與輸入電壓相同，這時(shí)反映相位關(guān)系的指數(shù)因子等于1，電壓放大倍數(shù)等于： 2、如果放大后，輸出電壓的相位與輸入電壓相差180，即輸出電壓與輸入電壓在相位上存在倒相的關(guān)系，則反映相位關(guān)系的指數(shù)因子等于1，電壓放大倍數(shù)等于： 1.4 放大倍數(shù) 放大

7、電路的性能指標(biāo)工程上常用分貝（dB）來(lái)表示放大倍數(shù)，稱(chēng)為增益。增益和相對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)之間的關(guān)系如以下各式所示：除電壓放大倍數(shù)以外，放大電路的放大作用還可以通過(guò)電流放大倍數(shù) 、源電壓放大倍數(shù) 和功率放大倍數(shù) 來(lái)描述，其定義分別為： 電壓增益： 電流增益： 功率增益： 注意放大倍數(shù)和增益之間是對(duì)數(shù)關(guān)系，放大倍數(shù)每增大10倍，增益增加20 dB。 1.5 輸出電阻 放大電路的性能指標(biāo)式中Uo、Io為電壓uo及電流io的有效值。放大電路輸出電阻Ro定義為輸入端信號(hào)短路（即us = 0，但保留Rs），輸出端負(fù)載開(kāi)路（即RL=）時(shí)，輸出端外加一個(gè)電壓uo 與由此產(chǎn)生的輸出端電流io 的比值，即輸出電阻Ro

8、等于： 為了測(cè)量放大電路的輸出電阻，可采用以下的方法：將信號(hào)源電壓加到放大電路輸入端，使放大電路輸入端的電壓ui維持不變，先使輸出端負(fù)載開(kāi)路，測(cè)得的輸出電壓以Uo1表示，然后接上阻值為RL的負(fù)載電阻，這時(shí)測(cè)得的輸出電壓以Uo2表示 輸出電阻測(cè)量 放大電路的性能指標(biāo)由此解得： 為了測(cè)量放大電路的輸出電阻，可采用以下的方法：將信號(hào)源電壓加到放大電路輸入端，使放大電路輸入端的電壓ui維持不變，先使輸出端負(fù)載開(kāi)路，測(cè)得的輸出電壓以Uo1表示，然后接上阻值為RL的負(fù)載電阻，這時(shí)測(cè)得的輸出電壓以Uo2表示，則得： 輸出電阻的大小反映放大電路帶負(fù)載的能力，輸出電阻越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，因此放大電路

9、的輸出電阻越小越好。 例5-2已知放大電路的負(fù)載電阻RL=8，不接負(fù)載的情況下電壓放大倍數(shù)Au=50（放大倍數(shù)的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓之間有圖5-6所示的倒相關(guān)系），測(cè)得輸入電壓有效值Ui=0.05V，試求： （1）放大電路輸出電阻R01=100時(shí)，負(fù)載兩端的電壓U01=？ （2）放大電路輸出電阻R02=0.1時(shí)，負(fù)載兩端的電壓U02=？ 放大電路的性能指標(biāo)接負(fù)載后，U01是U0經(jīng)輸出電阻R01和負(fù)載RL分壓所得的結(jié)果，因此： 解：根據(jù)式（5-5），求得負(fù)載開(kāi)路情況下輸出端電壓U0等于： U02是U0經(jīng)輸出電阻R02和負(fù)載RL分壓所得的結(jié)果，因此： 1.6 最大輸出幅度 放大電路的性能指標(biāo)

10、 在放大電路的輸入端輸入正弦波電壓ui，放大后，其輸出端就有放大了的正弦波信號(hào)uo輸出。逐漸加大輸入信號(hào)ui的幅度，輸出信號(hào)uo的幅度也隨之增大。用示波器觀測(cè)輸出信號(hào)uo的波形，可以得到以下各圖所示的結(jié)果： 在輸出波形沒(méi)有失真的情況下放大電路能夠提供的最大輸出信號(hào)的峰峰值稱(chēng)為放大電路的最大輸出幅度，有時(shí)候也用輸出電壓的有效值表示，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量放大電路最大輸出幅度的辦法如圖所示。 放大電路的性能指標(biāo)輸入信號(hào)小，輸出信號(hào)沒(méi)有失真 輸入信號(hào)加大，輸出信號(hào)頂部被削平 截止失真 輸入信號(hào)加大，輸出底部被削平飽和失真 繼續(xù)加大輸入信號(hào)，輸出波形的頂部和底部均被削平 逐漸加大輸入信號(hào)，在出現(xiàn)波形失真之前測(cè)得

11、的最大輸出信號(hào)的峰峰值，稱(chēng)為放大電路的最大輸出幅度。 1.7 頻率特性和通頻帶 放大電路的性能指標(biāo) 所謂附加相移，是指相對(duì)于中頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，輸出電壓對(duì)于輸入電壓所增加的位相移動(dòng)。以共射極基本放大電路為例，這種電路的輸出電壓與輸入電壓的位相有倒相關(guān)系，即輸出電壓相對(duì)于輸入電壓有180的位相移動(dòng)。如果輸入信號(hào)的頻率過(guò)高或過(guò)低，輸出電壓相對(duì)于輸入信號(hào)的相移就不等于180，其相差的部分即稱(chēng)為附加相移。 放大電路的頻率特性，反映的是輸入信號(hào)頻率變化時(shí)，放大電路的性能隨之發(fā)生變化的情況。信號(hào)頻率過(guò)高或過(guò)低時(shí)，放大電路的性能會(huì)在以下兩方面發(fā)生變化： （1）電壓放大倍數(shù)下降； （2）輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間將產(chǎn)生

12、附加的位相移動(dòng)。 1.7 頻率特性和通頻帶 放大電路的性能指標(biāo) 放大電路的幅頻特性： 放大電路放大倍數(shù)（或增益）隨頻率變化的特性稱(chēng)為放大電路的幅頻特性； 由于頻率變化時(shí)放大電路的特性在放大倍數(shù)和輸出信號(hào)相移兩方面發(fā)生變化，因此，放大電路的頻率特性由放大電路的幅頻特性和放大電路相頻特性?xún)身?xiàng)指標(biāo)描述： 放大電路的相頻特性： 放大電路輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)相位移動(dòng)隨頻率變化的特性稱(chēng)為放大電路的相頻特性。首先討論放大電路的幅頻特性 放大電路的性能指標(biāo) 檢測(cè)放大電路幅頻特性的實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，將某種頻率的信號(hào)輸入放大電路，用示波器測(cè)量輸入、輸出信號(hào)的幅度，求出兩者的比值，該比值即為對(duì)應(yīng)于這一頻率的電壓

13、放大倍數(shù)。 輸入信號(hào)頻率從低到高逐漸變化，測(cè)出不同頻率下的放大倍數(shù)，以頻率f為橫坐標(biāo)（習(xí)慣使用對(duì)數(shù)坐標(biāo)），電壓放大倍數(shù)Au為縱坐標(biāo)畫(huà)圖，即可畫(huà)出放大電路放大倍數(shù)隨頻率變化的曲線，即為幅頻特性曲線。 首先討論放大電路的幅頻特性 放大電路的性能指標(biāo) 典型的幅頻特性曲線如下圖所示：在中頻段放大倍數(shù)是常數(shù)，稱(chēng)為中頻放大倍數(shù)，用Aum表示。頻率下降時(shí)，放大倍數(shù)下降，放大倍數(shù)下降到Aum/0.7Aum時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為放大電路的下限頻率，用fL表示；頻率升高時(shí)放大倍數(shù)也下降，放大倍數(shù)下降到Aum /0.7Aum時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為放大電路的上限頻率，用fH表示。fH和fL之差即稱(chēng)為放大電路的通頻帶BW： 下

14、限頻率為0.9kHz，上限頻率為1.1MHz，通頻帶等于1.0991 MHz?，F(xiàn)在討論放大電路的相頻特性 放大電路的性能指標(biāo) 檢測(cè)放大電路的相頻特性，需要使用雙蹤示波器同時(shí)觀察輸入和輸出信號(hào)的波形，測(cè)量各種輸入信號(hào)頻率下輸出、輸入信號(hào)之間的相位差。 下面是一些典型的測(cè)量結(jié)果：測(cè)量相位差 放大電路的性能指標(biāo)信號(hào)頻率比上限頻率高得多時(shí)輸入、輸出信號(hào)波形間的相移為3/4（270） 輸入信號(hào)頻率比下限頻率低得多時(shí)輸入、輸出信號(hào)相位彼此相差/4（90）。 中頻段輸入波形ui 和輸出波形uo之間的相位彼此相差（180） 放大電路的性能指標(biāo)1.9 放大電路的效率 在輸出信號(hào)不產(chǎn)生明顯失真的情況下，能夠向負(fù)載提供的最