第四章放大電路性能的提高方法

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)成多級放大電路組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。4.1.1多級放大電路的耦合方式常見的耦合方式：

直接耦合阻容耦合變壓器耦合4.1多級放大電路4.1.1多級放大電路的耦合方式阻容耦合特點：靜態(tài)工作點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。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++Rc2Rb2C3T2+第一級第二級4.1多級放大電路直接耦合特點：(1)

可以放大交流和緩慢變化及直流信號；

(2)

便于集成化。(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)增加而上升；

(4)零點漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T24.1多級放大電路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，因此它可以作為耦合元件。圖中第一級晶體管V1的集電極電阻Rc1換成了變壓器T1的原邊繞組，變化的電壓或電流經(jīng)T1的副邊繞組加到晶體管V2的基極進行第二次放大，而T2把放大了的交流電壓和電流加到負載RL上去。4.1多級放大電路特點：（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號。這樣，在電路的設(shè)計、計算和調(diào)試上都比較方便。（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。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。由變壓器的工作原理可得

R'L為變壓器原邊的等效負載，RL為副邊的等效負載，n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n,就可以把副邊的負載RL變換成原邊所需要的數(shù)值R'L。

4.1多級放大電路變壓器耦合方式的缺點是：（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信號,所以只能用于交流放大。（2）變壓器需要使用有色金屬和磁性材料，體積大、成本高，而且無法采用集成工藝。4.1多級放大電路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，即其中，n為多級放大電路的級數(shù)。輸入電阻和輸出電阻通常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。4.2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，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，信號將在其上產(chǎn)生壓降，從而導致放大倍數(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；而當信號頻率高到一定程度時，極間電容將分流，從而導致放大倍數(shù)的數(shù)值減少且產(chǎn)生相移。4.2放大電路的頻率響應(yīng)Au和φu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。相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)0-90-180-270f0Au(倍數(shù))Au00.707Au0ffLfHBW4.2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)0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW(1)幅頻響應(yīng)及帶寬各種不同頻率的正弦波放大器放大器對不同頻率的放大量如圖所示此區(qū)域表示放大器對較低頻率的信號放大量較小,且隨著頻率的升高放大量逐漸增大。此區(qū)域表示放大器對較高頻率的信號放大量亦較小,且隨著頻率的升高放大量逐漸減小。此區(qū)域表示放大器對中頻段的信號放大量是最大的,并且對中頻率各成份放大量一樣。用倍數(shù)表示的放大增益上述放大器的性能隨輸入信號頻率的不同而變化的規(guī)律稱為頻率響應(yīng)。放大器的增益隨頻率變化的規(guī)律，叫做幅頻響應(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)及帶寬上限頻fH和下限頻fL在工程上,有一個很重要的量，稱為通頻帶BW。在幅頻響應(yīng)曲線(亦稱幅頻特性曲線)上找出放大量為最大值的0.707倍的點，然后作一條水平線。相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW用倍數(shù)表示的放大增益此線與曲線在高頻段上的交點所對應(yīng)的頻率稱為上限頻率fH。此線與曲線在低頻段上的交點所對應(yīng)的頻率稱為下限頻率fL。4.2放大電路的頻率響應(yīng)

通頻帶BW=fH-fL帶寬BW=fH-fL在工程設(shè)計上，處于通頻帶BW內(nèi)的各種頻率的信號可視為能通過放大器并得到同一放大量，在通頻帶以外的各種頻率的信號可視為得不到放大而受到衰減。通頻帶的名稱來由于此。相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW用倍數(shù)表示的放大增益上限頻率fH與下限頻率fL之差稱為通頻帶，簡稱為帶寬BW。(1)幅頻響應(yīng)及帶寬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，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。4.2放大電路的頻率響應(yīng)4.2.2影響通頻帶寬度的主要因素影響下限頻率fl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)生明顯的影響。此外，電路的輸入電阻ri對下限頻率fl也有影響。影響上限頻率fh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β值在高頻時也會下降，這也將導致放大倍數(shù)下降。總之，為了提高上限頻率，必須選用結(jié)電容小、特征頻率fT高4.2放大電路的頻率響應(yīng)4.2.3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。4.3放大電路中的反饋4.3.1反饋的基本概念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，從輸出端取出，這是信號的正向傳輸方向?！梆仭笔禽斔偷囊馑迹答伨褪切盘枺ú糠只蛉浚妮敵龆朔聪蛩突剌斎攵恕Ｓ靡詫崿F(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反饋的一般表達式

反饋放大電路的方框圖AFXi'XiXfXo4.3放大電路中的反饋反饋放大電路的基本關(guān)系式有：（1）基本放大電路的放大倍數(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）反饋系數(shù)：（3）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)。引入負反饋后的凈輸入信號為：整理后可得：式中，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)Af與基本放大電路的放大倍數(shù)A相比，其減小的量也越大4.3放大電路中的反饋4.3.2反饋的分類和判別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AF為正，則Af<A,為負反饋；若AF為負，則Af>A,為正反饋。將與相乘，可得：可見Xf與Xi'相同時，AF為正，電路為負反饋；Xf與Xi'反相時，AF為負，電路為正反饋。因此，可根據(jù)Xf與Xi'的相位，用“瞬時極性法”來判斷反饋極性例題見書4.3放大電路中的反饋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判斷是電壓反饋還是電流反饋時，常用“輸出短路法”，即假設(shè)負載短路（RL=0），使輸出電壓uo=0，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。

4.3放大電路中的反饋串聯(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。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：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。2.將輸入信號交流短路后，若反饋信號消失了，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。

4.3放大電路中的反饋4.3.3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，負反饋電路具有4種典型反饋形式：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。4.3放大電路中的反饋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路中引入負反饋后，一般造成電壓放大倍數(shù)的下降，反饋電壓IeRe越大，電壓放大倍數(shù)下降越多。雖然負反饋引起Au下降，但換來的卻是放大電路穩(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。電壓負反饋使輸出電阻減??；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，將使放大電路的閉環(huán)電壓傳輸特性曲線變平緩，線性范圍明顯展寬。在深度負反饋條件下，若反饋網(wǎng)絡(luò)由純電阻構(gòu)成，則閉環(huán)電壓傳輸特性曲線在很寬的范圍內(nèi)接近于直線，即負反饋可減小放大電路的非線性失真。既然負反饋具有穩(wěn)定放大電路的作用，當然信號頻率的變化引起的電壓放大倍數(shù)的變化