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4.2基本(jīběn)放大器4.4電流(diànliú)源電路及其應(yīng)用4.3差分放大器***4.7放大器的噪聲4.1放大器的基本概念第四章放大器基礎(chǔ)4.5多級(jí)放大器***4.6放大器的頻率響應(yīng)精品資料概述在廣播、通信、自動(dòng)控制、電子測(cè)量等各種(ɡèzhǒnɡ)電子設(shè)備中,放大器是必不可少的組成部分。放大器是應(yīng)用最廣泛的電子線路。主要功能:將輸入(shūrù)信號(hào)進(jìn)行不失真、放大。精品資料按信號(hào)(xìnhào)強(qiáng)弱分:小信號(hào)(xìnhào)放大器大信號(hào)放大器
按電路結(jié)構(gòu)分:直流放大器交流放大器(線性放大器、本章)(功率、非線性放大器)(DC、緩慢變化的。多用于集成電路)(多用于分立元件電路)1、放大器分類
按信號(hào)特征分:寬帶放大器音頻放大器視頻放大器脈沖放大器諧振放大器(放大語(yǔ)音信號(hào))A(放大圖像信號(hào))V(放大脈沖信號(hào))(放大高頻載波或已調(diào)制信號(hào))精品資料+-iBVBBiC-+VCCRBRL+-vBE+-vCE+-4.1.1放大(fàngdà)的原理與實(shí)質(zhì)(4-1-1)(4-1-2)(4-1-3)(4-1-4)放大的實(shí)質(zhì)(shízhì),一般有(4-1-5)輸入端:(4-1-6)4.1放大器的基本概念精品資料電源VCC提供(tígōng)的功率:三極管集電極上的功率(gōnglǜ):
負(fù)載電阻RL上的功率:(4-1-7)(4-1-8)輸出端:(4-1-9)(4-1-10)精品資料注意(zhùyì):放大器放大的實(shí)質(zhì):利用三極管的正向受控作用,將電源VCC提供的直流功率,部分(bùfen)地轉(zhuǎn)換為輸出功率。
電源VCC不僅要為三極管提供偏置,保證管子工作在放大區(qū),同時(shí)還是整個(gè)電路的能源。
電源提供的功率PD除了轉(zhuǎn)換成負(fù)載上有用的輸出功率PL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。精品資料就信號(hào)(xìnhào)而言,各種小信號(hào)(xìnhào)放大器均可統(tǒng)一表示為有源線性四端網(wǎng)絡(luò):4.1.2放大器的性能指標(biāo)有源線性四端網(wǎng)絡(luò)RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映(fǎnyìng)放大器性能的主要指標(biāo)有:增益A(4種)輸入電阻Ri、輸出電阻Ro、注意:輸入、輸出電阻為交流電阻。精品資料有源線性網(wǎng)絡(luò)中存在(cúnzài)的電抗性元件的容抗與電容值C有關(guān),大小為1/ωC如電容值C足夠小(極間P65、分布電容),呈現(xiàn)出很大的容抗(rónɡkànɡ)可忽略不計(jì),開路。P162:
如電容值C足夠大(耦合、旁路電容),就可認(rèn)為電容容抗可忽略不計(jì),作短路處理。精品資料
一、輸入電阻、輸出電阻對(duì)輸入信號(hào)源而言,放大器相當(dāng)于它的一個(gè)(yīɡè)負(fù)載,而這個(gè)等效負(fù)載電阻就是放大器輸入電阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定義Ri大小表示放大器對(duì)輸入(shūrù)信號(hào)源的獲取程度。左:Ri越大好,右:越小好。(4-1-11)
P164與參數(shù)、RL有關(guān)。1、輸入電阻Ri精品資料2、輸出電阻Ro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(kànzuò)它的信號(hào)源,該信號(hào)源內(nèi)阻即放大器輸出電阻Ro或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voio負(fù)載開路時(shí)vi或ii在電路輸出端產(chǎn)生的開路電壓。vot:負(fù)載短路時(shí)vi或ii在電路輸出端產(chǎn)生的短路電流。ion:(4-1-13)
定義1P164:與參數(shù)(cānshù)、RS有關(guān)。精品資料輸出電阻Ro計(jì)算(jìsuàn):RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框圖)iv+-放大器RS(Ro
的定義)令信號(hào)源為零(vs=0、is=0),保留(bǎoliú)受控源(共C有)。令負(fù)載RL開路,在輸出端外加v,則產(chǎn)生電流i。定義2:Ro大小反映放大器受負(fù)載電阻RL的影響程度。(4-1-12)
P164與參數(shù)、RS有關(guān)。精品資料P91戴維寧定理:Ro=,一端(yīduān)口中,全部獨(dú)立電源為零(vs=0、is=0),保留受控源后的等效輸入電阻。電路(diànlù),第五版,2006.3.P90,齊性定理:一端口中,無(wú)獨(dú)立電源,端口U與端口I成比例關(guān)系,且比值定義為端口等效電阻。
精品資料反映放大電路在輸入(shūrù)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。1、四種(sìzhǒnɡ)增益:其中常用分貝(dB)表示
二、增益A(放大倍數(shù))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。不同類型放大器輸入、輸出電量不同,故增益的含義不同。(4-1-14)
四種增益間可互相轉(zhuǎn)換。(4-1-16)(4-1-15)精品資料電壓(diànyā)放大器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo開路(kāilù)電壓增益:兩電壓增益關(guān)系:RO越小,RL對(duì)Av影響越小,與RL幾乎
大小無(wú)關(guān)。(4-1-18)
問:要想減小負(fù)載的影響,則希望…?2、負(fù)載開路電壓和短路的電流增益:精品資料電流(diànliú)放大器RoRLionioRSRiiSiii短路(duǎnlù)電流增益:兩電流增益關(guān)系:?jiǎn)枺阂霚p小負(fù)載的影響,則希望…?RO越大,RL對(duì)Ai影響越小,與RL幾乎
大小無(wú)關(guān)。(4-1-20)
精品資料RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo例1:電壓(diànyā)放大器精品資料源電流(diànliú)增益:Ri越小,RS對(duì)Ais影響(yǐngxiǎng)越小。例3:互導(dǎo)放大器互導(dǎo)增益:例4:互阻放大器互阻增益:(4-1-22)
問:要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減,則希望…?3、源增益:源電壓增益:(4-1-21)
問:要想減小衰減,則希望…?Ri越大,RS對(duì)Avs影響越小。精品資料P166:小信號(hào)放大器四種(sìzhǒnɡ)電路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo電壓放大器RoRLionioRSRiiSii電流放大器RSRivS+-+-vi互導(dǎo)放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器ii4、小結(jié)(xiǎojié)精品資料1、電壓(diànyā)放大器:Ri0、Ro、Ai大且不隨RL和信號(hào)源而變化(biànhuà)。2、電流放大器:Ri、Ro0、
Av大且不隨RL和信號(hào)源而變化。3、互導(dǎo)放大器:Ri、Ro、Ag大且不隨RL和信號(hào)源而變化。4、互阻放大器:Ri0、Ro0、Ar大且不隨RL和信號(hào)源而變化。4、小結(jié):理想放大器性能特點(diǎn)P166表4-1-1,對(duì)設(shè)計(jì)者的要求。精品資料三、頻率響應(yīng)(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)一般,放大器中含有電抗元件(L、C)。在正弦信號(hào)激勵(lì)下,不同頻率呈現(xiàn)不同的電抗。因而,放大器的增益(zēngyì)應(yīng)為頻率的復(fù)函數(shù):精品資料波特(bōtè)圖放大器幅頻特性曲線,兩個(gè)截止頻率間,頻率范圍從幾十Hz到幾千MHz,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。為縮短坐標(biāo),擴(kuò)大視野,頻率常采用對(duì)數(shù)(duìshù)刻度,放大倍數(shù)用對(duì)數(shù)(duìshù)20lg|AV|,相角總在0°~360°之間,仍用線性刻度。這樣描繪出的頻率特性曲線,稱為半(單)對(duì)數(shù)(duìshù)頻率特性曲線或波特圖。精品資料波特(bōtè)圖的組成對(duì)數(shù)(duìshù)幅頻特性橫軸lgf刻度縱軸(單位dB)對(duì)數(shù)相頻特性橫軸lgf刻度縱軸幅頻特性曲線:P167圖4-1-7精品資料0f/HzA(f)/dB0f/HzA(f)幅頻特性相頻特性(對(duì)數(shù)(duìshù)刻度)(對(duì)數(shù)(duìshù)刻度)(線性刻度)增益分貝值:1、通頻帶:對(duì)應(yīng)上限頻率fH
、及下限頻率fL。增益下降到時(shí),AIAI2fHfL(4-1-23)
(4-1-24)
-3dB精品資料衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)(xìnhào)的放大能力。下限(xiàxiàn)截止頻率上限截止頻率fbW=fH-fL實(shí)際的信號(hào)=多個(gè)正弦波的疊加。3dB頻率點(diǎn)(半功率點(diǎn))3dB頻率點(diǎn)(半功率點(diǎn))幅頻特性曲線:精品資料普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)2、頻率響應(yīng)(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)及帶寬(頻域指標(biāo))新問題(wèntí):如何避免頻率失真?中頻區(qū)高頻區(qū)低頻區(qū)信號(hào)的帶寬放大器的帶寬直流放大電路的幅頻響應(yīng)與此有何區(qū)別?
若輸入50kHz的正弦波是否會(huì)產(chǎn)生頻率失真?精品資料頻率特性的三個(gè)頻段(pínduàn):中頻段(pínduàn):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f
變化。特點(diǎn):原因:所有電抗影響均可忽略不計(jì)。高頻段:f>fH的區(qū)域。頻率增大,增益減小并產(chǎn)生附加相移。特點(diǎn):原因:極間、分布電容容抗分流不能視為開路。即極間、分布電容開路;耦合、旁路電容短路。低頻段:f<fL的區(qū)域。頻率減小,增益降低并產(chǎn)生附加相移。特點(diǎn):原因:耦、旁電容容抗分壓不能視為短路。精品資料放大器的失真,指輸出(shūchū)信號(hào)不能真實(shí)重現(xiàn)輸入信號(hào)波形的一種物理現(xiàn)象。失真(shīzhēn)類型線性失真非線性失真頻率失真瞬變失真幅度失真相位失真四、失真1、頻率失真分: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)通過放大器時(shí):精品資料幅度(fúdù)失真相位(xiàngwèi)失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
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,它和由三極管的非線性引起的失真不同。注意:線性失真不產(chǎn)生新的頻率成份。非=有一般,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。相位失真: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)不同增益精品資料相位失真:左右
對(duì)信號(hào)的不同頻率成分相移不同,產(chǎn)生的失真。輸入(shūrù)信號(hào)基波(jībō)二次諧波輸出信號(hào)基波AV=1二次諧波AV=2幅度失真:上下
對(duì)信號(hào)的不同頻率成分增益不同,產(chǎn)生的失真。精品資料指放大脈沖信號(hào)時(shí),電抗元件上的電壓或電流不能突變(tūbiàn)而引起的失真。如:輸入單位階躍電壓。2、瞬變失真(shīzhēn)RC+-vi-vo+vit10vot0.10.9trRC+-vi-vo+vit0vott1vot11
1
振蕩時(shí),最大過沖量msms∪s∪sVi=vR+vOVi=vC+vO精品資料3、非線性失真三極管的非線性特性產(chǎn)生的失真,有新的頻率(pínlǜ)成份。假設(shè)三極管基射間外加(wàijiā)電壓:則利用付氏級(jí)數(shù)展開得:非線性總失真系數(shù):(4-1-26)精品資料(1)非線性失真系數(shù)(xìshù)THD、DA1——輸出波形(bōxínɡ)中的基波幅值A(chǔ)2,A3,…——諧波幅值
(2)最大不失真輸出電壓Vom
當(dāng)輸入電壓再增大就會(huì)使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時(shí)的輸出電壓。用有效值Vom或峰峰值Vopp表示。Vopp=2Vom(3)最大輸出功率Pom與效率1.最大輸出功率Pom
2.效率
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