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第七章 放大电路基础 1第七章 晶体管基本放大电路1417.1 放大电路的组成1417.1.1 放大电路的组成原则1417.1.2 直流通路和交流通路1427.2 放大电路的静态分析1437.2.1 图解法确定静态工作点1437.2.2 解析法确定静态工作点1457.2.3 电路参数对静态工作点的影响1467.3 放大电路的动态分析1477.3.1 图解法分析动态特性1477.3.2 放大电路的非线性失真1497.3.3 三极管微变等效电路1517.3.4 三种基本组态放大电路的分析1547.4 静态工作点的稳定及其偏置电路163习 题170第七章 晶体管基本放大电路 171第七章 晶体管基本放大电路放大电路(amplifier)是可以将电信号(电压、电流)不失真地进行放大的电路。例如,将话筒传送出微弱的电压信号放大之后能使喇叭还原出比较大的声音;又例如,将传感器送出的微弱电信号放大以后经处理能够实现自动控制等等。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。表面是将信号的幅度由小增大,但是,放大的实质是能量转换,即由一个能量较小的输入信号控制直流电源,将直流电源的能量转换成与输入信号频率相同但幅度增大的交流能量输出,使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此,电路放大的基本特征是功率放大,即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流,有时兼而有之。一个放大电路一般是由多个单级放大电路组成。限于篇幅,本书只讨论基本的放大电路,负反馈放大电路和集成运算放大器,对于多级放大、放大电路的频率响应等内容请读者参考有关书籍。本章主要讨论基本放大电路。7.1 放大电路的组成通过控制三极管的基极电流来控制集电极的电流,放大电路正是利用三极管的这一特性组成放大电路。由于三极管有三种不同的接法,我们先以共发射极(common-emitter)电路为例说明放大电路的组成原则。7.1.1 放大电路的组成原则基本共发射极电路如图7-1所示。图中的T是NPN型三极管,担负放大作用,是整个电路的核心器件。放大电路组成原则是: + C2 + C1 + Rc T RL uo Rs Rb ui UCC +us UBB 图7-1 基本共射极放大电路(1)必须根据所用三极管的类型提供直流电源,以便设置合适的静态工作点,同时也为输出提供能量。直流电源的大小和极性应使三极管的发射结处于正向偏置;集电结处于反向偏置,使三极管工作在放大区。图7-1中Rb,UBB即保证了发射结正向偏置,同时也为T提供了合适的静态基极电流IB;Rc,UCC保证了集电结的反向偏置。(2)放大电路要对某一交流信号进行放大,故电路应保证被放大信号加至三极管的发射结,以控制三极管的基极电流;同时要保证放大后的信号能从电路中输出,Rc就是将被放大后的集电极电流ic转换为电压输出。(3)既要保证直流设置静态工作点,又要保证被放大的交流信号送到放大电路以及将放大后的信号输出。耦合电容(coupling capacitor)C1、C2的作用使交流信号可以通过;直流分量被隔离。图中Rs为信号源内阻,us为信号源电压。ui为放大器输入信号。C1一般选用容量大的电解电容,使其在输入信号频率范围内的容抗很小,可视为短路,所以输入信号几乎无损失地加在放大管的基极与发射极之间。电解电容是有极性的,使用时它的正极与电路的直流正极相连,不能接反。C2的作用与C1相似,使交流信号能顺利的传送到负载,同时将放大器与负载的直流分量隔离。RL是电路的负载。(4)图7-1中使用两个电源UBB和UCC,由于需多个电源,给使用带来不便,为此,只要电阻取值合适,就可以与单电源配合使三极管工作在合适的静态工作点,将Rb接至UCC即可,如图7-2(a)所示。习惯画法如图7-2(b)所示。判断一个晶体管放大电路是否正确,按上述原则进行。如用PNP三极管,则电源和电容C1、C2的极性均相反。 +UCC Rb Rc + C2 C1 + + Rs RL ui uo +us (b) + C2 + C1 + Rc RL uo Rs Rb ui +us UCC (a)图7-2 单电源共发射极放大电路7.1.2 直流通路和交流通路一般情况下,在放大电路中,直流量和交流信号总是共存的。在对放大电路进行分析时,一方面要了解放大电路的静态工作点是否合适,另一方面还要分析放大电路的一些动态参数。由于放大电路中会有电容、电感等电抗元件的存在,直流量所流经的通路和交流信号所流经的通路是不同的。1 直流通路(direct current path)在直流电源的作用下直流电流流经的通路称为直流通路,直流通路是用于研究放大电路静态工作点。对于直流通路,电容视为开路;电感视为短路;信号源为电压源视为短路,为电流源视为开路,但电源内阻保留。参见图7-3(a)2 交流通路(alternating current path)交流通路是在输入信号作用下交流信号流经的通路,交流通路是用来研究放大电路的动态参数。对于交流通路,容量大的电容视为短路;无内阻的直流电源视为短路。由于理想直流电源的内阻为零,交流电流在直流电源上产生的压降为零(直流电源对交 + Rc RL uo Rs + Rb us +UCC Rb Rc(a) 直流通路 (b) 交流通路 图7-3 基本共射极电路的交、直流通路流通路而言视为短路)。如图7-3(b)所示就是按此原则画出的交流通路。放大电路的分析,包含两个部分:直流分析。又称静态分析,主要求出电路的直流工作状态(即确定放大电路的工作状态)。目的确定三极管工作在放大区的中间。交流分析。又称动态分析,主要求出放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标,这些指标是设计放大电路的目的。7.2 放大电路的静态分析放大电路的核心器件是具有放大作用的三极管。要保证三极管工作在放大区,使信号得到不失真地放大,其直流工作状态有一定的要求,即保证发射结正向偏置、集电结反向偏置。如何根据放大电路计算出直流工作状态,或者说如何改变电路的参数保证三极管工作在放大区,是本节讨论的主要问题。直流工作点(又称静态工作点quiescent point),简称Q点。它既可以通过解析的方法求出,也可以通过作图的方法求出。图解法形象直观,是对放大电路进行定性分析,有助于理解放大电路;解析法逻辑清晰,是对放大电路进行定量分析,可以得到放大电路的具体参数。7.2.1 图解法确定静态工作点三极管电流、电压关系可用其输入特性(input characteristics)和输出特性(output characteristics)曲线来表示。图解法(graphical method)就是在特性曲线上直接用作图的方法来确定静态工作点。将图7-3(a)直流通路改画成图7-4(a),由图a、b两端向左看,其iCuCE关系由三极管的输出特性曲线确定,如图7-4(b)所示。由图a、b两端向右看,电流iC与uCE关系由回路的电压方程表示: uCE与iC是线性关系,线性方程只需要确定两点即可:令iC=0,uCE=UCC,得M点;令uCE=0,,iC=UCC/Rc,得N点。将M、N两点连接起来,即得一条直线,称为直流负载线(direct load line),因为它反映了直流电流、电压与 iC iB5UCC/Rc N iB4 iB3 Q iB2 iB1 iB0 0 M uCE UCEQ UCC (d) iC iB5 iB4 iB3 iB2 iB1 iB0 0 uCE (b) iC UCC/Rc N 直流负载线 M 0 UCC uCE (c) a Rc UCC b(a)图7-4 静态工作点的图解法IBQ负载电阻Rc的关系。由于在同一回路中只有一个iC值和uCE值,那么,iC、uCE既要满足图7-4(b)所示的输出特性,又要满足图7-4(c)所示的直流负载线,所以电路的直流工作状态必然是IB=IBQ的特性曲线和直流负载线的交点,只要知道IBQ就可以知道直流负载与三极管的哪一条特性曲线相交,IBQ一般可以通过直流通道基极回路求出,Q点的确定如图7-4(d)所示。由上述可知图解法求Q点的步骤:(1)在输出特性曲线所在的坐标中,按直流负载线方程uCE=UCCiCRc,作出直流负载线。(2)由基极回路求出IBQ。(3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线,与直流负载线的交点即为Q点,读出Q点坐标的电流、电压的值即为所求。例7-1 图7-5(a)电路,已知Rb=280k,Rc=3k,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图7-5(b)所示,试用图解法确定静态工作点。解:首先写出直流负载方程,并作出直流负载线: uCE=UCCiCRciC=0,uCE=12V;uCE=0V,iC=UCC/Rc=12/3=4mA连接这两点,即得直流负载线。然后由基极输入回路,计算IBQ +UCC Rb Rcui RL Uo (a)图7-5 例7-1电路图80mA60mA40mA20mA0 2 4 6 8 10 12 uCE/V(b)ic/mA 4 32 1Q 直流负载线与iB=IBQ=40A这条特性曲线的交点,即Q点,从图上查出IBQ=40A时,ICQ=2mA,UCEQ=6V。7.2.2 解析法确定静态工作点解析法确定静态工作点,通常是求出基极直流电流IB、集电极直流电流IC和集电极与发射极间的直流电压UCE。根据所求的参数可以确定三极管放大电路静态工作点是否合适。计算这些参数是根据放大电路的直流通路。如图7-3(a)所示,首先可求出基极回路静态时的基极电流IBQ: (7-1)由于三极管导通时,UBE变化很小,可视为常数,一般 (7-2)当UCC、Rb已知,则由(7-1)式可求出IBQ。根据三极管各极的电流关系,可求出静态工作点的集电极电流ICQ。 (7-3)再根据集电极输出回路可求出UCEQ (7-4)至此,静态工作点的电流、电压都已估算出来。通常当UCEQ=(1/2)UCC可以大致认为静态工作点较为合适(请思考为什么?)。 例7-2 估算7-2放大电路的静态工作点。设UCC=12V,Rc=3k,Rb=280k,=50。解:根据公式(7-1)、(7-3)、(7-4)得 7.2.3 电路参数对静态工作点的影响静态工作点的位置对放大电路的性能十分重要,它对放大电路的性能有很大影响,而静态工作点与电路参数有关。下面分析电路参数Rb、Rc、UCC对静态工作点的影响,为调试电路给出理论指导。7.2.3.1 Rb对Q点的影响为明确元件参数对Q点的影响,当我们讨论Rb的影响时,假设Rc和UCC不变。 iCN UCC2UCC Q Q2 IBQ Q1 UCC1UCC uCE0 M (c) UCC变化对Q点的影响 iCN Q2 Rb2Rb Q1 IBQ1 uCE0 M (a) Rb变化对Q点的影响 iCN RcRc2 Q1 Q Q2 IBQ RcRc1 uCE0 M (b) Rc变化对Q点的影响图7-6 电路参数对Q点的影响Rb变化,仅对IBQ有影响,而对负载线无影响。如Rb增大,IBQ减小,工作点沿直流负载线下移;如Rb减小,IBQ增大,则工作点沿直流负载线上移,如图7-6(a)所示。7.2.3.2 Rc对Q点的影响Rc的变化(假定IBQ不变),仅改变直流负载线的N点,即改变直流负载线的斜率。Rc减小,N点上升,直流负载线变陡,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线右移,如图7-6(b)中Q2点。Rc增大,N点下降,直流负载线变平坦,工作点沿iB=IBQ这一条特性曲线左移,如图7-6(b)中Q1点。7.2.3.3 UCC对Q点的影响UCC的变化不仅影响IBQ,还影响直流负载线,因此,UCC对Q点的影响较复杂。UCC上升,IBQ增大,同时直流负载线M点和N点同时增大,故直流负载线平行上移,所以工作点向右上方移动。UCC下降,IBQ下降,同时直流负载线平行下移,所以工作点向左下方移动。如图7-6(c)所示。实际调试中,主要通过改变电阻Rb来改变静态工作点,而很少通过改变UCC来改变工作点。7.3 放大电路的动态分析这一节讨论当在放大电路上加交流输入信号ui时电路的工作情况。由于加进了交流输入信号,输入电流iB是随ui变化,三极管的工作状态将来回移动。故将加入交流输入信号后的状态称之为动态,对加入交流信号后的放大电路分析称为放大电路动态分析。7.3.1 图解法分析动态特性通过图解法,可以画出对应输入波形时的输出电流和输出电压波形。由于交流信号的加入,此时应按交流通路来考虑。如图7-3(b)所示,交流负载RL=Ro/RL。在交流信号作用下,三极管工作状态的移动不再沿着直流负载线,而是按交流负载线(alternating load line)移动。因此,分析交流信号前,应先画出交流负载线。7.3.1.1 交流负载线的作法交流负载线具有如下两个特点:交流负载线必然通过静态工作点。因为当输入信号ui的瞬时值为零时(相当于无信号加入),若忽略电容C1和C2的影响,则电路状态和静态相同。 iC 4 N 80A 交流负载线 3 60A 2 Q 40A 1 20A 0 M uCE 2 4 6 8 10 12 辅助线 UCEQ UCC UCC 图7-8 例7-3交流负载线作出 iC 交流负载线 N Q 直流负载线 I M uCE 0 U UCEQ UCC UCC 图7-7 交流负载线的作出另一个特点是交流负载线的斜率由RL表示。因此,按上述两个特点可作出交流负载线,即过Q点,作一条的直线,就是交流负载线。具体作法如下:首先做一条的辅助线(此线的条数无限多),然后过Q点作一条平行于辅助线的线即为交流负载线,如图7-7所示。由RL=Rc/RL,所以RLRc,故一般情况下,交流负载线比直流负载线更陡。交流负载线也可以通过求出在uCE坐标的截距,把两点相连即可。由图7-7可看出UCC=UCEQ+ICQRL (7-5)连接Q点和UCC即为交流负载线。例7-3 作出图7-5(a)的交流负载线。已知三极管特性曲线如图7-5(b)所示,UCC=12V,Rc=3k,RL=3k,Rb=280k。解:首先作出直流负载线,求出Q点,如例7-2所示。为了方便作交流负载线将图7-5(b)重画于图7-8。tui/mV 0tuBE/mVUBEQ 0iB/At604020 0iC/mAt3210uCE/Vt7.56.04.5 0图7-9 共发射极放大各极电流、电压波形RL=Rc/RL=1.5k作一条辅助线,使其 取U=6V,得I=4mA,连接该两点即为交流负载线的辅助线,过Q点作辅助线的平行线,即为交流负载线。可看出UCC=9V,与一致。7.3.1.2 交流波形的画出为了便于理解,代入具体的数值进行分析。仍以例7-3为例,设输入加交流信号电压为ui=Umsint,则基极电流将在IBQ上叠加进ib,即iB=IBQ+Ibmsint,若电路使Ibm=20A,则 iB=40A+20sint (A)从图7-8可以读出相应的集电极电流iC和电压uCE值。列于表7-1,画出波形如图7-9所示。表7-1t02iB/A4060402040iC/mA23212uCE/V64.567.56由以上可看出,在放大电路中,三极管的输入电压uBE、电流iB,输出端的电压uCE、电流iC均含直流和交流分量。交流分量是由信号ui引起的,是我们感兴趣的部分。直流分量是保证三极管工作在放大区不可少的部分。在输入端,直流成份上叠加交流成份,然后进行放大;在输出端,用电容将直流部分隔离,取出经过放大后的交流分量。它们的关系为uBE=UBEQ+ube=UBEQ+UbemsintiB=IBQ+ib=IBQ+IbmsintiC=ICQ+ic=ICQ+IcmsintuCE=UCEQ+uce=UCEQ+Ucemsint由图7-9可以看出,基极、集电极电流和电压的交流分量保持一定的相位关系。ic、ib和ube三者相位相同;uce与它们相位相反。即输出电压与输入电压相位是相反的。这是共发射极放大电路的特征。7.3.2 放大电路的非线性失真 iC ib ic Q IBQ 0 uCE uce iB ibIB Q0 uBE ui(a)因输入特性弯曲引起的失真 (b) 输出曲线簇上疏下密引起的失真图7-10 三极管特性非线性引起的失真对于放大电路,应使输出电压尽可能地大,但它受到三极管非线性的限制。当信号过大或者工作点不合适时,输出电压波形将产生失真。由三极管的非线性引起的失真称为非线性失真。图解法可以清楚地在特性曲线上观察波形的失真情况。7.3.2.1 由三极管特性曲线非线性引起的失真主要表现在输入特性曲线的起始弯曲部分、输出特性的间距不均匀或者当输入信号比较大时,将使ib、uce、ic正负半周不对称,都会产生非线性失真,如图7-10所示。7.3.2.2 静态工作点不合适引起的失真当工作点设置过低,在输入信号的负半周,工作状态进入截止区,因而引起ib、ic和uce的波形失真,称为截止失真。由图7-11(a)可看出,对于NPN三极管共发射极放大电路,截止失真时,输出电压uCE的波形出现顶部失真。如果工作点设置过高,在输入信号的正半周,工作状态进入饱和区,此时,当ib增大时ic几乎不随之增大,因此引起ic和uce产生波形失真,称之为饱和失真。由图7-11(b)可看出,对于NPN三极管共发射极放大电路,当产生饱和失真时,输出电压uCE的波形出现底部失真。若放大电路采用PNP三极管,波形失真正好相反。截止失真导致uCE底部失真;饱和失真引起uCE顶部失真。图7-11 静态工作点不合适产生的非线性失真 iC 交流负载线ic ib0 t 0 uCE 0 uce t (a) 截止失真 iC 交流负载线ic ib 0 t 0 uCE 0 uce t (b) 饱和失真正由于上述原因,对放大电路而言就存在着最大不失真输出电压值Umax或峰峰电压值Up-p。图7-12 最大不失真输出电压iC/mA 交流负载线 Q 直流负载线UCES uCE/V Ucem ICQRL 最大不失真输出波形 失真输出波形最大不失真输出电压是指:当工作状态已定的前提下,逐步增大输入信号,三极管的状态尚未进入截止和饱和时,输出所能获得的最大输出电压。如ui增大时,首先进入饱和区,则最大不失真输出电压受饱和区限制,设三极管的饱和电压为UCES(通常UCES(UCEQ-UCES),所以Ucem=(UCEQ-UCES)。关于用图解法分析动态特性的步骤,可归纳如下:(1)首先作出直流负载线,求出静态工作点Q。(2)作出交流负载线。根据要求从交流负载线画出电流、电压波形,或求出最大不失真输出电压值。用图解法分析动态特性,可直观地反映输入电流与输出电流、电压的波形关系。形象地反映了工作点不合适引起的非线性失真,但图解法有它的局限性,信号很小时,作图很难准确。对于非电阻性负载或工作频率较高,需要考虑三极管的电容效应以及分析负反馈放大器和多级放大器时,采用图解法就会遇到无法克服的困难。而且图解法不能确定放大器的输入、输出电阻和频率特性等参数。因此,图解法一般适用于分析输出幅度比较大而工作频率又不太高的情况。对于信号幅度较小和信号频率较高的放大器,常采用微变等效电路(equivalent circuit)法进行分析。7.3.3 三极管微变等效电路微变等效电路分析法的基本思想是:当信号变化的范围很小(微变)时,可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系基本上是线性的,即在一个很小的范围内,三极管的输入特性、输出特性均可近似地看作一段直线。因此,就可给三极管建立一个小信号的线性等效模型,这个模型就是三极管微变等效电路。利用微变等效电路,可以将含有非线性元件(三极管)的放大电路转化为线性电路,然后,就可以利用电路分析中各种分析电路的方法来求解电路。7.3.3.1 三极管的h参数微变等效电路下面我们给出三极管的h参数微变等效电路。当三极管处于共发射极时,输入回路和输出回路各变量之间关系由如下形式表示: 输入特性:uBE=f(iB,uCE) (7-6) 输出特性:iC=f(iB,uCE) (7-7)式中iB、iC、uBE、uCE代表各电量总瞬时值,为直流分量和交流分量之和,即iB=IBQ+ib,uBE=UBE+ube,iC=ICQ+ic,uCE=UCEQ+uce。将上式用全微分形式表达则有 (7-8) (7-9)令 (7-10) (7-11) (7-12) (7-13)则可将(7-8)、(7-9)式改写为 duBE=h11diB+h12duCE (7-14) diC=h21diB+h22duCE (7-15)前面指出iB=IBQ+ib,而diB代表其变化量,故diB=ib。同理duBE=ube,diC=ic,duCE=uce。ubeuce b c+ + ib ic h11 + 1/h22 h12uce h21ib e 图7-13 完整的h参数等效电路则(7-14)和(7-15)式可改写成 (7-16) (7-17)根据(7-16)和(7-17)式画出三极管的微变等效电路,如图7-13所示。7.3.3.2 h参数的意义和求法图7-14 从特性曲线上求出h参数 uCE uCE=常数 Q iB0 uBE uBE uCE uCEIB=常数 Q 0 uBE uBE iC IB=常数iC 0 uCE UCE iC iC iB 0 uCE UCE=常数三极管输出端交流短路(因为UCEQ=常数,uce=0)时的输入电阻。单位为欧姆,常用rbe表示。三极管输入端交流开路(因为IBQ=常数,ib=0)时的电压反馈系数。无量纲,常用r表示。三极管输出交流短路时的电流放大系数。无量纲,常用表示。三极管输入端交流开路时的输出导纳。单位西门子,常用1/rce表示。它们均可以从特性曲线上求出,如图7-14所示。由于h12、h22是uCE变化通过基区宽度变化对uBE及ic产生影响。这个影响一般很小,所以可以忽略不计。这样,式(7-16)和式(7-17)又可简化为 (7-18) (7-19)ubeuce b c+ + rbe e 图7-15 简化等效电路若用有效值代替各变化量,三极管的微变等效电路就可以简化为图7-15。今后分析放大电路一般均用此简化后的三极管等效电路。需要指出的是:(1)“等效”指的是只对微变量(交流)的等效。三极管外部的直流电源应视为零直流电压源短路、直流电流源开路;外电路与微变量(交流)有关部分应全部保留。但这并不意味着h参数的数值与直流分量无关,恰恰相反,h参数的数值与特性曲线上Q点位置有着密切的关系。不过只要把动态运用范围限制在特性曲线的线性范围内,h参数近似保持常数。(2)等效电路中的电流源ib为一受控电流源,它的数值和方向都取决于基极电流ib,不能随意改动。ib的正方向可以任意假设,但一旦假设好之后,ib的方向就一定了。如果假设ib的方向为流入基极,则ib的方向必定从集电极流向发射极;反之,如果假设ib的方向为流出基极,则ib的方向必定从发射极流向集电极。无论电路如何变化,支路如何移动,上述方向必须严格保持。(3)这种微变等效电路只适合工作频率在低频、小信号状态下的三极管等效。低频通常是指频率低于几百千赫。在大信号工作时,不能用上述h参数等效电路来等效。b b c rbb re e (b) 输入等效电路图7-16 rbe估算等效电路 c rcb rbb b re e (a) 内部结构示意图简化后的三极管微变等效电路如图7-15所示。值通常可以通过查手册或测试得到,但rbe如何计算呢?画出三极管内部结构示意图,如图7-16(a)所示,基极与发射极之间由三部分组成:基区体电阻rbb,对于低频小功率管rbb约为300,高频小功率管约为几十到一百欧。re为发射区体电阻,由于发射极重掺杂,故re数值很小,一般可忽略不计。re为发射结电阻,则输入等效电路如图7-16(b)所示。由输入等效电路,可以写出又则故其中re是发射结的动态电阻,由二极管的解析表达式(6-1)以及发射结正向偏置(对于硅管u0.7V)和常温情况下UT26mV可知:当用Q点切线代替Q点附近的曲线时则 rbb对于小功率管而言约为100300左右,通常在分析时取300,所以 (7-20)7.3.4 三种基本组态放大电路的分析用微变等效电路对放大电路的动态特性进行分析。三极管有三种不同的接法,故放大电路也有三种基本组态,各种实际的放大电路都是由这三种基本放大电路的变形和组合而构成的。一个放大电路的性能怎样,都是通过性能指标来描述的。我们先介绍描述放大电路常用的一些性能指标。7.3.4.1 放大电路的性能指标(1)电压放大倍数(amplification)Au。电压放大倍数是衡量放大电路电压放大能力的指标。它定义为输出电压的幅值与输入电压幅值之比,也称为增益(gain)。 (7-21)此外,有时也定义源电压放大倍数 (7-22)它表示输出电压与信号源电压之比。显然,当信号源内阻Rs=0时,Aus=Au,Aus就是考虑了信号源内阻Rs影响时的电压放大倍数。(2)电流放大倍数Ai。Ai定义为输出电流与输入电流之比,即 (7-23)Ai越大表明电流放大能力越好。 ro RL + Uo 图7-17 戴维南等效电路(3)输入电阻(input resistance)ri。放大电路由信号源来提供输入信号,当放大电路与信号源相连时,就要从信号源索取电流。取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度,所以,输入电阻是衡量放大电路对信号源的影响的指标。当信号频率不高时,不考虑电抗的效应,则 (7-24)对于多级放大电路,本级的输入电阻又构成前级的负载,表明了本级对前级的影响。对于输入电阻的要求视具体情况而不同。进行电压放大时,希望输入电阻要高;进行电流放大时,又希望输入电阻要低;有的时候又要求阻抗匹配,希望输入电阻为某一特殊数值,如50、75、300等。(4)输出电阻(output resistance)ro。从放大电路输出端看进去的等效电阻称为输出电阻。由微变等效电路求ro的方法,一般是将输入电压信号源短路(或电流信号源开路),注意应保留信号源内阻Rs。然后在输出端外接一电压源U2(即用含受控源的戴维南等效电路法),并计算出该电源供给的电流I2,则输出电阻由下式算出: (7-25)输出电阻的高低表明了放大器所能带负载的能力。ro越小表明带负载能力越强。实际中也可以通过实验的方法测得ro(戴维南定理),测量出ro后,放大电路可以等效为图7-17中虚线部分。(5)通频带(bandwidth)fbw。通频带是用于衡量放大电路对不同信号的放大能力。由于放大电路中电容、电感和半导体器件结电容等电抗元件的存在,在输入信号频率较低或较高时,放大倍数的数值会下降并产生相位移动。一般情况下,放大电路只适用于某一特定频率范围内的信号。图7.18所示为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线,称为幅频特性曲线,图中为中频放大倍数。在信号频率下降到一定程度时,放大倍数的数值明显下降,使放大倍数的数值等于0.707的频率称为下限截止频率fL。信号频率上升到一定程度,放大倍数的数值也将减小,使放大倍数的数值等于0.707的频率称为上限截止频率fH。f小于fL的部分称为放大电路的低频段,f小于fH的部分称为放大电路的高频段,而fL与fH之间形成的频带称为中频段,也称为放大电路的通频带fbw。 (7-26)中频段(通频段)低频段高频段fLfHf|A|Am|0.707|Am|0图7-18 放大电路频率指标通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。当频率趋近于零或无穷大时,放大倍数的数值趋近于零。对于扩音机,其通频带应宽于音频(20Hz20kHz)范围,才能完全不失真地放大声音信号。在实用电路中有时也希望频带尽可能窄,比如选频放大
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