多级放大器和负反馈放大器

1、第4章多级放大器和负反馈放大器教学重点1了解多级放大器级间耦合方式、放大倍数及频率特性。2掌握反馈的概念和负反馈放大器的分类。3了解闭环放大倍数的一般表达式及反馈深度的概念。4了解负反馈对放大电路性能的影响。5掌握射极输出器的特点。教学难点1 多级放大器的放大倍数。2 负反馈放大器反馈类型的判断。3 射极输出器的特点。学时分配序号内容学时14.1多级放大器224.2负反馈放大器634.3三种组态电路的比较24实验五两级阻容耦合放大器25实验六负反馈放大电路26本章小结与习题7本章总学时144.1多级放大器Vi经过多次放大的电路。多级放大器：把多个单级放大电路串接起来，使输入信号如图所示。特点：

2、电压放大倍数高，通频带窄。p-1第1喷+ %ft我> aw AJTB rvn f iU-d图多级放大器的框图放大器的级间耦合方式级间耦合：放大器级与级之间的连接，其方式有三种。如图所示。图阻容耦合两级放大电路图多级放大器的三种耦合方式1 阻容耦合：级间通过电容 C2和基极电阻 R,(&12&22)连接。如图4.1.2(a)所示。由于电容C2的“隔直通交”作用，使各级静态工作点独立；交流信号顺利通过C2输送到下一级。2 变压器耦合：级间通过变压器 T1连接。如图4.1.2(b)所示。由于T1初次级之间具有“隔直通交”的性能，使各级静态工作点独立，而交流信号通过T1互感耦合顺

3、利输送到下一级。3直接耦合：级间通过导线(或电阻)直接连接。如图4.1.2(c)所示。前级输出信号直接输送到下一级；但各级静态工作点相互影响。对耦合方式的基本要求：一、信号传输无损失；二、静态工作点正常；三、信号失真小，传输效率高。阻容耦合多级放大器一、阻容耦合多级放大器的放大倍数两级阻容耦合放大器如图4.1.3(a)所示，对应的交流通路如图4.1.3(b)。设R / RRb11 Rb21rb11b21b1Rb11 电21 Rb12 Rb22Rb12Rb22 一 Rb2Rb12 Rb22仃1Rb1 rbe1Rb1rbe1Rb1rbe1第一级的输入电阻为第二级的输入电阻为ri2Rb2rbe2.r

4、be2Rb2 rbe2Rb2rbe2第一级交流负载Rli为Rc1r i2RL1Rc1i2第二级交流负载RL2为Rl2Rc2Rl由放大倍数的定义得因为所以第一级电压放大倍数第二级电压放大倍数两级电压放大倍数应为代2Rl22be2AvVolVo2Vi2Vi1Vi2 Vi1Vi2Vo1RL11be1Av得结论：两级放大器的电压放大倍数同理，n级放大器的放大倍数为Av(4.1.1)(4.1.2)虫仏Av2代1Vi2 Vi1AAv1 Av2A等于单级电压放大倍数A1与A2的乘积。Av1A 2 Av3Avn(4.1.3)(4.1.4)注意，分析多级放大器的放大倍数时要考虑后级对前级的影响。即把后级的输入电

5、 阻作为前级负载来考虑。例4.1.1 图4.1.3(a)两级阻容耦合放大器中，按给定的参数，并设两管的12 40，rbe1 1.3 k ，rbe2 1 k ，试估算：(1)各级的电压放大倍数；(2)总的电压放大倍数。解(1)先估算有关参数ri2Rb12 Rb22 be21k10 1Rl1Rc1 巾k0.91k10 1RL2Rc2 / Rl1.25k(2)估算各级电压放大倍数rL10.91kAv140 -28be11.3 krL21.25 kAv224050rbe21 k(3)总的电压放大倍数A Av AV2( 28) ( 50)1400例4.1.2某多级放大器其各级电压增益为：第一级是20 d

6、B、第二级是30 dB、第三级为35 dB，求该放大器总的电压增益是多少分贝？解 该多级放大器总电压增益应为各级电压增益之和。Gv (203035)dB 85 d B例4.1.3有一收音机，其各级功率增益为：天线输入级3dB、变频级20 dB、第一中放级 30 dB、第二中放级 35 dB、检波级 10 dB、末前级40 dB、功放级20 dB , 求收音机的总功率增益。解总功率增益为各级功率增益之和。GP( 3 20 30 35 10 40 20)d B 132 dB二、阻容耦合放大器的频率特性动画阻容耦合放大器的频率特性1 放大器的频率特性理想放大器：对于不同频率的信号具有相同的放大倍数。

7、实际放大器：对不同频率的信号，放大倍数不一样。频率特性：放大器的放大倍数与频率之间的关系，又叫频率响应。 单级放大器频响曲线如图所示。可分为三个频段：(1) 中频段信号频率在fL和齐之间，放大倍数&:1 J：'.-.-Jdtt fi.707基本不随信号频率而变化。:二乙工二J sir -A中频放大倍数| Avo | :中频段的放大倍数。上限频率fH和下限频率fL :|Av|下降到0.707|Avo 时所对应的两个频率。图放大器的频率响应曲线申据敵 斶何I 何曲刑t*人器抽訥轴宮 图4.1.5两级放大器的通通频带BW： BWfHfL(2) 低频段信号频率小于f L ,放大倍数随频

8、率下降而减小。在低频段，放大倍数下降的主要原因是耦合电容和 射极旁路电容的容抗增大、分压作用增大。(3) 高频段信号频率大于fH，放大倍数随频率升高而减小。在高频段，放大倍数下降的主要原因是晶体管结电 容的容抗减小、分流作用增大；另外，随频率升高值降低。2.多级放大器的频率特性两级放大器的通频带如图所示。两级放大器中频段的电压放大倍数为在fL和fH处总电压放大倍数为11-Avo1 Avo20.5Avo1 Avo2 2 , 20.5Av°可见，两级放大器的fL和fH两点间的频率范围比fL和fH两点间的频率范围缩小了，如图4.1.5(c)所示。结论，多级放大器的放大倍数提高了，但通频带比

9、每个单级放大器的通频带窄。级 数越多，通频带越窄。4.2负反馈放大器反馈及其分类动画负反馈类型的判别反馈：把放大器输出端或输出回路的输出信号通过反馈电路送到输入端或输入回路，与输入信号一起控制放大器的过程。反馈电路：由电阻或电容等元件组成。如图所示。图中Vi为输入信号，vo为输出 信号，vf为反馈信号。反馈的分类及判别方法：一、正反馈和负反馈正反馈：反馈信号起到增强输入信号的作用。判断方法：若反馈信号与输入信号同相，则为正反馈。 负反馈：反馈信号起到削弱输入信号的作用。判断方法：若反馈信号与输入信号反相，则为负反馈。轴M 4 - WrJM. A冷丹冲 1*!rH逋迪路P图反馈放大器框图二、电压

10、反馈和电流反馈电压反馈：如图4.2.2(a)所示，反馈信号与输出电压成正比。 判断方法：把输出端短路，如果反馈信号为零，则为电压反馈。电流反馈：如图4.2.2(b)所示，反馈信号与输出电流成正比。 判断方法：把输出端短路，如果反馈信号不为零，则为电流反馈。A- 十放人騒A 1Ailk 'i -'=5图串联反馈和并联反馈框图图4.2.2电压反馈和电流反馈框图三、串联反馈和并联反馈串联反馈：如图4.2.3(a)所示，净输入电压由输入信号和反馈信号串联而成。判断方法：把输入端短路，如果反馈信号不为零，则为串联反馈。并联反馈：如图4.2.3（b）所示，净输入电流由反馈电流与输入电流并联

11、而成。判断方法：把输入端短路，如果反馈信号为零，则为并联反馈。例4.2.1判别图4.2.4（a）和（b）电路中反馈元件引进的是何种反馈类型。解（1）电压反馈和电流反馈的判别当输出端分别短路后，图（a）中Vf消失，而图（b）中，管子 V的iE2不消失，即vf不 等于零，所以图（a）是电压反馈，图（b）是电流反馈。（2）串联反馈和并联反馈的判别当输入端分别短路后，图（a）中Vf不消失，图（b）中的vf消失，所以图（a）是串联反 馈，图（b）是并联反馈。（3）正反馈和负反馈的判别采用信号瞬时极性法判别，设某一瞬时，输入信号Vi极性为正“ ”，并标注在输入端晶体管基极上，然后根据放大器的信号正向传输方

12、向和反馈电路的信号反向传输方向， 在晶体管的发射极、 基极和集电极各点标注同一瞬时的信号的极性。可见，图（a）中反馈到输入回路的Vf的极性是“ +”，与输入电压Vi反相，削弱了 Vi的作用，所以是负反馈； 而图（b）中，反馈到输入端的if极性是“ ”，它削弱了 Vi的作用，所以也是负反馈。负反馈对放大器性能的改善一、提高了放大倍数的稳定性以图电压串联负反馈电路为例作简要说明。由图可知,反馈电压VfR2(4.2.1)反馈系数设Av 放大器无反馈时的放大倍数;Vi 净输入电压；、加入负反馈后的放大倍数，则因为所以于是有AvfVO ； A %ViVivi vi' vf ； v Fv。 FAv

13、"vi' FAv"1Av1 FAvviA 代' vf (1 FAv)WAvf即可见，Av是Avf的(1 FAv)倍，(1 FAv)愈大,(1 FAv):放大器的反馈深度。如果负反馈很深，即AvAvAvAvf比Av就愈小。(1 FAv)1 时，则1F可见，在深度负反馈条件下， 反馈放大器的放大倍数Af 1 FAv FAvAvf仅取决于反馈系数Av无关。当晶体管参数、电源电压、环境温度及元件参数发生变化时，负反馈放大器的 放大倍数受其影响很小，基本不变，从而使放大倍数稳定性获得了提高。结论：负反馈使放大器放大倍数减小(1 FAv)倍；在深度负反馈条件下负反馈放大

14、器的放大倍 数很稳定。二、改善了放大器的频率特性 由图426可见，无反馈时，中频段的电压放大倍数为|Av° ,其上、下限频率分别为 fH和fL。 加入负反馈后，中频段的电压放大倍数下降到Avo。而高频段和低频段由于原放大倍数较小其反馈量相对于中频段要小，因此放大倍 数的下降量相对中频段要少，使放大器的频率特性变得平坦。即通频带展宽了，使放大 器的频率特性得到改善。三、减小了放大器的波形失真 动画负反馈对放大器波形的改善在图427中。设无反馈时，输入信 号vi为正弦波(A半周与B半周一样 大)，由于晶体管特性曲线的非线性，放大器输出信号 vo发生了失真，出现了 A 半周大、B半周小的波

15、形。加入负反馈 后，反馈信号vf与输入信号vi进行叠加 产生一个A半周小、B半周大的预失真 信号vi，再经放大器放大，由于放大器对0.707II.7U7(423)F ,而与无負廉诩的e 義率賛性有慎咬镇的 網尹奂频率特性图426负反馈对频响的改善LSS A图427负反馈改善波形失真半周放大能力较大， 从而使输出信号 vo中A半周与B半周的差异缩小了，因此放大器的输出波形得到了改善。四、改变了放大器的输入电阻、输出电阻放大器引入负反馈后，输入电阻的改变取决于反馈电路与输入端的联接方式；输出电阻的改变取决于反馈量的性质。1输入电阻的改变对于串联负反馈，在输入电压 V不变时，反馈电压 Vf削减了输入

16、电压 Vi对输入回路 的作用，使净输入电压 Vi减小，致使输入电流ii减小，相当于输入电阻增大。即串联负 反馈增大输入电阻。对于并联负反馈，在输入电压w不变时，反馈电流if的分流作用致使输入电流 ii增加，相当于输入电阻减小。即并联负反馈减小输入电阻。2. 输出电阻的改变电压负反馈维持输出电压不受负载电阻变动的影响而趋于恒定，说明输出电阻比无 反馈时输出电阻要小；而电流负反馈维持输出电流不受负载电阻变动的影响而趋于恒定， 说明输出电阻比无反馈时输出电阻要大。即电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使 输出电阻增大。结论，放大器引入负反馈后，使放大倍数下降；但提高了放大倍数的稳定性；扩展 了通频带

17、；减小了非线性失真；改变了输入、输出电阻。423射极输出器一、反馈类型电路如图428所示。其反馈信号 Vf取自发射极，若输出端短路，则vf 0,所以是电压反馈。用瞬时极性法判别，可得Vb和ve （即vf）极性相同，反馈信号削弱了输入信号的作用，所以是负反馈。在输入回路中Vi Vbe Vf，所以是串联反馈。综合看来，电路的反馈类型为电压串联负反馈放大器。由于信号是从晶体管基极输入、发射极输出，集电极作为输入、输出公共端，故为共集电极电路，又称为射极输出器。图428 射极输出器图429 交流通路二、性能分析交流通路如图429所示。1电压放大倍数由图429可知，Vbe 般很小，则V。Vi于是电压放大

18、倍数为Av Vo 1Vi(424)1,而且输可见，射极输出器的输出电压近似等于输入电压，电压放大倍数约等于 出电压的相位与输入电压相同，故又称射极跟随器。2.输入电阻和输出电阻(1)输入电阻 设Rl RJ/R，忽略Rb的分流作用，则输入电阻为viibrbeieRLri-lblbi brbe (1)i bRLibrbe (1) Rl由于rbe(1)Rl,于是rRl,如果考虑Ro的分流作用，则实际的输入电阻为rR_Rb(4.2.6)由此可见，与共射极放大电路相比，射极输出器的输入电阻高得多。为了充分利用输入电阻高的特点，射极输出器一般不采用分压式偏置电路。(2)输出电阻电路如图4210所示，设 V

19、s 0,令Rs RsRb，不 计Re，则输出端外加交流电压Vo产生的电流ie为ieib ib ib(1(1 )be于是得该支路的输出电阻为Vo r。rbeRs图分析ro示意图1考虑Re时，射极输出器的输出电阻为ier。/ Re/Re(4.2.7)如果信号源内阻很小Rs0，则艮0 ；若 Rerbe01,则射极输出器的输出电阻近似为(4.2.8)上式表明，输出电阻 ro比rbe还要小几十倍。所以射极输出器的输出电阻是很小的。三、结论射极输出器具有输入电阻大，输出电阻小；电压放大倍数略小于但近似等于1 ;输出电压的相位与输入电压相同的特点。输出电流是输入电流的(1)倍，所以具有电流放大和功率放大能力

20、。四、应用利用输入电阻大的特点，作为多级放大器的输入级，以减小对信号源的影响；利用 输出电阻小的特点，作为多级放大器的输出级，以提高带负载的能力；还可用作阻抗变 换器，以实现级间阻抗匹配；作为隔离级，减少后级对前级的影响。4.3三种组态电路性能比较431 共基极电路电路如图431 ( b)所示。信号通过 Ci从发射极输入、放大后从集电极通过 C2输出， 基极通过Cb交流接地。故称为共基极电路。该电路的直流电路采用分压式偏置电路。因此，静态工作点比较稳定。(1 变说通恬kilittBgiarJ >图4.3.1 共基极放大电路理论和实验证明，共基极电路具有下列特点：(1)输入电阻低、输出电阻高；(2)电流放大倍数接近于 1、并小于1； (3)输出电 压与输入电压同相位；(4)较好的高频特性和工作稳定性。根据其