电学基础课件

所谓放大就是指增加电信号幅度或功率的物理过程。实现放大的装置称为放大器。放大器的核心是电子管、双极型晶体管和场效应晶体管等有源器件。为了实现放大，还必须给放大器提供能量。常用的能源是直流电源。放大作用实质上是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变化。

图1.3.1-1共发射极放大电路一、基本电路

图1.3.1-1是一个简单的晶体管共发射极放大电路。其中晶体管为NPN型；Rc是负载电阻,用来提取放大了的信号电压；RB称偏置电阻，用来给晶体管提供偏置电流，使无信号时的发射极电流和集电极到发射极的电压降（分别称为工作点电流和电压）维持适当数值，以保证有信号输入时晶体管工作在特性曲线的线性区域；C1和C2是兼有隔直流作用的耦合电容。这种形式的电路，常被称为RC耦合放大器，具有比较宽的放大频带。将电阻Rc换成调谐回路，使电路成为一个调谐放大器,可用来选择并放大某个窄频带的信号。

图1.3.1-2和图1.3.1-3分别是共基极和共集电极放大电路。

共基极电路的电流增益略小于1,但输出阻抗高,寄生反馈小,在高频时容易获得稳定的放大。共集电极电路的电压增益略小于1,但输入阻抗高，输出阻抗低，常用作隔离级和低阻抗输出级。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合使用。

图1.3.1-2共基极放大电路图1.3.1-3共集电极放大电路

电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失真度和噪声指数等。放大器的输出电压值Uo与输入电压值Ui之比称为电压放大系数，记为

Au＝

Uo

/Ui

电压放大系数常常用分贝(dB)值表示,称为电压增益,记为

Gu＝20logAu(dB)

同理，放大器的功率放大系数和功率增益分别记为

AP＝Po/PiGP＝10logAP(dB)

其中Po和Pi分别是输出和输入功率。放大器的电压放大系数通常是频率的复函数，可以写成

Au=Au(jω)=│Au(jω)│ejφ(ω)式中ω＝2πf，f是频率，ω是角频率,│Au(jω)│表示放大器的放大量与频率的关系，称为幅—频特性,φ(ω)表示放大器输出相对于输入的相位差与频率的关系,称为相—频特性,它们合称为放大器的频率特性,也称为频率响应。放大器的频率特性应该与被放大信号的频谱相适应，以保证信号的各频率分量能均匀地得到放大。有些应用还要求各频率分量之间的相位关系得到保持。频带过窄或不均匀以及相—频特性的非线性都会引起输出波形失真,这称为频率响应失真，或频率失真。

对于大信号放大器，例如功率放大器，放大器件的非线性常常造成输出波形可觉察的失真，称为非线性失真，也称为谐波失真，其大小可以利用非线性失真系数D来衡量。

对于弱信号放大，重要的是放大器的噪声特性。三、基本放大器

1、差分放大器

差分放大器能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称差动放大器。

差分放大器可以用晶体三极管（晶体管）或电子管作为它的有源器件。图1.3.1-4是晶体管差分放大器的基本电路。

这是一种对称电路。输出电压uo＝uo1–u02,是晶体管T1和T2集电极输出电压uo1和u02之差。当T1和T2的输入电压幅度相等但极性相反,即uS1=-uS2

时，差分放大器的增图1.3.1-4差分放大器基本电路益Kd(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd≈Rc/re,式中Rc

＝Rc1＝Rc2,re是晶体管的射极电阻。通常re很小,因而Kd

较大。当uS1=uS2，即两输入电压的幅度与极性均相等时，放大器的输出uo应等于零,增益也等于零。实际放大电路不可能完全对称，因而这时还有一定的增益。这种增益称为共模增益，记为Kc

。在实际应用中,温度变化和电源电压不稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共模增益越小，即电路对称性越好时，这种漂移电压也越小。通常用差模增益Kd

和共模增益Kc的比值Kd/Kc来表示差分放大器的性能。这个比值称为共模抑制比(CMRR)。一般差分放大器的共模抑制比约为几十分贝，性能较高的可达百分贝以上。2、运算放大器

运算放大器能对信号进行数学运算的放大电路。

运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、单端输出，斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。二是差分输入、单端输出，大多数集成运算放大器采取这种形式。三是差分输入、差分输出，直流放大器和部分集成放大器采取这种形式。

（1）频率补偿

运算放大器是多级放大电路，通常在较高的频率上仍具有大于1的增益,而内部电路产生的附加相移却已达到或超过180°。

（2）理想运算放大器

理想运算放大器指开环增益A和输入阻抗RI均趋近于无穷大、输出阻抗Ro

趋近于零的运算放大器。（3）运算放大运用的基本电路

运算放大器常被用来实现电信号的反相放大、同相放大和差分输入／输出放大。

同相放大的应用电路

K＝

uo

/ui

＝1+R1/R2

反相放大的应用电路

K＝

-Rf

/Rs

路1、运算电路

集成运放可用来组成对模拟量进行各种数学运算功能的电路。

（1）模拟加法器

（2）模拟积分器:假定电容器Cf上起始电压是零,由虚短路特性可知,i1＝ui

/R1＝if

。又uo

＝-uc

＝-1/Cf

∫ot

if

dt

。于是

uo

＝-1/R1

Cf

∫otuidt若Cf起始电压不为零，还要附加一个起始电压。

2、测量放大器

测量放大器（又称数据放大器）就是用来放大差值信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。图1.3.1-10测量放大器