1、第三节第三节 基本放大电路基本放大电路精品一一.基本放大电路的组成基本放大电路的组成放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出RB+ECEBRCC1C2T精品耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T精品集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T精品集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的
2、转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般为几的值一般为几千欧到几十千欧。千欧到几十千欧。精品使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2TRB的值一般为几的值一般为几十千欧到几百千十千欧到几百千欧。欧。精品可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T精品单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C2TRBRB需要需要相应地相应地提高阻提高阻值。值。参考点参考点在晶体管电路中，在晶体管电路中，通常将输入电压、通常将输入电压、输出电压
3、以及电输出电压以及电源的公共端称为源的公共端称为“地地”用用表示，表示，但并不见得真的但并不见得真的接到大地，只是接到大地，只是以以“地地”端为零端为零电位，作为电路电位，作为电路中各点电位的参中各点电位的参考点。换句话说，考点。换句话说，电路中各点电位电路中各点电位的极性和数值，的极性和数值，如不特殊注明，如不特殊注明，都是指该点相对都是指该点相对于于“地地”的电位的电位差。差。精品二二.放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点 放大电路没有输入信号时的工作状态称放大电路没有输入信号时的工作状态称为为直流工作状态或静止状态直流工作状态或静止状态，简称静态。，简称静态。静态分析的目的就是确定放
4、大电路的静静态分析的目的就是确定放大电路的静态（直流）值，态（直流）值，IB、IC和和UCE。这些值可以在晶体管特性曲线上确定一这些值可以在晶体管特性曲线上确定一个点，称为个点，称为静态工作点静态工作点(quiescent point)，用用Q表示，分别记为表示，分别记为IBQ、ICQ和和UCEQ。精品开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC1.用直流通路法确定静态工作点用直流通路法确定静态工作点精品直流直流通道通道RB+ECRCCCQCCEOBQCEOBQCQBCBBECBQRIEUIIIIRERUEI精品 在本放大电路中，电源电压在本放大电路中，电源电压EC和
5、和集电极电阻集电极电阻RC的大小确定后，静态工的大小确定后，静态工作点的位置就仅取决于偏置电流作点的位置就仅取决于偏置电流IBQ的的大小。大小。而而IBQECRB，因此当，因此当RB一经一经选定，选定，IBQ也就固定不变，故该电路又也就固定不变，故该电路又称为称为固定偏置电路固定偏置电路。精品2.用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点 利用晶体管的特性曲线，通过作图来分利用晶体管的特性曲线，通过作图来分析放大器基本性能的方法，称为析放大器基本性能的方法，称为图解法图解法。图解法既可求取放大器的静态工作点，图解法既可求取放大器的静态工作点，又可分析放大器的动态过程。又可分析放大器的动态过程
6、。精品 晶体管是一非线性元件，即其集电极电晶体管是一非线性元件，即其集电极电流流IC与集与集-射电压射电压UCE之间不是直线关系，而之间不是直线关系，而是图是图2-13所示的输出特性曲线的关系，但所示的输出特性曲线的关系，但UCE=EC-ICRC则是一线性方程。则是一线性方程。这就要求静态值既要符合非线性元件晶这就要求静态值既要符合非线性元件晶体管体管T的电压与电流的关系，同时又要符合的电压与电流的关系，同时又要符合电路中线性元件上的电压与电流的关系。显电路中线性元件上的电压与电流的关系。显然，只有曲线与直线的交点才能同时满足两然，只有曲线与直线的交点才能同时满足两者要求。这一交点即为者要求。
7、这一交点即为静态工作点静态工作点。精品精品ICUCE根据根据UCE=ECICRC 确定横轴上的确定横轴上的点点N（IC=0）和纵轴上的点）和纵轴上的点M（UCE=0），直线），直线MN即为直流即为直流负载线。负载线。直流通道直流通道RB+ECRC（1）在给出的输出特性曲线上作直流负载线）在给出的输出特性曲线上作直流负载线ICUCEECCCREQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IBMN精品 由于它是由直流通路得出的，且与集电由于它是由直流通路得出的，且与集电极负载电阻极负载电阻Rc有关，故称为有关，故称为直流负载线直流负载线。其。其斜率为斜率为tga=1Rc，R
8、c愈小直线愈陡。愈小直线愈陡。（2）求基极偏流）求基极偏流IB：IBEC/RB。（3）直流负载线）直流负载线MN与曲线与曲线IB的交点的交点Q即为放即为放大器的静态工作点，它所对应的值即为静态大器的静态工作点，它所对应的值即为静态值值IBQ、ICQ和和UCEQ。精品三三.放大电路的动态分析放大电路的动态分析 当有交流信号输入时放大器的工作状态当有交流信号输入时放大器的工作状态称为称为动态动态。动态分析是在静态值确定以后分析信号动态分析是在静态值确定以后分析信号的传输情况，主要考虑电流和电压的交流分的传输情况，主要考虑电流和电压的交流分量。量。常用的分析方法有常用的分析方法有图解法图解法和和微变
9、等效电微变等效电路法路法。精品1.图解法图解法(1)输出端开路输出端开路时的工作状时的工作状态态 确定静态工确定静态工作点后，根作点后，根据输入信号据输入信号ui的变化，的变化，可得到可得到uBE及及iB的变化曲的变化曲线。线。uBE波形波形iBE波形波形精品 根据根据iB的的变化，可变化，可得到得到iC及及uCE的变的变化曲线。化曲线。uCE中的中的交流分量交流分量输出，即输出，即为为uo。iC波形波形uce波形波形精品从上述讨论可知：从上述讨论可知：当输入交流信号电压当输入交流信号电压ui加到放大器的输入端加到放大器的输入端后，晶体管基极和集电极的电压后，晶体管基极和集电极的电压uB、uC
10、E和和iB、iC电流都是由两部分叠加而成：一部分电流都是由两部分叠加而成：一部分是静态直流分量是静态直流分量IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ；另；另一部分是输入交流信号后引起的交流分量一部分是输入交流信号后引起的交流分量ube、ib、ic、uce、uo。由图可见由图可见，uoui，输入信号，输入信号ui通过放大器通过放大器后被放大了，而且放大后没有改变原来的形后被放大了，而且放大后没有改变原来的形状，但在相位上相差状，但在相位上相差180。精品(2)交流通路和交流负载线：交流通路和交流负载线：实际应用中，放大器总是带负载的，如实际应用中，放大器总是带负载的，如带下一级放大器，也可能带一个表头
11、或喇叭、带下一级放大器，也可能带一个表头或喇叭、显示装置中的偏转板等。显示装置中的偏转板等。对于低频交流信号，这些负载可简化为对于低频交流信号，这些负载可简化为一个负载电阻一个负载电阻RL。放大器带负载时，相当于。放大器带负载时，相当于图图2-17(b)中接入了虚线部分。中接入了虚线部分。精品 交流通路：由于交流通路：由于电容器电容器C2的隔直作用，的隔直作用，接入接入RL 对静态工作点和对静态工作点和直流负载线均无影响。直流负载线均无影响。集电极电流集电极电流iC中的直流中的直流成分不能到达负载成分不能到达负载RL。但其交流成分但其交流成分iC，除了，除了通过通过RC和和EC构成的支路构成的
12、支路外，还通过由外，还通过由C2和和RL组组成的支路。对交流信号成的支路。对交流信号而言，电容和直流电源而言，电容和直流电源均可视为短路，因此可均可视为短路，因此可画出放大器带负载时的画出放大器带负载时的交流通路，交流通路，uiuoRBRCRL交流通路交流通路精品 交流负载线：由交流负载线：由交流通路可以看到，交流通路可以看到，输出电压输出电压uo实际上加实际上加于于 RL上，上，RL就是放就是放大器交流通路的等效大器交流通路的等效负载，简称交流负载，负载，简称交流负载，为为 RC/RL。有交流输入时，反有交流输入时，反应输出回路中总的电应输出回路中总的电压与电流关系的直线压与电流关系的直线称
13、为交流负载线。称为交流负载线。ICUCEECCCREQIB交流负载线交流负载线过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：LR 1Q1Q2精品 比较放大器的直、交流负载线可知：比较放大器的直、交流负载线可知：根据电阻并联的规律知，根据电阻并联的规律知，RLtga，因此交流负载线比直流负载线陡。，因此交流负载线比直流负载线陡。从输出电压波形看到，带载后，输出交流从输出电压波形看到，带载后，输出交流信号电压信号电压uo要减小。要减小。在外接负载在外接负载RL趋向于无穷大趋向于无穷大(相当于开路相当于开路)时，时，RLRC，交、直流负载线重合为同一条直，交、直流负载线重合为同一条直线。线。精品
14、(3)电压放大倍数：电压放大倍数：放大器的放大对象是变化量，其放大能放大器的放大对象是变化量，其放大能力常用电压的放大倍数力常用电压的放大倍数Ku来描述。来描述。电压放大倍数是指在不失真的条件下，电压放大倍数是指在不失真的条件下，输出电压的变化量输出电压的变化量Uo与输入电压的变化量与输入电压的变化量Ui之比，即之比，即 Ku=Uo/Ui精品(4)放大电路的非线性失真：放大电路的非线性失真：利用图解法可以在特性曲线上清楚地观察到利用图解法可以在特性曲线上清楚地观察到波形失真的情况。前面说过，对放大电路的基本要波形失真的情况。前面说过，对放大电路的基本要求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是
15、指求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是指输出信号的波形不像输入信号。输出信号的波形不像输入信号。引起失真的原因很多，其中最基本的一个，引起失真的原因很多，其中最基本的一个，是由于工作点不合适或信号太大，使放大电路的工是由于工作点不合适或信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，这种作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，这种失真通常称为失真通常称为非线性失真非线性失真(non-linear dictortion)。非线性失真有两种情况，一种是饱和失真，另一种非线性失真有两种情况，一种是饱和失真，另一种是截止失真。是截止失真。精品a.Q点过高，点过高，即即IB偏大，偏
16、大，工作点接近工作点接近饱和区，产饱和区，产生饱和失真。生饱和失真。iCuCEib输入波输入波形形uo输出波形输出波形Q精品b.Q点过低，点过低，即即IB偏小，工偏小，工作点接近截止作点接近截止区，信号进入区，信号进入截止区，产生截止区，产生截止失真。截止失真。输出波形输出波形iCuCEuo输入波形输入波形ibQ精品2.微变等效电路法微变等效电路法 利用图解法能直观、形象、全面地分析利用图解法能直观、形象、全面地分析放大器的工作情况，易于理解。但相当麻烦，放大器的工作情况，易于理解。但相当麻烦，因作图误差而难以保证因作图误差而难以保证Ku的精度，且不易求的精度，且不易求解放大器的其它指标解放大
17、器的其它指标(如输入电阻、输出电如输入电阻、输出电阻等阻等)，分析复杂电路更为困难。因此有必，分析复杂电路更为困难。因此有必要研究更有效的方法。要研究更有效的方法。精品(1)三极管的微变等效电路：三极管的微变等效电路：如果研究的对象仅仅是变化量，而且信号的如果研究的对象仅仅是变化量，而且信号的变化范围很小，就可以用微变等效电路来处理三极变化范围很小，就可以用微变等效电路来处理三极管的非线性问题。管的非线性问题。由于在一个微小的工作范围内，三极管电压、由于在一个微小的工作范围内，三极管电压、电流的变化量之间的关系基本上是线性的，因此可电流的变化量之间的关系基本上是线性的，因此可以用以用一个等效的
18、线性电路一个等效的线性电路来代替这个三极管。来代替这个三极管。所谓等效就是从线性电路的三个引出端看进所谓等效就是从线性电路的三个引出端看进去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。去，其电压、电流的变化关系和原来的三极管一样。这样的线性电路称为三极管的微变等效电路。这样的线性电路称为三极管的微变等效电路。精品微变等效电路微变等效电路等等效效ibiccberbe ibibbce 图中图中rbe称为晶体管的输入电阻。对于低频小功率三极称为晶体管的输入电阻。对于低频小功率三极管，其值可由下式估算：管，其值可由下式估算：rbe300+(1+)26(mV)/IE(mA)式中，式中，IE为静态值发射极
19、电流。为静态值发射极电流。精品(2)放大器的微变等效电路法求解的具体步骤：放大器的微变等效电路法求解的具体步骤：画出交流通路画出交流通路用微变等效电路替换交流通路用微变等效电路替换交流通路中的三极管中的三极管计算电路参数。计算电路参数。图图2-17(b)共射极放大器的微变等效电路如图共射极放大器的微变等效电路如图2-23所示。从图中可以看出，输入和输出部分分所示。从图中可以看出，输入和输出部分分为了两个相互独立的回路。为了两个相互独立的回路。精品(3)电压放大倍数电压放大倍数Ku的计算：的计算：由由微变等效电路微变等效电路可以看出可以看出 ui=ibrbe,uo=-icRL=-ibRL 其中其
20、中RL=Rc/RL，负号表示，负号表示ic与与uo的参考方向相反。的参考方向相反。放大器的电压放大倍数为：放大器的电压放大倍数为：beLiourRuuK精品 负号表示共射极放大电路中，输出电压负号表示共射极放大电路中，输出电压与输入电压位相相反。与输入电压位相相反。上式上式表示：增加晶体三极管的电流放大表示：增加晶体三极管的电流放大系数系数和输出端的总负载电阻和输出端的总负载电阻RL以及减小晶以及减小晶体三极管的输入电阻体三极管的输入电阻rbe，都可以在一定程度，都可以在一定程度上提高放大器的电压放大倍数。上提高放大器的电压放大倍数。但由于但由于rbe和和都与晶体管的静态工作电都与晶体管的静态
21、工作电流有关，所以放大倍数实际上还是与静态工流有关，所以放大倍数实际上还是与静态工作电流有密切关系。当输出端开路作电流有密切关系。当输出端开路(即即RL未未接入，空载接入，空载)时，时，Ku比接比接RL时高。可见，时高。可见，负负载电阻载电阻RL愈小，则电压放大倍数愈低。愈小，则电压放大倍数愈低。精品(4)输入电阻：输入电阻：一个放大电路的输入端总是与信号源一个放大电路的输入端总是与信号源(或前级放大器或前级放大器)相联的，因此放大电路对信相联的，因此放大电路对信号源号源(或前级放大器或前级放大器)来说，是一个负载，可来说，是一个负载，可等效为一个电阻，即放大电路的输入电阻等效为一个电阻，即放
22、大电路的输入电阻(input resistance)ri。ri=ui/ii，是对交流信，是对交流信号而言的一个动态电阻。号而言的一个动态电阻。在在微变等效电路微变等效电路中，中，ri=RB/rbe 即从输入端口即从输入端口AO看进去的等效电阻。看进去的等效电阻。精品(5)输出电阻：输出电阻：放大器对负载放大器对负载(或后级放大电路或后级放大电路)来说是来说是一个信号源，其内阻即为放大器的输出电阻一个信号源，其内阻即为放大器的输出电阻(output resistance)ro，它也是一个动态电，它也是一个动态电阻。阻。由由微变等效电路微变等效电路看，输出电阻看，输出电阻ro是一个是一个从放大器输
23、出端从放大器输出端BO看进去的等效电阻。看进去的等效电阻。由于电流源内阻为无穷大，所以由于电流源内阻为无穷大，所以 roRC 精品 微变等效电路法简单方便，适用于任何微变等效电路法简单方便，适用于任何复杂或简单的电路。它的局限性在于只能解复杂或简单的电路。它的局限性在于只能解决交流分量的计算问题，不能用来确定静态决交流分量的计算问题，不能用来确定静态工作点，也无法分析非线性失真等问题。因工作点，也无法分析非线性失真等问题。因此，在解决放大器的具体问题时，两种方法此，在解决放大器的具体问题时，两种方法可以结合起来使用，这样常常使分析过程更可以结合起来使用，这样常常使分析过程更为简便。为简便。精品
24、四四.静态工作点的稳定静态工作点的稳定 由于晶体管对温度十分敏感，尽管选择的静由于晶体管对温度十分敏感，尽管选择的静态工作点在正常温度条件下是合适的，但当温度态工作点在正常温度条件下是合适的，但当温度升高时，集电极反向饱和电流升高时，集电极反向饱和电流ICBO将增大将增大(大约每大约每升高升高 10，ICBO增加一倍增加一倍)。对于上述固定偏置放。对于上述固定偏置放大电路，大电路，ICBO增大又使穿透电流增大又使穿透电流 ICEO增大，从而增大，从而引起引起Ic的增大、输出特性曲线的上移，最终导致的增大、输出特性曲线的上移，最终导致原来设置好的工作点发生偏移，严重时会使原来原来设置好的工作点发
25、生偏移，严重时会使原来工作良好的放大器产生非线性失真。因此必须采工作良好的放大器产生非线性失真。因此必须采取措施，提高放大器对温度的稳定性，减小工作取措施，提高放大器对温度的稳定性，减小工作点的漂移。点的漂移。精品TUBEIBICT、ICEOICiCuCEQQ 温度上升时，温度上升时，输出特性曲线输出特性曲线上移，造成上移，造成Q点上移。点上移。精品 静态工作点稳静态工作点稳定的分压式电流负定的分压式电流负反馈偏置放大电路，反馈偏置放大电路，是交流放大器中应是交流放大器中应用最广泛的基本单用最广泛的基本单元电路。元电路。其中三个偏置其中三个偏置元件元件RBI、RB2、RE起着稳定工作点的起着稳
26、定工作点的作用。作用。uoIB1IB2IB分压式偏置电路分压式偏置电路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUE精品CB2B1B222BERRRBBRIUBEBEUUUUBEBEERURUIEQIB1IB2IB分压式偏置电路分压式偏置电路RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiICIEUE1.保持基极对地的静态电位保持基极对地的静态电位UB基本基本固定，即固定，即IB1IBQ2.发射极保持有足够大的电流负反发射极保持有足够大的电流负反馈，即馈，即UEUBE精品 分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过分压式偏置电路能稳定静态工作点的物理过程可表示如下：程可表示如下：TICI
27、EUEUBE（=UB-UE）IB IC 即温度即温度T上升导致上升导致IC上升，而上升，而IEIC也上升；也上升；IE上升又导致了上升又导致了UE上升。但上升。但UB固定不变，所固定不变，所以以UE的上升使得的上升使得UBE下降；下降；UBE的下降导致的下降导致IB下降，从而使下降，从而使IC下降。最终结果使得下降。最终结果使得IC趋于趋于稳定，从而稳定了静态工作点。这种减小稳定，从而稳定了静态工作点。这种减小IC变化的方法，称为变化的方法，称为电流负反馈电流负反馈。精品 根据以上分析，由于要求满足根据以上分析，由于要求满足IB2IB，似乎似乎IB2越大越好。其实不然，还要考虑到其越大越好。其
28、实不然，还要考虑到其它影响。它影响。IB2不能太大，否则不能太大，否则RB1和和RB2就要取就要取得较小，这不但要增加功率损耗，而且从信得较小，这不但要增加功率损耗，而且从信号源取用较大的电流，使信号源的内阻压降号源取用较大的电流，使信号源的内阻压降增加，加在放大器输入端的电压增加，加在放大器输入端的电压 ui减小。一减小。一般般RB1和和RB2为几十千欧。为几十千欧。基极电位基极电位UB也不能太高，否则也不能太高，否则UE增高增高将使将使UCE相应地减小相应地减小(Ec一定一定)，因而减小了，因而减小了放大电路输出电压的变化范围。一般硅管取放大电路输出电压的变化范围。一般硅管取IB2=(5-
29、10)IB和和UB=(5-10)UBE。精品 接入发射极电阻接入发射极电阻RE，虽然使射极电流，虽然使射极电流的直流分量的直流分量IE通过它，起到了负反馈自动稳通过它，起到了负反馈自动稳定静态工作点的作用；但发射极电流的交流定静态工作点的作用；但发射极电流的交流分量分量iC也通过它产生交流压降，产生负反馈也通过它产生交流压降，产生负反馈作用，使电压放大倍数下降。作用，使电压放大倍数下降。为此，可在为此，可在RE两端并联电容两端并联电容CE，只要，只要CE足够大，即可对交流分量视为短路，对交足够大，即可对交流分量视为短路，对交流信号不起负反馈作用，故流信号不起负反馈作用，故CE称为发射极交称为发
30、射极交流旁路电容，其值一般取为流旁路电容，其值一般取为10100uF。精品 计算分压式电流负反馈偏置电路的电压计算分压式电流负反馈偏置电路的电压放大倍数放大倍数Ku、输出电阻、输出电阻ro同前面一样，但输同前面一样，但输入电阻则改为入电阻则改为ri=RB1/RB2/rbe。另外，静态工作点的求取与固定偏置式另外，静态工作点的求取与固定偏置式电路也不同，分压式偏置放大器应先求出电路也不同，分压式偏置放大器应先求出IEQICQ，再计算，再计算UCQ=EC-ICQ(Rc+RE)和和IBQ=ICQ/。精品第四节第四节 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标1.放大倍数与增益放大倍数与增益 表示放大器
31、放大性能的参数。除了电压放大倍数表示放大器放大性能的参数。除了电压放大倍数Ku外，外，还有电流放大倍数还有电流放大倍数Ki和功率放大倍数和功率放大倍数Kp，分别定义为，分别定义为 Ki=io/ii，KP=po/pi 由于电子设备的各种放大倍数往往很大，特别是多级放由于电子设备的各种放大倍数往往很大，特别是多级放大器总的放大倍数计算不便，故常用它们的对数来表示，大器总的放大倍数计算不便，故常用它们的对数来表示，称为增益称为增益(gain)。功率增益的定义是。功率增益的定义是 Gp=101gKp 单位为分贝单位为分贝(dB)。由于在同一电阻上消耗的功率与电流。由于在同一电阻上消耗的功率与电流(或电
32、压或电压)的有效值的有效值I(或或U)的平方成正比，所以电流增益的平方成正比，所以电流增益Gi和电压增益和电压增益Gu分别为分别为 Gi=201gKi(dB)Gu=20lgKu(dB)精品2输入阻抗输入阻抗 前面已介绍了输入电阻的概念，实际上前面已介绍了输入电阻的概念，实际上由于电容、电感等的影响，从放大器输入端由于电容、电感等的影响，从放大器输入端看进去的，应为看进去的，应为输入阻抗输入阻抗(input impedance)。不过，对于低频交流信号，输入阻抗可看作不过，对于低频交流信号，输入阻抗可看作是纯阻性的，所以常用输入电阻表示。是纯阻性的，所以常用输入电阻表示。如果放大器的输入电压为如
33、果放大器的输入电压为 ui、输入电流、输入电流为为ii，则其输入电阻，则其输入电阻ri=ui/ii。精品 如果信号源的电动势为如果信号源的电动势为es、内阻为、内阻为rs，则信号，则信号源供给放大器的信号电压，即放大器的输入电压源供给放大器的信号电压，即放大器的输入电压ui为为 可见，放大器的输入电阻可见，放大器的输入电阻ri越大，输入放大器越大，输入放大器的信号电压的信号电压ui就越大。另外，输入阻抗越大，输入就越大。另外，输入阻抗越大，输入电流越小，放大器对信号源的影响也小。因此，电流越小，放大器对信号源的影响也小。因此，通通常希望放大器的输入阻抗越大越好。常希望放大器的输入阻抗越大越好。
34、sioiierrru精品 3输出阻抗输出阻抗 放大器的放大器的输出阻抗输出阻抗(output impedance)规定规定为：当输入信号不变、负载改变时，输出电压改变为：当输入信号不变、负载改变时，输出电压改变量量uo与输出电流改变量与输出电流改变量io之比，即之比，即 ro=uo/io 对于低频交流信号，输出阻抗是纯电阻性，故对于低频交流信号，输出阻抗是纯电阻性，故ro又又称为输出电阻。称为输出电阻。当信号电压加在放大器的输入端时，如果改当信号电压加在放大器的输入端时，如果改变接到输出端的负载，则输出电压变接到输出端的负载，则输出电压 uo也要随之改也要随之改变，这种情况就相当于从输出端看进
35、去好像有一个变，这种情况就相当于从输出端看进去好像有一个具有内阻具有内阻ro的电压源的电压源uo。当。当ro小时，在它上面损失小时，在它上面损失的压降就小些，所以要求的压降就小些，所以要求ro尽量小些，这时放大器尽量小些，这时放大器的负载能力就强。的负载能力就强。精品 4通频带通频带 放大器是用来放大电信号的，而信号既有大放大器是用来放大电信号的，而信号既有大小不同，又有频率不同。在实际中，要放大的各种小不同，又有频率不同。在实际中，要放大的各种电信号往往都不是单一频率的正弦信号，而是由许电信号往往都不是单一频率的正弦信号，而是由许多不同频率的正弦信号组成的。如生物电信号的频多不同频率的正弦信
36、号组成的。如生物电信号的频率大多在率大多在0200Hz。音频信号约为。音频信号约为2020000Hz。理想的放大器对各种频率的信号应具有相同理想的放大器对各种频率的信号应具有相同的放大倍数。然而实际的放大器，其放大倍数与频的放大倍数。然而实际的放大器，其放大倍数与频率有关。率有关。精品 放大倍数放大倍数Ku与与f之间的关系曲线，称为之间的关系曲线，称为幅频特幅频特性性；输出与输入的相位差随频率变化的关系，称为；输出与输入的相位差随频率变化的关系，称为相频特性相频特性，统称为统称为频率响应特性频率响应特性。一般情况下，当。一般情况下，当频率过高或过低时，放大倍数都要下降，而在中间频率过高或过低时
37、，放大倍数都要下降，而在中间一段频率范围内，放大倍数基本不变一段频率范围内，放大倍数基本不变。在低频部分，当放大倍数下降到中频段放大在低频部分，当放大倍数下降到中频段放大倍数倍数Ko的的0.707倍时所对应的频率倍时所对应的频率fL，叫做，叫做下限频下限频率率；在高频部分，当放大倍数下降到中频段放大倍；在高频部分，当放大倍数下降到中频段放大倍数数Ko的的0.707倍时所对应的频率倍时所对应的频率fH，叫做，叫做上限频率上限频率。由由fL到到fH的频率范围，叫做放大器的的频率范围，叫做放大器的通频带通频带(frequency band)，用，用fw表示，即表示，即fw=fH-fL。精品 低频端放
38、大倍数下降的原因，主要是输入、输出耦低频端放大倍数下降的原因，主要是输入、输出耦合电容合电容C1、C2造成的，容抗造成的，容抗 Xc=1/2fC，f减小时，减小时，Xc增大。容抗增大后，信号在电容增大。容抗增大后，信号在电容C1、C2上的分上的分压增大。加在基压增大。加在基-射极之间的变小，输出端负载电射极之间的变小，输出端负载电阻阻RL上的电压降低，从而使得电压放大倍数变小。上的电压降低，从而使得电压放大倍数变小。在高频端，放大倍数降低的原因主要有两方面：一在高频端，放大倍数降低的原因主要有两方面：一是晶体三极管的电流放大倍数是晶体三极管的电流放大倍数在频率升高时会下在频率升高时会下降。二是
39、三极管的发射结电容、集电结电容、电路降。二是三极管的发射结电容、集电结电容、电路中的分布电容都与放大器的输入端及输出端并联。中的分布电容都与放大器的输入端及输出端并联。在频率不高时，它们的容抗较大，对放大倍数的影在频率不高时，它们的容抗较大，对放大倍数的影响可忽略不计。当频率升高时，它们的容抗降低，响可忽略不计。当频率升高时，它们的容抗降低，使放大器的输入阻抗变小，负载等效阻抗变小，从使放大器的输入阻抗变小，负载等效阻抗变小，从而导致放大倍数下降。而导致放大倍数下降。精品5信噪比信噪比 放大器在放大有用信号的同时，还会放大由放大器在放大有用信号的同时，还会放大由放大器内部产生的噪声或外部窜入的
40、无用的干扰电放大器内部产生的噪声或外部窜入的无用的干扰电信号，这些无用的信号统称为信号，这些无用的信号统称为噪声噪声。如果将放大器。如果将放大器输入端短路时，可以用示波器观察到放大器输出端输入端短路时，可以用示波器观察到放大器输出端的噪声波形。在实际中，噪声可分为两类，一类是的噪声波形。在实际中，噪声可分为两类，一类是通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除通过适当的屏蔽、滤波或电路的合理设计可以消除或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接或控制的，如外界磁场的感应，整流滤波不良，接地不合理等引起的噪声。另一类是由于元件中带电地不合理等引起的噪声。另一类是由于元件中带电质点杂乱的波动所
41、造成的，不能完全控制或消除。质点杂乱的波动所造成的，不能完全控制或消除。这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大这些噪声有可能会淹没掉有用信号，对信号的放大是十分有害的。是十分有害的。精品 在放大器中，噪声与有用信号的大小是相对在放大器中，噪声与有用信号的大小是相对的，如果脱离信号的大小来讲噪声的大小，那是没的，如果脱离信号的大小来讲噪声的大小，那是没有意义的。如对于有意义的。如对于1mV的心电信号，若噪声也为的心电信号，若噪声也为1mV，则心电信号将被噪声所淹没而无法分辨，则心电信号将被噪声所淹没而无法分辨，若噪声仅为若噪声仅为10V，则可以忽略。，则可以忽略。为了说明信号与噪声之间的数
42、量关系，也为为了说明信号与噪声之间的数量关系，也为了衡量放大器的抗干扰能力，引进了衡量放大器的抗干扰能力，引进信噪比信噪比(signal to noise ratio，SNR)，它定义为有用信号功率，它定义为有用信号功率Ps与噪声信号功率与噪声信号功率PN之比，即之比，即 NsPPSNR精品 显然信噪比应越大越好，只有当信噪比显然信噪比应越大越好，只有当信噪比大于大于1时，微弱信号才能有效地放大，而不时，微弱信号才能有效地放大，而不致被噪声所淹没，否则放大倍数再高也没用，致被噪声所淹没，否则放大倍数再高也没用，因为信号和噪声都以同样的放大倍数得到放因为信号和噪声都以同样的放大倍数得到放大。由于
43、放大器中的噪声主要来源于放大器大。由于放大器中的噪声主要来源于放大器的输入级，且会被以后各级放大，故应尽量的输入级，且会被以后各级放大，故应尽量减小第一级的噪声。减小第一级的噪声。精品第五节第五节 多级放大器多级放大器 单级放大器的放大倍数一般只有几十，单级放大器的放大倍数一般只有几十，实用中常感不够，在生物医学测量中，输入实用中常感不够，在生物医学测量中，输入信号往往是很微弱的，要把这样小的信号放信号往往是很微弱的，要把这样小的信号放大到足以带动测量或记录装置，常需把数个大到足以带动测量或记录装置，常需把数个单级放大器串联起来，组成多级放大器。单级放大器串联起来，组成多级放大器。各级放大器之
44、间的连接称为各级放大器之间的连接称为耦合耦合。耦合。耦合的方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合的方式有阻容耦合、变压器耦合和直接耦合三种。阻容耦合是级与级间通过电容和电阻三种。阻容耦合是级与级间通过电容和电阻进行耦合，记作进行耦合，记作RC耦合。耦合。精品 图图2-28是一个两级是一个两级RC耦合放大器。其中耦合放大器。其中C1、C2、C3为耦合电容，其作用有二：一是把前一级交为耦合电容，其作用有二：一是把前一级交流信号送到后一级；二是隔断直流，使前后两级的流信号送到后一级；二是隔断直流，使前后两级的直流工作点互不影响，各级工作点可以独立设置和直流工作点互不影响，各级工作点可以独立设置和调整。
45、调整。精品一一.多级放大器的放大倍数多级放大器的放大倍数 在多级放大器中，计算每一级放大倍数在多级放大器中，计算每一级放大倍数时，必须注意前后级之间的互相影响。即应时，必须注意前后级之间的互相影响。即应把后级的输入电阻作为前级的负载，而前级把后级的输入电阻作为前级的负载，而前级的输出则作为后级的输入信号。的输出则作为后级的输入信号。通过分析图通过分析图2-28所示的两级放大器，可所示的两级放大器，可得其总的放大倍数为：得其总的放大倍数为：Ku=Ku1Ku2 可推广到可推广到n级放大器：级放大器：Ku=Ku1Ku2Kun精品二二.输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 一般说来，一般说来，多级放大
46、器的输入电阻就是多级放大器的输入电阻就是输入级的输入电阻，输出电阻就是输出级的输入级的输入电阻，输出电阻就是输出级的输出电阻输出电阻。在计算时，仍可利用计算基本放。在计算时，仍可利用计算基本放大电路的公式。大电路的公式。不过有时它们不仅与本级的参数有关，不过有时它们不仅与本级的参数有关，还与前后级的参数有关，如后面介绍的射极还与前后级的参数有关，如后面介绍的射极跟随器作输人级时，它的输入电阻还与下一跟随器作输人级时，它的输入电阻还与下一级的输入电阻有关，这是需要注意的。级的输入电阻有关，这是需要注意的。精品 需要指出的是，需要指出的是，多级放大器的通频带将多级放大器的通频带将变窄变窄。以一个具
47、有完全相同的单级放大器的两以一个具有完全相同的单级放大器的两级放大器为例，若每级的放大倍数相同，即级放大器为例，若每级的放大倍数相同，即Ku1=Ku2，则每级的上限频率，则每级的上限频率fH和下限频率和下限频率fL的电压放大倍数为的电压放大倍数为0.707Ku1。两级放大器在。两级放大器在中频段的总放大倍数为中频段的总放大倍数为 Ku=Ku1Ku2=K2u1，在原来的在原来的fH和和fL处，处，Ku=0.707KulX0.707Ku2=0.5K2u1，而不是，而不是0.707K2u1。显然，两级放大器的下限频率。显然，两级放大器的下限频率fLfL，上限频率，上限频率fHfH，通频带，通频带fw
48、fw。精品第六节第六节 场效应管放大器场效应管放大器 场效应管场效应管(field effect transistor)是是一种较新型的半导体器件，其外形与普通一种较新型的半导体器件，其外形与普通晶体管相似，但它们的控制特性却截然不晶体管相似，但它们的控制特性却截然不同。同。普通晶体管是电流控制元件，通过控普通晶体管是电流控制元件，通过控制基极电流控制集电极电流，信号源必须制基极电流控制集电极电流，信号源必须提供一定的电流才能工作，因此它的输入提供一定的电流才能工作，因此它的输入电阻较低，仅有电阻较低，仅有102-104。而。而场效应管则场效应管则是电压控制元件是电压控制元件，它的输出电流取决于输，它的输出电流取决于输入端电压的大小，基本上不需要信号源提入端电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以供电流，所以它的输入电阻可高达它的输入电阻可高达109-1014 。精品这对我们是非常有意义的，因为在生物医这对我们是非常有意义的，因为在生物医学中，经常遇到高内阻的信号源，提供信号电学中，经常遇到高内阻的信号源，提供信号电流的能为非常微弱，而场效应管则可用来制作流的能为非常微弱，而场效应管则可用来制作取用信号电流非常微小的前级放大器。它还具取用信号电流非常微小的前级放大器。它还具有其它优点，所以现已被广泛应用于放大电路有其它优点，所以现已被广泛应用于放大电路中。中。精品
