【正文】 第二章 放大器基礎(chǔ) 本章教學要求 ： 6．掌握多級放大器的藕合方式及主要性能指標的計算。 1．掌握放大器的主要性能指標及其定義。 2．掌握雙極型晶體管和場效應(yīng)管的低頻微變等效電路，運算放大器的線性等效電路。 3．掌握放大器的基本分析方法：圖解法和微變等效電路法。 4．掌握雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管放大器的 常用的偏置電路、三種 基本組態(tài)以及射極 (源極 )帶有電阻的放大器的基本組成、各指標計算和主要特點。 5．掌握運算放放大器組成的放大電路的各指標的計算和同相放大電路、反相放大電路的特點。 放大器的基本功能和分類 放大器的基本功能是將信號 不失真地放大到所需的大小 。 放大器的分類 按器件可分為 晶體管 放大器、 場效應(yīng)管 放大器、 電子管放 大器和 集成 放大器； 按用途可分為 電流 放大器、 電壓 放大器和功率放大器； 按工作頻率可分為 低頻放大器 、 高頻 放大器和 超高頻 放大器，而低頻放大器又可分為 音頻放大器 、 直流放大器 和 寬帶放大器 ； 按工作狀態(tài)可分為 甲（ A）類 放大器、 乙（ B）類 放大器、 甲乙（ AB）類 放大器、以及 丙（ D）類 放大器等。 放大器的基本功能 低頻放大器 ，它具有較寬的頻率范圍，所帶負載不能采用諧振回路，故 又稱為非諧振放大器 。 放大器變量及輸入輸出變量參考方向的規(guī)定 放大器變量的規(guī)定 用大寫字母帶大寫下標表示 直流 電壓及電流（如 UBE、 IE等）；用小寫字母帶小寫下標表示 交流 電壓及電流（如 ube、 ib等）；用小寫字母帶大寫下標表示 直流和交流 在內(nèi)的總的瞬時電壓及電流（如 uBE、 iE等）；用大寫字母帶小寫下標表示正弦 交流有效值 電壓及電流（如 Ube、 Ie等）。 放大器輸入輸出變量參考方向的規(guī)定 ii io uo 放大電路 ui 放大電路一般視為二端口網(wǎng)絡(luò)，兩個端口電壓與電流的參考方向的規(guī)定為： 嚴格地講，放大電路與放大器是有區(qū)別的，但有時候這兩個名詞是混用的，均指放大電路 。 21 放大電路的主要性能指標和電路組成 211放大電路的主要性能指標 1．放大倍數(shù)（增益） 1）電壓放大倍數(shù) 放大器輸出電壓的有效值相量與輸入電壓的有效值相量之比稱為電壓放大倍數(shù)，用表示： ????iuUUA 0??????????? usiiiosisous ARZZUUUUUUA若考慮信號源內(nèi)阻 RS的影響，則常用 源電壓放大倍數(shù) 表示，即： ?usA 放大電路 Zi Rs us ii io uo ui 2）電流放大倍數(shù) 放大器的輸出電流有效值相量與輸入電流有效值相量之比稱為電流放大倍數(shù)，用 表示，即： ?iA????iiIIA 0若考慮信號源內(nèi)阻的影響，則常用 源電流放大倍數(shù) 表示，即： ii io 放大電路 Zi Rs is uo ui ??????????? isisiosisois ARZRIIIIIIA3）功率放大倍數(shù) 放大器輸出功率與輸入功率之比稱為功率放大倍數(shù)，用 GP表示，即： ????????? iuiiooioP AAIUIUPPG放大倍數(shù)是無量綱的量，在工程上，常用 分貝 （ dB）作為單位： iiuuPPAdBAAdBAGdBGlg20)(lg20)(lg10)(???2．輸入阻抗和輸出阻抗 放大器處于信號源于負載之間，因此對 信號源而言，放大器是它的負載 ，這個等效負載阻抗就定義為放大器的 輸入阻抗 ；對于放大器的 負載來說 ，放大器可等效 為一個信號源 ，這個信號源內(nèi)阻就為放大器的 輸出阻抗 。 放大器的 輸入阻抗 定義為： ???iiiIUZ如果電路中所有的電抗性元件均不予考慮，那么輸入阻抗就可用輸入電阻 來表示： iiiIUR ?放大器的 輸出阻抗 是將負載斷開后，信號源為零時，從輸出端看進去的等效阻抗，可用戴維南定理來求 ，即： 0?????sUoooIUZ3．非線性失真 具有放大作用的電子器件一般都是非線性器件，信號經(jīng)過放大器后，必然產(chǎn)生某種程度的失真。當輸入單一頻率的正弦信號時，輸出信號將是一個周期性的非正弦波，即輸出信號 新的諧波分量 產(chǎn)生，基波頻率和輸入信號頻率相同，為有用信號，諧波分量就是由電子器件的非線性引起的。顯然，諧波成分比例越大，失真就越大。這種因電子器件非線性特性引起的產(chǎn)生新的諧波分量的失真稱為 非線性失真 。 工程上常將諧波功率與基波功率之比定義為非線性失真系數(shù)，用 ?來表示，即： 1PPk???4．頻帶特性 由于放大器中含有電抗元件，所以放大倍數(shù)將隨信號頻率而變化，即： )()()( ???? jeAjAA ???低 頻 區(qū) 中頻區(qū) 高 頻 區(qū) )(??)(?AmA2/mAl? h? ??幅頻特性 相頻特性 通頻帶 5．噪聲系數(shù) 放大器的噪聲系數(shù) NF定義為： oNSiNSF PP PPN )/( )/(?或 dBPP PPdBNoNSiNSF )/()/(lg10)( ?式中 、 分別為輸入、輸出信號功率與噪聲功率的比值。一般地， NF 1，這是由于構(gòu)成放大器的元件如電阻、晶體三極管、場效應(yīng)管及集成放大器等都會產(chǎn)生噪聲，使得輸出信號的信噪比小于輸入信號的信噪比。為了放大微弱信號，要求放大器特別是前置放大器的內(nèi)部噪聲盡可能低。 iNS PP )/( oNS PP )/(212 放大電路的組成 UO C2 RL C1 US RS 放大單元 EC 放大電路一般由這樣幾部分組成 ： 信號源，包括內(nèi)阻 放大單元 負載 耦合元件 電源 放大單元由三極管及周邊元件組稱為三極管放大電路 Uo C2 RL C1 US RS EC RC RB 放大單元由場效應(yīng)管及周邊元件組稱為場效應(yīng)管放大電路 Uo C2 RL C1 Us Rs ED RD RG RS CS 放大單元由場效應(yīng)管及周邊元件組稱為場效應(yīng)管放大電路 Ui RL R1 Rf UO +UCC ?UEE 放大電路正常工作條件： 第一， 必須有直流電源 ，直流電源有兩個作用：一是給放大單元提供正確的偏置，使其工作在放大狀態(tài)，（如使晶體三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）。二是為輸出信號提供能量，信號通過放大電路使輸出電壓或電流得到放大，也就是信號功率得到放大，而直流電源就提供了輸出功率。 第二，必須有一個使信號通過放大器件（如三極管、場效應(yīng)管或運算放大器）輸入端到負載的交流通路。 耦合元件的作用 耦合元件起到 隔離直流耦合交流 的作用，隔離直流是為了使信號源或負載的接入不影響對三極管的正確偏置；耦合交流是要使交流信號盡可能無損失地通過。因此，一般選用容量較大的電容作為耦合電容。而對于由運算放大器組成的放大電路來說，由于其特殊結(jié)構(gòu)，信號直接接入不會對運放內(nèi)的偏置發(fā)生影響，故不需要電容耦合。 由于 分立元件組成的基本放大電路是組成各類放大電路和運算放大器的基礎(chǔ) ，所以對分立元件基本放大器的分析，不但對于掌握基本放大器工作原理，理解信號放大過程是必須的，而且對于幫助理解其它各類放大器的工作原理也是很有必要的。下面 先對晶體三極管放大電路進行分析 。 22 放大器的分析方法 放大電路的分析有 靜態(tài)分析 和 動態(tài)分析 。 靜態(tài)分析是分析 靜態(tài)偏置 是否正確， 靜態(tài)工作點 是否恰當 。 動態(tài)分析是分析放大電路的 性能指標 ，如增益、輸入輸出電阻等。 對于運算放大器組成的放大電路來說，由于在器件集成過程中保證了在給定外加直流電壓條件下靜態(tài)工作點的正確，因此只要外加直流電壓在給定范圍內(nèi)，就不需進行靜態(tài)分析。因此， 只有分立元件電路才進行靜態(tài)分析 。 靜態(tài)和動態(tài)分析又有 圖解法 和 解析法 圖解法比較直觀，但分析精度差，但對于理解信號在放大電路中的放大過程，建立動態(tài)范圍、非線性失真和穩(wěn)定工作點等概念具有直觀的作用。 解析法分析精度較高，是放大電路分析的常用方法。 221 圖解法 UCC Uo Ui C2 C1 RB RC RL （ 1）畫出直流通路 隔直電容開路，信號源和負載對三極管直流無影響，故去掉 得到直流通路 IBEQ UBEQ UCC RB RC UCEQ （ 2）寫出三極管輸入