【文章內(nèi)容簡介】 到纖芯與包層界面上的光有一部分將穿過界面射進包層造成傳輸損耗。第三章 檢測電路 放大電路一個基本放大電路必須有如圖31(a)所示各組成部分：輸入信號源、晶體三極管、輸出負載以及直流電源和相應的偏置電路。其中，直流電源和相應的偏置電路用來為晶體三極管提供靜態(tài)工作點，以保證晶體三極管工作在放大區(qū)。就雙極型晶體三極管而言，就是保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。輸入信號源一般是將非電量變?yōu)殡娏康膿Q能器， 如各種傳感器，將聲音變換為電信號的話筒，將圖像變換為電信號的攝像管等。它所提供的電壓信號或電流信號就是基本放大電路的輸入信號。圖31（b）是最簡單的共發(fā)射極組態(tài)放大器的電路原理圖。我們先介紹各部件的作用。1. 晶體管V 2. 直流電源UCC 3. 基極偏流電阻Rb4. 集電極電阻Rc 5. 耦合電容C C2圖31 放大電路基本組成與共發(fā)射極基本放大電路 （a）放大電路基本組成框圖；（b）電路原理圖在圖31(b)所示基本放放大電路中，我們只要適當選取R b、Rc和UCC的值，三極管就能夠工作在放大區(qū)。下面我們以它為例，分析放大電路的工作原理。1. 無輸入信號時放大器的工作情況：在圖31(b)所示的基本放大電路中， 在接通直流電源UCC后，當ui=0時, 由于基極偏流電阻Rb的作用，晶體管基極就有正向偏流IB流過，由于晶體管的電流放大作用，那么集電極電流IC=βIB，集電極電流在集電極電阻Rc上形成的壓降為UC=ICRc。顯然, 晶體管集電極發(fā)射極間的管壓降為UCE=UCCICRc。當ui=0時，放大電路處于靜態(tài)或叫處于直流工作狀態(tài)， 這時的基極電流IB、集電極電流IC和集電極發(fā)射極電壓UCE用IB 、 ICQ、UCEQ表示。它們在三極管特性曲線上所確定的點就稱為靜態(tài)工作點，其習慣上用Q表示。這些電壓和電流值都是在無信號輸入時的數(shù)值，所以叫靜態(tài)電壓和靜態(tài)電流。2. 輸入交流信號時的工作情況：當在放大器的輸入端加入正弦交流信號電壓ui時，信號電壓ui將和靜態(tài)正偏壓UBE相串連作用于晶體管發(fā)射結(jié)上，加在發(fā)射結(jié)上的電壓瞬時值為uBE=UBE+ui 如果選擇適當?shù)撵o態(tài)電壓值和靜態(tài)電流值，輸入信號電壓的幅值又限制在一定范圍之內(nèi)，則在信號的整個周期內(nèi)，發(fā)射結(jié)上的電壓均能處于輸入特性曲線的直線部分，如圖 32(a)，此時基極電流的瞬時值將隨uBE變化，如圖32(b)?；鶚O電流iB由兩部分組成, 一個是固定不變的靜態(tài)基極電流IB；一個是作正弦變化的交流基極電流ib。iB=IB+ib由于晶體管的電流放大作用， 集電極電流iC將隨基極電流iB變化，如圖32（c）所示。圖32 放大器的工作情況（a） 輸入特性曲線和ui的波形；（b）基極電流的波形；（c）集電極電流的波形；（d）Re上壓降的波形；（e）管壓降的波形同樣，iC也由兩部分組成：一個是固定不變的靜態(tài)集電極電流IC；一個是作正弦變化的交流集電極電流ic。其瞬時值為iC=IC+ic 現(xiàn)在討論集電極電阻Rc上的電壓降uRc。因為uRc=iCRc ， 所以它要隨iC變化，如圖32（d）所示。由于UCC=iCRc +uCE，所以在圖32(d)上，管壓降的瞬時值uCE相當于UCC虛線下面的空白部分。把它單獨畫出，如圖32(e)所示。顯然， uCE也由兩部分組成：一個是固定不變的靜態(tài)管壓降UCE， 另一個是作正弦變化的交流集電極發(fā)射極電壓uce。如果負載電阻RL通過耦合電容C2接到晶體管的集電極發(fā)射極之間，則由于電容C2的隔直作用，負載電阻RL上就不會出現(xiàn)直流電壓。 但對交流信號uce，很容易通過隔直電容C2加到負載電阻RL上，形成輸出電壓uo。如果電容C2的容量足夠大，則對交流信號的容抗很小，忽略其上的壓降，則管壓降的交流成分就是負載上的輸出電壓，因此有uo=uce 把輸出電壓uo和輸入信號電壓ui進行對比，我們可以得到如下結(jié)論：(1) 輸出電壓的波形和輸入信號電壓的波形相同， 只是輸出電壓幅度比輸入電壓大。(2) 輸出電壓與輸入信號電壓相位差為180 。通過以上分析可知, 放大電路工作原理實質(zhì)是用微弱的信號電壓ui通過三極管的控制作用去控制三極管集電極電流iC，iC在RL上形成壓降作為輸出電壓。iC是直流電源UCC提供的。因此三極管的輸出功率實際上是利用三極管的控制作用，直流電能轉(zhuǎn)化成交流電能的功率。 放大電路的主要性能指標分析放大器的性能時, 必須了解放大器有哪些性能指標。 各種小信號放大器都可以用圖33所示的組成框圖表示，圖中Us代表輸入信號電壓源的等效電動勢，Rs代表內(nèi)阻。也可用電流源等效電路。Ui和Ii分別為放大器輸入信號電壓和電流的有效值，RL為負載電阻，Uo和Io分別為放大器輸出信號電壓和電流的有效值。衡量放大器性能的指標很多，現(xiàn)介紹輸入、輸出電阻，增益，頻率失真和非線性失真等基本指標。1. 輸入、 輸出電阻圖33小信號放大器的組成框圖對于輸入信號源， 可把放大器當作它的負載，用ri表示， 稱為放大器的輸入電阻。其定義的放大器輸入端信號電壓對電流的比值，即ri=對于輸出負載RL，可把放大器當作它的信號源，用相應的電壓源或電流源等效電路表示，如圖34（a）和（b）所示。 圖中Ui是將RL移去， Us或者Is在放大器輸出端產(chǎn)生的開路電壓。In是將RL短接，Us或者Is在放大器輸出端產(chǎn)生的短路電流。 ro是等效電流源或電壓源的內(nèi)阻，也就是放大器的輸出電阻。它是在放大器中的獨立電壓源短路或獨立電流源開路、 保留受控源的情況下， 從RL兩端向放大器看進去所呈現(xiàn)的電阻。因此假如在放大器輸出端外加信號電壓U， 計算出由U產(chǎn)生的電流I，則ro=U/I, 如圖34（c）。 ro，ri只是等效意義上的電阻。如在放大器內(nèi)部有電抗元件， ro，ri應為復數(shù)值。2. 增益增益，又稱為放大倍數(shù)，用來衡量放大器放大信號的能力。有電壓增益、電流增益、功率增益等。1） 電流、 電壓增益電壓增益用Au表示，定義為放大器輸出信號電壓與輸入信號電壓的比值。 即圖34 放大器的輸入電阻和輸出電阻因為 ,又 ,所以 。增益Ai和源電流增益同樣, 電流Ais分別定義為 : , ,2） 功率增益功率增益表示放大器放大信號功率的能力， 定義為:一個信號源能夠提供的最大功率，就是信號源加到匹配負載上的功率，我們定義為信號源額定功率, 它是度量信號源功率容量大小的參數(shù)。負載能否得到這么大的功率，取決于負載是否與信號源內(nèi)阻匹配。額定功率與負載大小無關(guān)，而實際得到的功率則與負載大小有關(guān)。3. 頻率失真因放大電路一般含有電抗元件，所以對于不同頻率的輸入信號, 放大器具有不同的放大能力。相應的增益是頻率的復函數(shù)。即上式中， A(ω)是增益的幅值，φA(ω)是增益的相角， 都是頻率的函數(shù)。我們將幅值隨ω變化的特性稱為放大器的幅頻特性，其相應的曲線稱為幅頻特性曲線。 相角隨ω變化的特性稱為放大器的相頻特性，其相應的曲線稱為相頻特性曲線。在工程上，一個實際輸入信號包含許多頻率分量， 放大器不能對所有頻率分量進行等增益放大，那么合成的輸出信號波形就與輸入信號不同。這種波形失真稱為放大器的頻率失真。要把這種失真限制在允許值范圍內(nèi)，則放大器頻率響應曲線中平坦部分的帶寬應大于輸入信號的頻率寬度。 整形電路 整形電路原理整形電路是有低通濾波器和整形器組成，其原理：如圖35所示 它將輸入正弦波的同步信號進行低通濾波排除高頻干擾后轉(zhuǎn)換為方波信號。圖35 整形電路原理圖 脈沖形成電路脈沖形成電路是由積分器，反相器及與門電路組成，其電路原理圖如圖36所示，它的工作波形如圖37所示，該電路能夠?qū)⑤敵龅拿}沖信號轉(zhuǎn)換為同相位的固定脈沖寬度的脈沖信號，通過改變R1，C5的參數(shù)可做到調(diào)整觸發(fā)脈沖的寬度，使其大于60度，封鎖信號位高電平時允許觸發(fā)脈沖輸出，當它為低電平時封鎖脈沖信號，無觸發(fā)脈沖輸出。圖36 脈沖形成電路原理 圖37 脈沖形成電路工作波形獲取矩形脈沖的途徑有很多，例如：1 利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖；2 對已有的信號進行整形，即通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為所要求的矩形脈沖。在采取整形的方案時，是以能夠找到頻率和幅度符合要求的一種已有電壓