第四章放大电路性能的提高方法

放大电路性能的提高方法4.1多级放大电路将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。4.1.1多级放大电路的耦合方式常见的耦合方式：

直接耦合阻容耦合变压器耦合4.1多级放大电路4.1.1多级放大电路的耦合方式阻容耦合特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化，尽量不用。C1RC1Rb1+VCCC2RL++T1++Rc2Rb2C3T2+第一级第二级4.1多级放大电路直接耦合特点：(1)

可以放大交流和缓慢变化及直流信号；

(2)

便于集成化。(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；

(4)零点漂移（如何克服）。Rc1Rb1+VCC+T1+Rc2Rb2T24.1多级放大电路变压器耦合变压器可以通过磁路的耦合把原边的交流信号传送到副边，因此它可以作为耦合元件。图中第一级晶体管V1的集电极电阻Rc1换成了变压器T1的原边绕组，变化的电压或电流经T1的副边绕组加到晶体管V2的基极进行第二次放大，而T2把放大了的交流电压和电流加到负载RL上去。4.1多级放大电路特点：（1）前后缀静态工作点也是相互独立的，因为变压器不能传送直流信号。这样，在电路的设计、计算和调试上都比较方便。（2）在传送交流信号的同时，还可以进行电压、电流和阻抗的变换。一个阻值较小的负载，经过变压器的阻抗变换作用，可以变成放大器的最佳负载，使负载上得到最大输出功率。由变压器的工作原理可得

R'L为变压器原边的等效负载，RL为副边的等效负载，n为变压器原边与副边的匝数比。可见只要适当选择匝数比n,就可以把副边的负载RL变换成原边所需要的数值R'L。

4.1多级放大电路变压器耦合方式的缺点是：（1）高频和低频性能都比较差。很明显，它不能传送直流或变化缓慢的信号,所以只能用于交流放大。（2）变压器需要使用有色金属和磁性材料，体积大、成本高，而且无法采用集成工艺。4.1多级放大电路4.1.2多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，n为多级放大电路的级数。输入电阻和输出电阻通常，多级放大电路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出电阻。4.2放大电路的频率响应4.2.1频率响应的基本概念在实际的放大电路中，由于耦合电容的存在，对信号构成了高通电路，即对于频率足够高的信号电容相当于短路，信号几乎毫无损失地通过；而当信号频率低到一定的程度时，电容的容抗不可忽略，信号将在其上产生压降，从而导致放大倍数的数值减小且产生相移。与耦合电容相反，由于半导体极间电容的存在，对信号构成了低通电路，即对于频率足够低的信号相当于开路，对电路不产生影响；而当信号频率高到一定程度时，极间电容将分流，从而导致放大倍数的数值减少且产生相移。4.2放大电路的频率响应Au和φu都是频率的函数，分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。相频响应幅频响应0-90-180-270f0Au(倍数)Au00.707Au0ffLfHBW4.2放大电路的频率响应2、频率响应及带宽

(1)幅频响应及带宽相频响应幅频响应0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW(1)幅频响应及带宽各种不同频率的正弦波放大器放大器对不同频率的放大量如图所示此区域表示放大器对较低频率的信号放大量较小,且随着频率的升高放大量逐渐增大。此区域表示放大器对较高频率的信号放大量亦较小,且随着频率的升高放大量逐渐减小。此区域表示放大器对中频段的信号放大量是最大的,并且对中频率各成份放大量一样。用倍数表示的放大增益上述放大器的性能随输入信号频率的不同而变化的规律称为频率响应。放大器的增益随频率变化的规律，叫做幅频响应。4.2放大电路的频率响应2、频率响应及带宽(1)幅频响应及带宽上限频fH和下限频fL在工程上,有一个很重要的量，称为通频带BW。在幅频响应曲线(亦称幅频特性曲线)上找出放大量为最大值的0.707倍的点，然后作一条水平线。相频响应幅频响应0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW用倍数表示的放大增益此线与曲线在高频段上的交点所对应的频率称为上限频率fH。此线与曲线在低频段上的交点所对应的频率称为下限频率fL。4.2放大电路的频率响应

通频带BW=fH-fL带宽BW=fH-fL在工程设计上，处于通频带BW内的各种频率的信号可视为能通过放大器并得到同一放大量，在通频带以外的各种频率的信号可视为得不到放大而受到衰减。通频带的名称来由于此。相频响应幅频响应0-90-180-270f0Au(dB)Au00.707Au0ffLfHBW用倍数表示的放大增益上限频率fH与下限频率fL之差称为通频带，简称为带宽BW。(1)幅频响应及带宽4.2放大电路的频率响应由于放大电路的通频带有一定的限制，因此对不同频率的信号，放大倍数的幅值不同，相位也不同。当输入信号包含多次谐波时，经过放大电路以后，由于各次谐波被放大的倍数不同，输出后总的波形必将产生失真，这种现象称为放大电路的频率失真。显然，通频带越宽，频率失真越小。4.2放大电路的频率响应4.2.2影响通频带宽度的主要因素影响下限频率fl的因素在低频范围内，级间耦合电容的容抗变大对电路的工作将产生明显的影响。此外，电路的输入电阻ri对下限频率fl也有影响。影响上限频率fh的因素在高频范围内，耦合电容的作用显然可以忽略不计，但此时晶体管的结电容（发射结和集电结的结电容）、电路的分布电容却对电流有很强的分流作用，从而使放大倍数下降。此外，晶体三极管的β值在高频时也会下降，这也将导致放大倍数下降。总之，为了提高上限频率，必须选用结电容小、特征频率fT高4.2放大电路的频率响应4.2.3多级放大电路的频率响应多级放大电路的幅频特性和相频特性曲线是各级频率特性曲线的叠加，多级放大电路的频率特性曲线如图。多级放大电路的通频带要比组成它的每一级的通频带窄。4.3放大电路中的反馈4.3.1反馈的基本概念反馈概念的建立在基本放大器中，信号由输入端加入，经过放大电路放大后，从输出端取出，这是信号的正向传输方向。“馈”是输送的意思，反馈就是信号（部分或全部）从输出端反向送回输入端。用以实现反方向传输信号的电路称为反馈电路，带有反馈电路的放大器称为反馈放大器反馈的一般表达式

反馈放大电路的方框图AFXi'XiXfXo4.3放大电路中的反馈反馈放大电路的基本关系式有：（1）基本放大电路的放大倍数：即电路未引入负反馈时的放大倍数，也称负反馈电路的开环放大倍数。（2）反馈系数：（3）反馈放大倍数：即电路引入负反馈后的放大倍数，也称负反馈电路的闭环放大倍数。引入负反馈后的净输入信号为：整理后可得：式中，是一个描述负反馈量大小的物理量，称为反馈深度。反馈深度越大，负反馈放大电路的闭环放大倍数Af与基本放大电路的放大倍数A相比，其减小的量也越大4.3放大电路中的反馈4.3.2反馈的分类和判别正反馈和负反馈根据反馈的极性的不同，可以分为正反馈和负反馈。若送回输入回路的反馈信号使输入信号减小，则称为负反馈；反之，称为正反馈。若AF为正，则Af<A,为负反馈；若AF为负，则Af>A,为正反馈。将与相乘，可得：可见Xf与Xi'相同时，AF为正，电路为负反馈；Xf与Xi'反相时，AF为负，电路为正反馈。因此，可根据Xf与Xi'的相位，用“瞬时极性法”来判断反馈极性例题见书4.3放大电路中的反馈判断图中电路的反馈极性4.3放大电路中的反馈电压反馈与电流反馈判断是电压反馈还是电流反馈时，常用“输出短路法”，即假设负载短路（RL=0），使输出电压uo=0，看反馈信号是否还存在。若存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压负反馈；若反馈信号不存在了，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是和输出电流成比例，是电流负反馈。

4.3放大电路中的反馈串联反馈和并联反馈根据反馈信号与输入信号的关系，可以分成串联反馈与并联反馈两类。判断是串联负反馈还是并联负反馈主要是根据反馈信号、原输入信号和净输入信号在电路输入端的连接方式和特点，判断方法有两种：1.若反馈信号和输入信号是在输入端以电流方式求和的，则为并联负反馈；若反馈信号和输入信号是在输入端以电压方式求和的，即为串联负反馈。2.将输入信号交流短路后，若反馈信号消失了，则为并联反馈；否则为串联反馈。

4.3放大电路中的反馈4.3.3反馈放大器的四种基本类型按照反馈网络与基本放大电路在输出、输入端的连接方式不同，负反馈电路具有4种典型反馈形式：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈。4.3放大电路中的反馈试判别图中电路的反馈类型4.4负反馈对放大器性能的影响电路中引入负反馈后，一般造成电压放大倍数的下降，反馈电压IeRe越大，电压放大倍数下降越多。虽然负反馈引起Au下降，但换来的却是放大电路稳定性的提高。提高放大电路的稳定性，是放大电路中至关重要的一个环节。串联负反馈使输入电阻增大，并联负反馈则使输入电阻减小。电压负反馈使输出电阻减小；电流负反馈使输出电阻增加。当输入正弦信号的幅度较大时，输出波形引入负反馈后，将使放大电路的闭环电压传输特性曲线变平缓，线性范围明显展宽。在深度负反馈条件下，若反馈网络由纯电阻构成，则闭环电压传输特性曲线在很宽的范围内接近于直线，即负反馈可减小放大电路的非线性失真。既然负反馈具有稳定放大电路的作用，当然信号频率的变化引起的电压放大倍数的变化