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i i. i o. + -. + -. R S. 线性无源四端网络. R L. + -. v i. v o. v S. R i. R o. 4.2 放大器的性能指标. 就信号而言,各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络:. 反映放大器性能的主要指标有:. 输入电阻 R i 、. 输出电阻 R o 、. 增益 A. i i. i i. + -. + -. R S. 或. i S. v i. R i. R S. v i. R i. + -. v S. 定义. 4.2.1 输入电阻、输出电阻、增益.
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ii io + - + - RS 线性无源四端网络 RL + - vi vo vS Ri Ro 4.2 放大器的性能指标 就信号而言,各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络: 反映放大器性能的主要指标有: 输入电阻Ri 、 输出电阻Ro、 增益A
ii ii + - + - RS 或 iS vi Ri RS vi Ri + - vS 定义 4.2.1 输入电阻、输出电阻、增益 • 输入电阻 对输入信号源而言,放大器相当于它的一个负载,而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻Ri 。 Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。
io io + - + - Ro 或 ion RL vo Ro RL vo + - vot vot : 负载开路时vi 或ii 在电路输出端产生的开路电压。 ion : 负载短路时vi 或ii 在电路输出端产生的短路电流。 • 输出电阻 对输出负载而言(根据戴维宁定理和诺顿定理),任何放大器均可看作它的信号源,该信号源内阻即放大器输出电阻Ro。
+ - RS RS RL vo + - vS 放大器 放大器 (放大器一般框图) ( Ro的定义) i + - v 定义 输出电阻Ro计算: • 令负载电阻RL开路,信号源为零。 • 在输出端外加电压v,则产生电流i。 Ro反映放大器受负载电阻RL的影响程度。
ii io + - + - ion RS Ro iS vi Ri RL vo RS Ri RL + - + - vS vot Ro 电压放大器 电流放大器 io ii + - + - ion RS Ro iS vi Ri Ro RL RS Ri RL vo + - + - vS vot 互导放大器 互阻放大器 • 小信号放大器四种电路模型
+ - + - RS Ro vi Ri RL vo + - + - vS vot • 增益(放大倍数) 放大器的增益: A = xo / xi 即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。 不同类型放大器输入、输出电量不同,故增益的含义不同。 • 电压放大器 电压增益: 开路电压增益: RO越小,RL对Av影响越小。 源电压增益: Ri越大,RS对Avs影响越小。
ii io ion iS RS Ri RL Ro • 电流放大器 电流增益: 短路电流增益: RO越大,RL对Ai影响越小。 源电流增益: Ri越小,RS对Ais影响越小。 • 互导放大器 互导增益: • 互阻放大器 互阻增益:
理想放大器性能特点 电压放大器: Ri 、Ro 0、Av大且不随RL和信号源而变化。 电流放大器: Ri 0、Ro 、Ai大且不随RL和信号源而变化。 互导放大器: Ri 、Ro 、Ag大且不随RL和信号源而变化。 互阻放大器: Ri 0、 Ro 0、Ar大且不随RL和信号源而变化。
+ - + - RS + - + - vi A1 A2 RL vo + - vo1= vi2 Ri2 vS • 多级放大器 多级放大器可拆分成单级电路进行分析: • 将后级输入电阻作为前级的负载电阻。 • 将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。
频率失真 线性失真 瞬变失真 非线性失真 4.2.2 放大器的失真 放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。 失真类型 • 频率失真 一般而言,放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下,不同频率呈现不同电抗,因而放大器增益应为频率的复函数:
AI 2 幅频特性 A( f )/dB AI 0 f /Hz 增益下降到 时, A( f ) 相频特性 0 f /Hz • 波特图 在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。 增益分贝值: (线性刻度) 通频带: fL fH (线性刻度) (对数刻度) 对应上限频率fH、 及下限频率fL 。 (对数刻度)
频率特性的三个频段 中频段:通频带以内的区域 特点: 放大器的增益、相角均为常数,不随f变化。 原因: 所有电抗影响均可忽略不计。 即极间电容开路、耦合旁路电容短路。 高频段: f > fH 的区域 特点: 频率增大,增益减小并产生附加相移。 极间电容容抗 分流 不能视为开路。 原因: 低频段: f < fH 的区域 特点: 频率减小,增益降低并产生附加相移。 原因: 耦、旁电容容抗 分压 不能视为短路
幅度失真与相位失真 实际输入信号含有众多频率分量,当通过放大器时: 若不同频率信号呈现不同增益 幅度失真 若不同频率信号呈现不同相角 相位失真 幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。 一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。 视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。 由于频率失真由线性电抗元件引起,故称线性失真。 注意:线性失真不产生新的频率成份。
R vi vo + + vi vo 1 C 0.9 - - 0.1 0 t t tr C vi vo + + vi vo R - - 0 t t t1 vo 1 t • 瞬变失真 指放大脉冲信号时,电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。
非线性失真 非线性失真由三极管产生,它产生了新的频率成份。 假设三极管基射间外加电压: 则 利用付氏级数展开得: 非线性失真系数:
VCC VCC VCC RC RC T T + - + - T vo + - + - + - vi + - vi vi vo vo RE (共发) (共集) (共基) 4.3 基本组态放大器 根据三极管(场效应管)在放大器中的不同接法,放大器分为三种基本组态。 注意: 无论何种组态放大器,分析方法均相同。 1)由直流通路确定电路静态工作点。 2)由交流通路画出小信号等效电路,并进行分析。
VCC VCC RB1 RC C2 直流通路 RB1 RC + C1 + + - RS RL vo RB2 + - + RB2 vs RE CE RE 交流通路 + - RS vo RC RL RB1 RB2 + - vs 4.3.1 三种组态放大器的实际电路 • 共发射极放大器
C1 C2 直流通路 + - VCC RC RS RL RB1 RC RE vo + - RB1 VCC vs RB2 CB RB2 RE 交流通路 + - RS RE RC RL vo + - vs • 共基极放大器
VCC VCC RB1 RB1 C1 直流通路 + C2 + + - RS RB2 vo + - RL vs RE RB2 RE 交流通路 RS + - RB1 RB2 + - vs RE RL vo • 共集电极放大器