基本放大器的性能

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1、 16.4 基 本 放 大 器 的 性 能 各 种 放 大 器 均 可 统 一 表 示 为 如 图 16-32所 示 的 组 成 框 图 。 图 中 ， US ， RS代 表 输 入 信 号 电 压 源 的 等 效 电 动 势 和 内 阻 。RL为 放 大 器 负 载 。 图 中 所 标 注 的 电 压 和 电 流 均 为 交 流 有 效 值 ，方 向 为 假 定 正 方 向 。 衡 量 放 大 器 放 大 性能 的 主 要 指 标 是 增益 、 输 入 电 阻 、 输 出 电阻 、 频 率 失 真 和 非 线 性失 真 等 。一 . 放 大 器 的 性 能 指 标 线 性 有 源 四 端 网

2、 络A RL U0USRS IiUi R0I0Ri图 16-32 小 信 号 放 大 器 的 组 成 框 图第 (35)页 图 16-33 放 大 器 输 出 电 阻四 端 网 络 U0RS R0I01. 输 入 电 阻 ： 定 义2. 输 出 电 阻 ： 将 信 号 源 US短 路 （ 如 为 电 流 源 应 开 路 ） ， 输出 端 加 电 压 U0， 如 产 生 电 流 I0， 则 定 义 iiIUiR 000 IUR 3. 增 益包 括 电 压 增 益 （ 又 称 电 压放 大 倍 数 ） ， 电 流 增 益（ 又 称 电 流 放 大 倍 数 ） 以及 功 率 增 益 （ 功 率 放

3、大 倍数 ） (1). 电 压 增 益 . 定 义 称 为 外 观 电 压 增 益 （ 简 称 电 压 增 益 ） . 定 义 称 为 源 电 压 增 益 。 iOUUuA sOUUusA 放 大 器 RLU0US RS UiRi电 压 源 AuA us 负 载图 16-34 电 压 增 益Si iSiiO RRRuUUUUus AA （ 16-30）两 者 之 间 关 系 是 ： (2). 电 流 增 益 . 外 观 电 流 增 益 （ 简 称 电 流 增 益 ） . 源 电 流 增 益两 者 关 系 ： （ 16-30）iOIIiA sOIIisA is ssiiOsO RRRiIIIII

4、Iis AA 图 16-35 电 流 增 益放 大 器 RLU0RSIi I0RiISIS电 流 源 负 载AiAis (3). 功 率 增 益(4). 电 压 增 益 的 一 般 表 达 式 任 何 放 大 电 路 （ 不 管 采 用 什么 连 接 方 式 ， 不 管 是 单 级 或 多级 ） ， 在 图 16-37中 我 们 用 四 端网 络 框 图 来 表 示 。 iOPPPA 图 16-36 功 率 增 益放 大 器 RLPi P0 放 大 系 统 U 0IiUi R0I0Ri LR图 16-37 一 般 放 大 系 统第 (36)页 该 系 统 的 电 流 增 益 ， 输 入 阻 抗

5、 为 Ri ， 则 该 电 路系 统 的 电 压 增 益 iOIIiA iLii LiO RRiRI RIUUu AA 0 （ 16-32） 如 果 放 大 系 统 是 同 相 放 大 器 ， 式 （ 16-32） 取 正 号 ， 正 号 可 以省 去 ； 如 果 是 反 相 放 大 器 ， 应 取 负 号 。 同 时 ， 注 意 Ai 与 Ri 应 该 相互 对 应 。 4. 频 率 响 应 它 表 示 放 大 器 的 增 益 与 信 号 频 率 之 间 的 关 系 。 由 于 放 大 电 路一 般 含 有 电 抗 元 件 ， 因 而 放 大 器 对 于 不 同 频 率 的 输 入 信 号

6、具 有 不同 的 放 大 能 力 。 这 样 ， 相 应 的 增 益 应 是 频 率 的 复 函 数 ， 即 )()()( AjeAjAA 式 中 ， A（ ） 是 增 益 的 幅 值 ， A()是 增 益 的 相 角 ， 图16-38是 相 应 的 曲 线 。 幅 值 随 变 化 的 特 性 A()称 为 幅 频 特 性 ；相 角 随 变 化 的 特 性 A()称 为 相 频 特 性 。两 者 统 称 为 放 大 器 的 频 率 特 性 （ 或 频 率 响应 ） ， 由 图 16-38（ a） 可 见 ， 信 号 频 率 太 高或 太 低 A()均 要 降 低 。A 0称 为 中 频 增 益

7、 ， A() 降 为 时 ，对 应 的 频 率 fL及 fH分 别 称 为 下 限 频 率 及 上 限频 率 ， 放 大 器 的 频 带 宽 度 定 义 为 :20ALH ffBW 7.0 A() A0 fL fH0.7BW20A 00 A() (a)(b)图 16-38 频 率 响 应 曲 线 二 . 放 大 器 性 能 分 析 的 一 般 步 骤1 步 骤 ： 根 据 实 用 电 路 画 出 交 流 通 路 （ 又 称 交 流 等 效 电 路 ） 用 混 合 型 等 效 电 路 取 代 三 极 管 根 据 克 希 荷 夫 定 律 列 电 路 方 程 ， 求 解 ， 获 得 放 大 器2.

8、交 流 通 路交 流 通 路 是 指 与 分 析 交 流 工 作 状 态 有 关 的 电 路 (无 关的 删 去 )， 它 反 映 出 交 流 分 量 流 通 的 路 径 。各 项 性 能 指 标 以 图 16-39(a)为 例 ， 直 流 电 源 UCC不 产 生 交 流 压 降 ， 可 认 为 交流 短 路 ;直 流 电 源 一 端 往 往 接 地 ,电 源 短 路 即 意 味 着 电 源 端 接地 。 电 容 C1 C2 CE是 电 介 电 容 ,电 容 量 大 ,容 抗 几 乎 为 零 ，可 认 为 交 流 短 路 ,于 是 便 得图 16-39(b)交 流 通 路 。图 中 注 出

9、交 流 电 流 的 流 向 。3.画 交 流 通 路 的 原 则 : .大 电 感 量 电 感 开 路 ， 因 为 L .直 流 电 源 端 接 地 。 .大 电 容 量 电 容 短 路 ， 因 为 01 c 图 16-39C1 RCRS RLU0 UCCRB2 C2RB1US RE CE RCRS RL U0RB2RB1US icib ie iR iLicib (a) 实 用 电 路(b) 交 流 通 路第 (37)页 按 画 交 流 通 路 的 原 则 ， 首 先 画 出 图 16-40(a)实 用 电 路 的 交流 通 路 ， 如 图 16-40(b)， 再 把 三 极 管 用 混 合

10、型 等 效 电 路 代替 ， 便 得 图 16- 40(c) 或 图 16-40(d) 。三 . 共 发 射 极 放 大 电 路 分 析根 据 微 变 等 效 电 路 ， 求 放 大 器 性 能 指 标 如 下 :1.共 发 输 入 电 阻按 定 义 Bbeiii RrIUR / (16-33)2.(外 观 )电 压 增 益 beb Liu rI RIUUA 00一 般 r ceRL ， 故 I0Ib 解 答 图 16-40共 发 射 极 电 路 交 流 分 析C1 RCRS RLU0 UCCRB2 C2RB1US RE CE (a) 实 用 电 路 RCRS RL U0RB2RB1US (b

11、)交 流 通 路Cbbr B BE rceebr ebu ebgm u RSUS RC RL U0RB2RB1 Ui (c)微 变 等 效 电 路 (之 一 ) Cbbr B BE rceebr ebu RSUS U0 Ui RB LRb =RL/RCLRRB=RB1/RB2Ii Ib I0(d)微 变 等 效 电 路 (之 二 ) 3.电 流 增 益 beB Bibbii rR RIIIIIIA 00 (16-35)于 是 beLu rRA (16-34)4.输 出 电 阻按 定 义 ， 它 应 该 是 在 US=0的 条 件 下 ， 由 负 载 端 向 放 大 器 看进 去 的 一 个 电

12、 阻 ，由 于 r ceRC故 R0 RC (16-37) R0 = rce/RC (16-36) 放 大 器 RCRS R0rce图 16-41 注 :公 式 (16-34)亦 可 根 据 式 (16-32)直 接 求 得 ，只 要 把 式 (16-33)及 式 (16-35)代 入 式 (16-32)即可 : beLBbe Bbe LbeB BiLiu rRRr RrRrR RRRAA 四 . 共 基 极 放 大 电 路 分 析图 16-42(a)是 共 基 放 大 器 实 用 电 路 ， 发 射 极 有 电 阻 RE使 发 射 极 有直 流 通 路 ， 电 源 经 R B1与 RB2分

13、压 ,给 NPN管 基 极 有 一 正 向 偏 置 电压 交 流 通 路 为 图 16-42(b)， 根 据 交 流 电 流 的 通 路 ， 该 放 大 器 输 入与 输 出 交 流 信 号 相 位 一 致 ， 故 共 基 放 大 器 是 同 相 放 大 器 ， 图 16-42(c)是 微 变 等 效 电 路 。注 意 :用 三 极 管 微 变 等 效 电 路 代 替 三 极 管 时 管 子 各 引 线 脚 必 须一 一 对 应 !*第 (38)页 RSUS UiC1 RC RLRB2 C2RB1RE U0 UCC(a) 实 用 电 路RSUS ui RC RLRE u0 iRE ib ic=

14、i0 iRC iLii ie(b) 交 流 通 路R SUS Ui RC RLRE u0 IRE IbIi rceRi R0Ie E CBrbe Ic=Ib(忽 略 )(c)微 变 等 效 电 路 图 16-42共 基 极 放 大 电 路 1. 输 入 电 阻按 定 义 bbRE iiii III UIUR EiRE RUI beib rUI eEbeEbeEbeiEi ii rRrRrRrURU UR /)1/()1(1 1)1( (16-38)一 般 R Ere故 1 beei rrR 根 据 图 16-42(c)微 变 等 效 电 路 ， 求 共 基 放 大 器 性 能 指 标 如 下

15、:RERi 1 bee rr图 16-43 共 基 放 大 器 输 入 阻 抗 2.电 流 增 益 eE Eieeii rRRIIIIIIA 00 1iA beLbeb LCCiu rRrI RRIUUA )/(0 (16-39)一 般 REre故3.外 观 电 压 增 益负 号 表 示 输 出 电 流 方 向 与 假 定 方 向 相 反(16-40)可 见 ， 共 基 放 大 器 的 外 观 电 压 增 益 与 共 发 放 大 器 相 同 。外 观 电 压 增 益 亦 可 代 入 式 (16-32)求 得 。 beLeE LeE EiLiu rRrRRrRRRRAA /1因 为4. 输 出

16、电 阻五 . 共 集 电 极 放 大 电 路 分 析R0 RC （ 16-41）如 图 16-44。1.输 入 电 阻 Ri = RB/Ribii IUR ( 16-42 )式 中第 (39)页 RS RL U0UCCRB2 C2RB1US RE (a) 共 集 放 大 器 实 用 电 路 RS RL U0RB2RB1US (b)共 集 放 大 器 交 流 通 路 之 一ib icRE (c)交 流 通 路 (之 二 )RS RBUS LRRiIi Ib ic iRUi Ie U0=RL/RELRRB=RB1/RB2 图 16-44 共 集 电 极 放 大 器RS RBUS Ii Ib Ui

17、Ie U0 rbe IcIbRLREB E C(d)微 变 等 效 电 路 则 Lbebii RrIUR )1( ( 16-43 )上 式 右 边 第 二 项 是 RL折 算 到 基 极 的 值 ， 当 满 足 (1+)RLrbe以及 RBRi时 ， 0UUU bei bebbe rIU LbLe RIRIU )1(0 bLbebi IRrIU )1( )1( Lbeb RrI 而 Ri (1+)RL Lbe Lib Leiu Rr RRI RIUUA )1()1(0 ( 1 6-45 )负 号 表 示 实 际 方 向 与 假 定 方 向 相 反3. 外 观 电 压 增 益2.电 流 增 益

18、ibbeibbii IIIIIIIIIIA 00 iB BRR R )1( ( 16-44 )一 般 (1+)RLrbe 则 Au 1 ( 16-46 ) 4. 输 出 电 阻利 用 微 变 等 效 电 路 来 求 R0，如 图 16-45所 示 ， 将 电 压 源 短 路 ，外 加 电 压 U0， 若 产 生 I0，则 按 定 义 : 000 IUR ( ) ERb III 10结 论 :式 (16-46)表 明 ， 共 集 电 极 电 路 输 出 电 压 与 输 入 电 压 同 相 ， 而且 U0Ui， 因 而 输 出 端 电 位 跟 随 着 输 入 端 电 位的 变 化 而 变 化 ，

19、故 共 集 放 大 器 又 称 射 极 跟 随 器 。由 于 它 的 输 出 端 是 在 发 射 极 上 ， 故 又 称 射 极 输 出 器 。而 Sbeb Rr UI 0 ER RUI E 0 图 16-45RS RB Ib Ie U0 IbREB E C(a)求 R0的 微 变 等 效 电 路IRE I0R0berSR = RS/RB U0RE R0I0 1 Sbe Rr(b) 共 集 放 大 器 输 出 电 阻 R 0第 (40)页 1 SbeE RrR故 ESbeESbe RRrRRrR /)1(11 10 ( 16-47 ) 1 Sbe Rr式 (16-47)表 明 ， 共 集 放

20、大 器 的 输 出 电 阻 包 含 两 部 分 ：RE和 三 极 管 接 成 共 集 连 接 时 的 输 出 电 阻一 般故 Sbe RrR 0 （ 16-48） 结 论 ：综 上 所 述 ， 共 集 放 大 器 的 主 要 特 点 是 电 压 放 大 倍 数 接 近 1；输 入 电 阻 高 ； 输 出 电 阻 低 。射 极 输 出 器 的 输 出 电 阻 远 比 共 发 或 共 基 低 ，因 而 它 具 有 恒 压 输 出 特 性 。表 16-2是 三 种 组 态 放 大 电 路 基 本 特 性 比 较 。例 16-4 共 发 射 极 放 大 器 实 用 电 路 如 图 16-46(a)，

21、已 知 UBEQ=0.7伏 ， (3).求 外 观 电 压 增 益 ， C 1 C2 CE 对 交 流(2).画 出 交 流 通 路(1).估 算 集 电 极 静 态 工 作 点 电 流 ICQ及 UCEQ =100, bb=400均 可 认 为 短 路 。 iu UUA 0 性 能 共 射 电 路 共 集 电 路 共 基 电 路电 压 放 大 倍 数 大(几 十 至 几 百 ) 小(小 于 1) 大(几 十 至 几 百 )电 流 放 大 倍 数 大() 大(+1) 小( )功 率 放 大 倍 数 大(几 千 ) 小(几 千 ) 中(几 百 )输 入 电 阻 中(几 百 欧 至 几 千 欧 )

22、 大(几 十 千 欧 ) 小(几 欧 至 几 十 欧 )输 出 电 阻 (不 包 直 流 负 载 电 阻 ) 中(几 百 欧 至 几 千 欧 ) 小(几 至 几 十 欧 ) 大(几 百 千 欧 ) 频 率 特 性 差 好 最 好 主 要 用 途 功 率 放 大 倍 数 最 大 ,使 用 最 为 广 泛 用 于 高 输 入 电 阻 ,低 输出 电 阻 电 路 及 阻 抗 变换 电 路 用 于 高 频 电 路 表 2-2BJT三 种 组 态 放 大 电 路 基 本 特 性 比 较组 态 解 ： 由 图 16-46(c)及 相 应 公 式 (16-17)EB BEQBBBQ RR UUI )1( A

23、m AKK V 1001.01)1100(83.2 )7.07.1( RB = RB1/RB2 = 2.83 KUBB = 1.7伏I CQ = IBQ = 100 10 A = 1mAUCEQ =UCC-ICQRC - IEQRE UCC - ICQ(RE+RC) = 8V (1)根 据 戴 维 南 定 理 ， 由 图 16-46(b)电 路 ，求 出 第 (41)页 RCRS RL U0RB2RB1US (d)交 流 通 路 (图 中 电 流 电 压 均 为 实 际 方 向 ) UiIi Ib Ic C1 RCRS RLU0 UCCRB2 C2RB1US RE CE (a) 3.3K20K

24、 +12V3K1K 3K UCC +12V RB2RB13.3K20K B RBUBB(b)RBUBB UBEQ(1+)REIBQ (c) 返 回 返 回返 回 返 回 (2).交 流 通 路 如 图 16-46(d)所 示(3).根 据 外 观 增 益 公 式 即 式 (16-34):beLu rRA EQbbbe Irr 26)1( 126)1001(400 33000 5.1/ LCL RRR 5035.1100 uA代 入 已 知 数 ， 得 : VURR RU CCBB BB 7.121 2 注 意 :计 算 如 下 (参 阅 图 16-47) .求 基 极 直 流 电 位 ， 一

25、般 流 过 RB1及 RB2的 直 流 电 流 远 大 于 IBQ 故在 工 程 上 常 采 用 近 似 的 方 法 以 简 化 计 算 步 骤 ，本 例 题 亦 可 按 下 列 简 化 步 骤 进 行 :RCRB1RB2 RE +UCC(a)直 流 通 路3.3K20K 3K1K +12VUB UEIEQICQ RS U0RBUS UiIb Ic rbe LR3K=100(b)交 流 通 路图 16-47CEQCQEQEB UIIUU rbe Au 求 发 射 极 直 流 电 位 求 发 射 极 静 态 电 流 求 集 电 极 静 态 工 作 点 电 流 求 CE之 间 静 态 电 压 降

26、求 共 发 交 流 输 入 电 阻 VVUUU BEQBE 1)7.07.1( m AKVRUI EEEQ 111 RCRB1RB2 RE +UCC(a)直 流 通 路3.3K20K 3K1K +12VUB UER S U0RBUS UiIb Ic IEQICQrbe LR3K=100(b)交 流 通 路图 16-47m AII EQCQ 1 ( ) VRRIUU CECQCCCEQ 8 ( ) KIrr EQbbbe 3261 第 (42)页 .求 外 观 电 压 增 益 beLu rRA KRRR CLL 5.1/ 例 16-5 发 射 极 输 出 器 如 图 16-48所 示 ，60 求

27、 ： (1)估 算 静 态 工 作 点 ， (2)A u ， Ri， R0解 : EB BEQCCBQ RR UUI )1( (1).选 取 UBEQ=0.6伏 ， 代 入 已 知 条 件5035.1100 KkAu 倍已 知 ： ， RS RL U0UCCC2RBUS RE (a) (b)RS RBUS RiIi Ib ic iR U0iB iCRi uCEuBE +12V200K100 iR 2K 2KLR = RE/RL=1KUi RE RL2K 2K200K100 R0图 15-48 Am AKKIBQ 35035.02)601(200 6.012 ( ) CQBQEQ Im AII 14.21 VKm ARIUU EEQCCCEQ 7.7214.212 KKIr EQbe 104.126)1(300 98.0)1( )1( beL Lu rR RA (2). 10 Sbe RrR BSS RRR / 7.18601 10010400 R已 知故 iBi RRR / KRrR Lbei 62)1( KKK kKRi 4762200 62200 KKKRRR LEL 12/2/ 式 中