放大电路的主要性能指标

11、信号放大的概念一个需要被放大的电信号(例如从天线或传感器得到的信号)，其电压、电流的幅度往往是很小的，通常是毫伏、毫安数量级，甚至是微伏、微安或更小，不足以推动负载(例如喇叭或指示仪表、执行机构)。这个信号被放大以后，它随时间而变化的规律要与放大前严格一致，但是其电压、电流的幅度得到了较大提高。信号的这种变化过程，称为放大。实现放大功能的电子电路称为放大电路(或称为放大器)。2.1.1信号放大的概念2、放大电路的结构示意图(1)放大电路的结构示意图图2-1放大概念示意图1)放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2)输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。3)能够控制能量转换的器件称为有源器件，如半导体三极管、场效应管、集成放大器等。它们是组成放大电路的核心器件。(2)放大电路具有以下基本特点42.1.2放大电路的主要指标放大电路的性能指标可以衡量一个放大器性能的好坏和特点。性能指标主要包括放大倍数(或增益)、输人电阻、输出电阻、通频带等。由于放大电路可以看成是一个有源四端双口网络，为讨论放大电路的性能指标，将放大电路的等效网络重画于图2—2中，并按双口网络的一般约定画出了电流的方向和电压的极性，同时假定输入信号为正弦波，图中的电流和电压均采用向量表示。这样，我们就可以由这个网络的端口特性来描述放大电路的性能指标。5图2-2放大电路示意图6ioXXA根据输入量和输出量的不同．可以有以下四种增益的定义方法。1)电压放大倍数iouuuUUAA为衡量放大电路的放大能力，规定不失真时的输出量与输入量的比值叫做放大电路的放大倍数，或称为增益，即：A1、放大倍数(或增益)72)电流放大倍数ioiiiIIAAioruiIUAA3)互阻放大倍数4)互导放大倍数iogiuUIAA8iopPPA这些增益反映了放大电路在输人信号控制下，将直流电源能量转换为交流输出能量的能力。工程上经常用以10为底的对数来表示电压放大倍数和电流放大倍数的大小，单位是B(贝尔，Bel),也常用它的十分之一单位分贝(dB)。iouUUAlg20ioiIIAlg205)功率放大倍数由于功率与电压(或电流)的平方成比例．因此功率增益的分贝表示为：iopPPAlg1092、输入电阻和输出电阻1)输入电阻ri从放大电路的输入端看进去的等效电阻被称为放大电路的输入电阻，定义为：iiiIUr输入电阻的大小决定了放大电路从信号源得到的信号幅度的大小。如图2-2所示，可得：ssiiiURrrU102）输出电阻ro输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻。定义为0,SLURoooIUr上式表示输出电阻被定义为在输入电压源短路(电流源开路)并保留RS和负载开路(因为负载并不属于放大电路)的情况下，如图2-3所示，放大电路的输出端所加测试电压与其产生的测试电流的比值。11图2-3放大电路的输出电阻'ooLLoUrRRU输出电阻的大小，决定了放大电路带负载的能力。在图2-3中，放大电路的输出信号相当于负载的信号源．放大电路的输出电阻相当于信号源内阻。可以看出，负载上得到的输出电压并不与放大电路开路输出电压相等，它们之间符合这样的关系：oUoU'12Looo1RUUr。实验分析时，在保持输人信号不变的前提下，分别测出放大电路输出端开路和加载(接时的电压和），输出电阻可由下式来决定'UoU3、最大输出幅度在不失真情况下，放大电路的最大输出电压或电流的大小，用Uomax和Iomax表示。134、通频带由于放大电路存在电抗元件或等效电抗元件，信号频率过高或过低，放大倍数都要明显地下降。但是，在中间一段频率范围内，各种电抗的影响都可忽略，放大倍数基本不变，将此放大倍数称为中频放大倍数，记做。使放大倍数下降至()时所对应的高、低频率．分别称上限频率fH及下限频率fL，如图2-4所示。umAumA707.0umA2图2-4放大电路的频率指标14通频带为：LHbWfff5、非线性失真系数D三极管的输入、输出特性曲线是非线件的，即使在放大区也不是完全的线性。因此，输出波形不可避免地要发生失真。这种由于二极管的非线性造成的输出信号失真称为非线性失真。具体表现为：当输入某一频率的正弦交流信号时，输出波形中除了被放大的该频率的基波输出外，还含有一定数量的谐波。谐波的总量与基波成分的比值称为非线性失真系数。15放大器的实际输入信号一般是包含丰富频率分量的复杂信号，而放大电路中有许多电抗参数和分布参数，所以放大电路对输入的不同频率分量具有不同的放大倍数和相移，这样会造成输出信号中各频率分量之间大小、相位等比例关系发生变化，这样，输出波形就必然发生失真。由这种原因造成的波形失真，称为放大器的线性失真，也叫频率失真。6、线性失真167、最大输出功率Pomax和效率η三极管是一个能量控制器件，它能通过三极管的控制作用，把直流电源提供的能量转换成交流电能输出。所以，放大电路的最大输出功率，就是在输出信号不失真时，放大电路向负载提供的最大交流功率，用Pomax来表示。规定放大器的最大输出功率与直流电源提供的功率之比叫做放大器的效率η。效率越高．在交流输入信号的控制下，能量转换能力就越强。17