第4章 多级放大器和负反馈放大器

第4章多级放大器和负反馈放大器教学重点1．了解多级放大器级间耦合方式、放大倍数及频率特性。

2．掌握反馈的概念和负反馈放大器的分类。

3．了解闭环放大倍数的一般表达式及反馈深度的概念。

4．了解负反馈对放大电路性能的影响。

5．掌握射极输出器的特点。

教学难点1．多级放大器的放大倍数。

2．负反馈放大器反馈类型的判断。

3．射极输出器的特点。

学时分配序号内容学时1 4.1多级放大器 22 4.2负反馈放大器 63 4.3三种组态电路的比较 24 实验五两级阻容耦合放大器 25 实验六负反馈放大电路 26 本章小结与习题7 本章总学时144.1多级放大器多级放大器：把多个单级放大电路串接起来，使输入信号v i经过多次放大的电路。

如图4.1.1所示。

特点：电压放大倍数高，通频带窄。

图4.1.1 多级放大器的框图4.1.1 放大器的级间耦合方式级间耦合：放大器级与级之间的连接，其方式有三种。

如图4.1.2所示。

图4.1.2 多级放大器的三种耦合方式图4.1.3 阻容耦合两级放大电路1．阻容耦合：级间通过电容C2和基极电阻)//(22bb12bRRR连接。

如图4.1.2(a)所示。

由于电容C2的“隔直通交”作用，使各级静态工作点独立；交流信号顺利通过C2输送到下一级。

2．变压器耦合：级间通过变压器T1连接。

如图4.1.2(b)所示。

由于T1初次级之间具有“隔直通交”的性能，使各级静态工作点独立，而交流信号通过T1互感耦合顺利输送到下一级。

3．直接耦合：级间通过导线（或电阻）直接连接。

如图4.1.2(c)所示。

前级输出信号直接输送到下一级；但各级静态工作点相互影响。

对耦合方式的基本要求：一、信号传输无损失；二、静态工作点正常；三、信号失真小，传输效率高。

4.1.2 阻容耦合多级放大器一、阻容耦合多级放大器的放大倍数两级阻容耦合放大器如图4.1.3(a)所示，对应的交流通路如图4.1.3(b)。

设b2b22b12b22b12b22b12b1b21b111b2b11b21b11////RRRRRRRRRRRRRR'=+⨯='=+⨯=第一级的输入电阻为be1be1b1be1b1be11bi1//rrRrRrRr=+'⨯'='=第二级的输入电阻为be2be2b2be2b2be2b2i2//r r R r R r R r =+'⨯'='=第一级交流负载1LR '为 i2c1i2c1L1r R r R R +⨯='第二级交流负载L2R '为 Lc2Lc2L2R R R R R +⨯='由放大倍数的定义得第一级电压放大倍数 be1L111r R A v '-≈β (4.1.1) 第二级电压放大倍数 be2L222r R A v '-≈β (4.1.2)两级电压放大倍数应为 1i i2i2o2i1o2V V V V V V A v ⋅==因为 o1i2V V = 所以 12i1o1i2o2v v v A A V V V V A ⋅=⋅=得 21v v v A A A ⋅= (4.1.3)结论：两级放大器的电压放大倍数υA 等于单级电压放大倍数1υA 与2υA 的乘积。

同理，n 级放大器的放大倍数为vn v v v v A A A A A ⋅⋅⋅⋅⋅=321 (4.1.4)注意，分析多级放大器的放大倍数时要考虑后级对前级的影响。

即把后级的输入电阻作为前级负载来考虑。

[例 4.1.1] 图 4.1.3(a )两级阻容耦合放大器中，按给定的参数，并设两管的4021==ββ，r be1 = 1.3 k Ω，r be2 = 1 k Ω，试估算：(1) 各级的电压放大倍数；(2) 总的电压放大倍数。

解 (1) 先估算有关参数Ω=='Ω=Ω+⨯=='Ω≈=k 25.1//k 91.0k 110110//k 1////L c2L2i2c1L1be2b22b12i2R R R r R R r R R r (2) 估算各级电压放大倍数50k 1k 25.14028k 3.1k 91.040be2L222be1L11-=ΩΩ⨯-='-=-=ΩΩ⨯-='-=r R A r R A v v ββ(3) 总的电压放大倍数1400)50()28(21=-⨯-=⋅=v v v A A A[例4.1.2] 某多级放大器其各级电压增益为：第一级是20 dB 、第二级是30 dB 、第三级为35 dB ，求该放大器总的电压增益是多少分贝？解 该多级放大器总电压增益应为各级电压增益之和。

d Β85d Β)353020(=++=v G[例4.1.3] 有一收音机，其各级功率增益为：天线输入级 -3 dB 、变频级20 dB 、第一中放级30 dB 、第二中放级35 dB 、检波级 -10 dB 、末前级40 dB 、功放级20 dB ，求收音机的总功率增益。

解 总功率增益为各级功率增益之和。

d Β132d Β)2040103530203(=++-+++-=P G二、阻容耦合放大器的频率特性 动画 阻容耦合放大器的频率特性 1．放大器的频率特性理想放大器：对于不同频率的信号具有相同的放大倍数。

实际放大器：对不同频率的信号，放大倍数不一样。

频率特性：放大器的放大倍数与频率之间的关系，又叫频率响应。

单级放大器频响曲线如图4.1.4所示。

可分为三个频段： (1) 中频段信号频率在L f 和H f 之间，放大倍数基本不随信号频率而变化。

中频放大倍数 |o v A |：中频段的放大倍数。

上限频率H f 和下限频率L f ：|A v | 下降到0.707|A v o | 时所对应的两个频率。

通频带BW ：L H f f BW -=(2) 低频段信号频率小于L f ，放大倍数随频率下降而减小。

在低频段，放大倍数下降的主要原因是耦合电容和射极旁路电容的容抗增大、分压作用增大。

(3) 高频段信号频率大于H f ，放大倍数随频率升高而减小。

在高频段，放大倍数下降的主要原因是晶体管结电容的容抗减小、分流作用增大；另外，随频率升高 β 值降低。

2．多级放大器的频率特性两级放大器的通频带如图 4.1.5所示。

两级放大器中频段的电压放大倍数为图4.1.5 两级放大器的通频带 图4.1.4 放大器的频率响应曲线2o 1o o v v vA A A ⋅=' 在L f 和H f 处总电压放大倍数为o 2o 1o 2o 1o 5.05.02121vv v v v A A A A A '==⋅⋅ 可见，两级放大器的L f '和H f '两点间的频率范围比L f 和H f 两点间的频率范围缩小了，如图4.1.5(c )所示。

结论，多级放大器的放大倍数提高了，但通频带比每个单级放大器的通频带窄。

级数越多，通频带越窄。

4.2 负反馈放大器4.2.1 反馈及其分类动画 负反馈类型的判别反馈：把放大器输出端或输出回路的输出信号通过反馈电路送到输入端或输入回路，与输入信号一起控制放大器的过程。

反馈电路：由电阻或电容等元件组成。

如图4.2.1所示。

图中v i 为输入信号，v o 为输出信号，v f 为反馈信号。

反馈的分类及判别方法： 一、正反馈和负反馈正反馈：反馈信号起到增强输入信号的作用。

判断方法：若反馈信号与输入信号同相，则为正反馈。

负反馈：反馈信号起到削弱输入信号的作用。

判断方法：若反馈信号与输入信号反相，则为负反馈。

二、电压反馈和电流反馈电压反馈：如图4.2.2(a )所示，反馈信号与输出电压成正比。

判断方法：把输出端短路，如果反馈信号为零，则为电压反馈。

电流反馈：如图4.2.2(b )所示，反馈信号与输出电流成正比。

判断方法：把输出端短路，如果反馈信号不为零，则为电流反馈。

图4.2.2 电压反馈和电流反馈框图 图4.2.3 串联反馈和并联反馈框图三、串联反馈和并联反馈串联反馈：如图4.2.3(a )所示，净输入电压由输入信号和反馈信号串联而成。

图4.2.1 反馈放大器框图判断方法：把输入端短路，如果反馈信号不为零，则为串联反馈。

并联反馈：如图4.2.3(b )所示，净输入电流由反馈电流与输入电流并联而成。

判断方法：把输入端短路，如果反馈信号为零，则为并联反馈。

[例4.2.1] 判别图4.2.4(a )和(b )电路中反馈元件引进的是何种反馈类型。

解 (1) 电压反馈和电流反馈的判别当输出端分别短路后，图(a )中v f 消失，而图(b )中，管子2V 的2E i 不消失，即v f 不等于零，所以图(a )是电压反馈，图(b )是电流反馈。

(2) 串联反馈和并联反馈的判别当输入端分别短路后，图(a )中v f 不消失，图(b )中的v f 消失，所以图(a )是串联反馈，图(b )是并联反馈。

(3) 正反馈和负反馈的判别采用信号瞬时极性法判别，设某一瞬时，输入信号v i 极性为正“+”，并标注在输入端晶体管基极上，然后根据放大器的信号正向传输方向和反馈电路的信号反向传输方向，在晶体管的发射极、基极和集电极各点标注同一瞬时的信号的极性。

可见，图(a )中反馈到输入回路的v f 的极性是“+”，与输入电压v i 反相，削弱了v i 的作用，所以是负反馈；而图(b )中，反馈到输入端的f i 极性是“-”，它削弱了v i 的作用，所以也是负反馈。

4.2.2 负反馈对放大器性能的改善一、提高了放大倍数的稳定性以图4.2.5电压串联负反馈电路为例作简要说明。

由图可知， 反馈电压 o 212f v R R R v +=反馈系数 ofv v F =(4.2.1) 设v A ——放大器无反馈时的放大倍数； V i ' ——净输入电压；f v A ——加入负反馈后的放大倍数，则'i o i o f v v A v v A v v ==； 因为 ''i o f f i i v FA Fv v v v v v ==+=； 所以 ''i i i v FA v v v += 于是有 v vv v v A FA v FA v A A ⋅+=+⋅=11')1('i i f (4.2.2)即 v v A A <f可见，v A 是f v A 的 )1(v FA +倍，)1(v FA +愈大，f v A 比v A 就愈小。

)1(v FA +：放大器的反馈深度。

如果负反馈很深，即1)1(>>+v FA 时，则FFA A FA A A v v v v v 11f =≈+= (4.2.3)可见，在深度负反馈条件下，反馈放大器的放大倍数A v f 仅取决于反馈系数F ，而与A v 无关。