康第四章 4.1放大器的基本概念

1、放大器分类
按信号特征分： 音频放大器 （放大语音信号）A 视频放大器 （放大图像信号）V 宽带 脉冲放大器 （放大脉冲信号） 放大器 谐振放大器 （放大高频载波或已调制信号） 按信号强弱分： 小信号放大器 （线性放大器、本章） 大信号放大器 （功率、非线性放大器） 按电路结构分： 直流放大器（DC、缓慢变化的。多用于集成电路） 交流放大器 （多用于分立元件电路）
二、增益A（放大倍数）
放大器的增益：A = xo / xi 1、四种增益： 即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。
反映放大电路在输入信号控制下，将电源能量转换为 输出信号能量的能力。 不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同。
其中 AV、Ai太大 常用分贝（dB）表示
Vo AV Vi
第四章
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
放大器基础
放大器的基本概念 基本放大器 差分放大器 电流源电路及其应用 多级放大器 放大器的频率响应
放大器的噪声
*** 4.6 *** 4.7
概
述
放大器是应用最广泛的电子线路。
主要功能:将输入信号进行不失真、放大。
在广播、通信、自动控制、电子测量等各 种电子设备中，放大器是必不可少的组成部 分。
有源线 性四端 网络 Ro
+ RL vo -
Ri
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(4种) 注意：输入、输出电阻为交流电阻。
P162： 有源线性网络中存在的电抗性元件的容 抗与电容值C有关，大小为1/ωC
如电容值C足够小（极间P65、分布电容）， 呈现出很大的容抗可忽略不计，开路。
Ri Rs，Ro RL 2、电流放大器： Ri 0、Ro 、 Ai大且不随RL和信号源而变化。
3、互导放大器： Ri Rs，Ro RL Ri 、Ro 、Ag大且不随RL和信号源而变化。 4、互阻放大器： Ri Rs，Ro RL Ri 0、 Ro 0、Ar大且不随RL和信号源而变化。
20
带宽
直流放大电路的幅频响 应与此有何区别？
0 2 20 fL
2102
2103
2104 fH
f/Hz
普通音响系统放大电路的幅频响应
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、分布电容开路；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、分布电容容抗 分流 不能视为开路。 原因： 低频段： f < fL 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。
3dB 频率点（半功率点）
3dB 频率点（半功率 点）
上限截 止频率
下限截 止频率
fbW=fH-fL
2、频率响应及带宽（频域指标）
新问题：如何避免频率失真？信号的带宽 放大器的带宽 低频区 中频区 高频区
当 f H fL时, BW 0.7 fH
60
20lg|AV|/dB
3dB
若输入50kHz的正弦波 40 是否会产生频率失真？
作用，将电源VCC提供的直流功率，部分地转换为
输出功率。
注意： 电源VCC 不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作 在放大区，同时还是整个电路的能源。 三极管仅是一个换能器。
4.1.2 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：
ii RS + vS + vi io
问：要想减小对信号源的衰减，则希望…？
例3：互导放大器
io Ag 互导增益： vi
vo 互阻增益：Ar ii
Ri越小，RS对Ais影响越小。
(S)
()
例4：互阻放大器
4、小结 P166：小信号放大器四种电路模型
ii
io RL
RS + vS -
+ vi Ri
-
Ro + RL vo iS vot o
+
+ RL vo -
vot Ro ( 1) RL vo
3、源增益：
v o vo v i Ri 源电压增益： Avs v v v Av R R (4-1-21) s i s s i
问：要想减小衰减，则希望…？
Ri越大，RS对Avs影响越小。
源电流增益：
io io ii RS (4-1-22) Ais Ai is ii is RS Ri
i
+
v
-
（放大器一般框图）
（ Ro 的定义）
令信号源为零(vs=0、is=0)，保留受控源(共C有)。
令负载RL开路，在输出端外加v，则产生电流i。 v Ro 定义2: (4-1-12) i Ro 大小反映放大器受负载电阻RL的影响程度。
电路，第五版，2006.3.
P91戴维宁定理：Ro=，一端口中，全部独立电源为 零(vs=0、is=0)，保留受控源后的等效输入电阻。 P90，齐性定理：一端口中，无独立电源，端口U与 端口I成比例关系，且比值定义为端口等效电阻。
(4-1-23)
1、通频带： (对数刻度)
fH f /Hz
0 fL A( f ) 相 (线性刻度)
1 AI 时， 增益下降到 2
频 特 性
对应上限频率fH 、 及下限频率fL 。
0
(对数刻度)
f /Hz
BW0.7 f H f L
(4-1-24)
幅频特性曲线： 实际的信号＝多个正弦波的叠加。 衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。
Ri
vi 定义 Ri ii (4-1-11) Ri 大小表示放大器对输入信号源的获取程度。 左： Ri越大好，右：越小好。
2、输出电阻Ro
定义1
vot Ro ion
(4-1-13)
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 P164：与参数、RS有关。
幅度失真与相位失真，统称放大器的频率失真。 由于频率失真由电容或电感这类线性电抗元件引起，故 称线性失真,它和由三极管的非线性引起的失真不同。 一般，音频放大器的频率失真主要指幅度失真。 音视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。 注意：线性失真不产生新的频率成份。非 =有 相位失真：改变各频率分量之间的相位关系。
Io Ai Ii
Vo () Ar Ii
Io Ag (S) Vi
(4-1-14)
电压增益 20lg AV (dB) 电流增益 20lg Ai (dB)
功率增益 10lg AP (dB)
四种增益间可互相转换。 vi ii Ri，vo io RL (4-1-15)
vot vi
RS
+ vi Ri -
Ro
+ vo -
vS -
+
+ RL vot -
(4-1-18)
电压放大器
RO越小，RL对Av影响越小，与RL几乎 大小无关。
问：要想减小负载的影响，则希望…？
电流放大器
ion 短路电流增益： Ain ii
ii
ion iS i RS Ri Ro
io
RL
两电流增益关系：
Ro io ion RL Ro Ai io ion io Ro Ain ii ii ion RL Ro
(4-1-20)
RO越大，RL对Ai影响越小，与RL几乎 大小无关。
问：要想减小负载的影响，则希望…？
例1：电压放大器
在实验二中， RS Ro vi Ri + + Ri vS vot vi vS Ri RS vi Ri RS RL vS vi vo vot RL Ro
如电容值C足够大（耦合、旁路电容），就 可认为电容容抗可忽略不计，作短路处理。
一、输入电阻、输出电阻
P164与参数、RL有关。
1、输入电阻Ri 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 。
ii ii RS vS + + vi Ri +
或
iS
RS vi -

1 2 VCE iC dt VCEQ I CQ I cm RL 0 2
2
（4-1-9）
VCC VCEQ I CQ RL
PD PC PL （4-1-10）
电源提供的功率PD 除了转换成负载上有用的输出 功率PL 外，其余均消耗在晶体三极管上（ PC ）。
放大器放大的实质：利用三极管的正向受控
幅度失真：上下
对信号的不同频率成分增 益不同，产生的失真。
输入信号
I
相位失真：左右
对信号的不同频率成分相移 不同，产生的失真。

P167
图4-1-7
横轴 lgf刻度
20 lg AV （单位dB）
对数幅频特性 纵轴
波特图的组成 横轴 对数相频特性
lgf刻度
纵轴

幅频特性曲线： A( f )的关系曲线如后。 A
增益分贝值： A( ) dB 20lg A( )
幅 频 特 性
A( f )/dB
A AI I 2
-3dB
Av vo io RL RL Ai vi ii Ri Ri
(4-1-16)
2、负载开路电压和短路的电流增益： 开路电压增益：Avt 两电压增益关系：
RL vo vot RL Ro vo vot RL Av Avt vi vot vi RL Ro vo
三、频率响应
一般，放大器中含有电抗元件(L、C)。在正弦信 号激励下，不同频率呈现不同的电抗。因而，放大 器的增益应为频率的复函数：
A( j ) A( )e
j A ( )
波特图
放大器幅频特性曲线，两个截止频率间，频率范围 从几十Hz到几千MHz，幅度放大倍数从几倍到几十 万倍。如采用线性刻度，不太实际。 为缩短坐标，扩大视野，频率常采用对数刻度，放 大倍数用对数20lg|AV|，相角总在0°～360°之间， 仍用线性刻度。 这样描绘出的频率特性曲线,称为半（单）对数频 率特性曲线或波特图。
四、失真 放大器的失真，指输出信号不能真实重现输入 信号波形的一种物理现象。 幅度失真 频率失真 线性失真 失真类型 瞬变失真 相位失真 非线性失真 1、频率失真分：
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
若不同频率信号呈现不同相角
幅度失真 相位失真
RB
+
-
iB vBE
+ + -
+
vCE
+
（4-1-3）
RL
vCE VCC iC RL （4-1-4）
VBB
-
VCC
放大的实质,一般有
1 P 2 1 输入端： PI 2
v i dt （4-1-5）
0
2

2 vBE iB 0
1 dt VBB IBQ Vsm Ibm（4-1-6） 2
io Ro + vot + RL vo io +
或
ion
Ro
RL vo -
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Ro计算：
RS + vS -
P164与参数、RS有关。 +
放 大 器
Hale Waihona Puke Baidu
RL vo -
RS
放 大 器
4.1
放大器的基本概念
iC
vBE VBB vs VBB vsmsint （4-1-1）
iB I BQ ib I BQ I bm sin t 4-1-2） （
iC iB ib I BQ I Cm sint I CQ
4.1.1 放大的原理与实质
+
i
ion
RS Ri Ro
电压放大器 i
RS vS + + ion
ii
电流放大器
Ro + RL vot +
vi Ri
-
Ro
RL
iS
i
RS
Ri
vo
-
互导放大器
互阻放大器
P166表4-1-1，对设计者的要求。
4、小结：理想放大器性能特点
1、电压放大器： Ri Rs，Ro RL Ri 、Ro 0、 Av大且不随RL和信号源而变化。
输出端：
电源VCC提供的功率：
1 PD 2
2
V
0
2
CC iC dt
VCC I CQ
（4-1-7）
负载电阻RL 上的功率：
1 PL 2

0
2 iC RL dt

2 I CQ RL
1 2 I cm RL 2
（4-1-8）
三极管集电极上的功率：
1 PC 2