多级放大器和负反馈放大器.

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1、 第 4 章 多级放大器和反馈放大器 本章学习目标 4.1 晶体二极管 4.2 负反馈放大器 4.3 三种组态电路性能比较 本章小结 本章学习目标 1. 清楚多级放大器间耦合方式。 2. 理解阻容放大器的频率特性，理解通频带的概念。 3. 理解反馈的概念，清楚反馈的分类，掌握判别反馈 的方法。 4. 理解负反馈对放大器性能的影响。 5. 清楚射极输出器的电路组成，掌握该电路输入电阻 、输出电阻的工作特点。 6. 了解三种组态的电路性能。 4.1 多级放大器 4.1.1 放大器的级间耦合方式 4.1.2 阻容耦合多级放大器 4.1 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

2、vi 经过多次放大的电路。 特点：电压放大倍数高，通频带窄。 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：阻 容耦合、变压器耦合、直接耦合。 1阻容耦合：级间通过电容 C2 和基极电阻 Rb(Rb12 / Rb22) 连接。 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。由于 T1 一、二 次线圈之间具有“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。前级输出 信号直接输

3、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： (1)信号传输无损失。 (2)静态工作正常。 (3)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 电路： 交流通路： 一、阻容耦合多级放大器的放大倍数 第一级的输入电阻为 第二级的输入电阻为 第一级交流负载为 第二级交流负载为 一、阻容耦合多级放大器的放大倍数 由放大倍数的定义得 第一级电压放大倍数 第二级电压放大倍数 两级电压放大倍数应为 因 Vi2 = Vo1 所以 得 Av = Av1 Av2 结论： 两级放大器的电压放大倍数 Av 等于单级电压放大倍数 Av1 与 Av2 的乘

4、积。 同理，n 级放大器的放大倍数为 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 两级阻容耦合 放大器中，按给定的参数，并 设两管的 1 = 2 = 40，rbe1 = 1.3 k ，rbe2 = 1 k，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 (2)估算各级电压放大倍数 (3)总的电压放大倍数 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

5、级电压增益之和 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。 二、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，又称为 频率响应。 单级放大器频响曲线 (1)中频段 信号频率在 fL 和 fH 之间，放大倍数基本不 随信号频率而变化。

6、中频放大倍数|Avo|：中频段的放大倍数。 上限频率 fH 和下限频率 fL：|Av|下降到 0.707|Av| 时 所对应的两个频率。 通频带 BW： 可分为三个频段： (2)低频段 信号频率小于 fL，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 fH ，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，频 率升高， 值降低。 2多级放大器的频率特性 两级放大器的通频带： 在 fL 和 fH 处总电压放大倍数 为 可见，两级放大器的

7、 fL 和 fH 两点间的频率范围比 fL 和 fH 的范围减小了。 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。 两级放大器中频段的电压放大 倍数为 。 两级放大器的通频带 4.2 负反馈放大器 4.2.1 反馈及其分类 4.2.2 负反馈对放大器性能的改善 4.2.3 射极输出器 4.2.1 反馈及其分类 反馈放大器框图 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。 图中 vi 为输入信号，vo 为输出信号，vf 为反馈信号。 反馈的分类及

8、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：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：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。 三、串联反馈和并联反馈 串联反馈：净输入电压由输入信号和反馈信号串联而成。 判断方法：把输入端短路，如果反馈信号为零，则为并联 反馈。 判断方法：把输入端短路，如

9、果反馈信号不为零，则为串 联反馈。 并联反馈：净输入电流由反馈电流与输入电流并联而成。 例 4.2.1 判别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 vf 消失，而图(b)中，管子 V2 的 iE2 不消失，即 vf 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 vf 不消失，图(b)中的 vf 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 vi 极性 为正“+”，并标注在输入

10、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 vf 的极性是“+”，与输 入电压 vi 反相，削弱了 vf 的作用，所以是负反馈；而图(b)中 ，反馈到输入端的 vf 极性是“-”，它削弱了 vi 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 由图可知， 反馈电压 反馈系数 电压串联负反馈的电路框图 设 Av 放大器无反馈时的放大倍数； vi 净输入电压； Avf 加入负反馈后的放大倍数，则 因 故 所以 即 Avf

11、 1 时，则 可见，在深度负反馈条件下，反馈放大器的放大倍数 Avf 仅取决于反馈系数 F，而与 Av 无关。当晶体管参数、电源电压 、环境温度及元件参数发生变化时，负反馈放大器的放大倍数 受其影响很小，基本不变，从而使放大倍数稳定性获得了提高 。 结论：负反馈使放大器放大倍数减小 (1 + FAv) 倍；在深度 负反馈条件下负反馈放大器的放大倍数很稳定。 二、改善了放大器的频率特性 无反馈时，中频段的电压放大倍数为 | Avo |，其上、下 限频率分别为 fH 和 fL。加入负反馈后，中频段的电压放大倍 数下降到 | Avo | 。 负反馈对频响的改善 而高频段和低频段由于 原放大倍数较小其

12、反馈量相 对于中频段要小，因此放大 倍数的下降量相对中频段要 少，使放大器的频率特性变 得平坦。 即通频带展宽了，使放大器的频率特性得到改善。 三、减小了放大器的波形失真 在图中。设无反馈时，输入信号 vi 为正弦波(A半周与B 半周一样大)，由于晶体管特性曲线的非线性，放大器输出信 号 vo 发生了失真，出现了 A 半周大、B 半周小的波形。 加入负反馈后， 反馈信号 vf 与输入信号 vi 进行叠加， 产生一个 A 半周小、B 半周大的预失真信号 vi ，再经放大器 放大，由于放大器对 A 半周放大能力较大，从而使输出信号 vo 中A半周与 B 半周的差异缩小了，因此放大器的输出波形得到

13、了改善。 四、改变了放大器的输入电阻、输出电阻 放大器引入负反馈后，输入电阻的改变取决于反馈电路与 输入端的联接方式；输出电阻的改变取决于反馈量的性质。 1输入电阻的改变 对于串联负反馈，在输入电压 vi 不变时，反馈电压 vf 削 减了输入电压 vi 对输入回路的作用，使净输入电压 vi 减小，致 使输入电流 ii 减小，相当于输入电阻增大。即串联负反馈增大 输入电阻。 对于并联负反馈，在输入电压 vi 不变时，反馈电流 if 的 分流作用致使输入电流 ii 增加，相当于输入电阻减小。即并联 负反馈减小输入电阻。 2输出电阻的改变 电压负反馈维持输出电压不受负载电阻变动的影响而趋于 恒定，说

14、明输出电阻比无反馈时输出电阻要小；而电流负反馈 维持输出电流不受负载电阻变动的影响而趋于恒定，说明输出 电阻比无反馈时输出电阻要大。即电压负反馈使输出电阻减小 ；电流负反馈使输出电阻增大。 结论：放大器引入负反馈后，使放大倍数下降；但提高 了放大倍数的稳定性；扩展了通频带；减小了非线性失真； 改变了输入、输出电阻。 4.2.3 射极输出器 一、反馈类型 电路如图所示。其反馈信号 vf 取自发射极，若输出端短路 ，则 vf = 0 ，所以是电压反馈。用瞬时极性法判别，可得 vb 和 ve(即 vf )极性相同，反馈信号削弱了输入信号的作用，所以 是负反馈。 在输入回路 vi = vbe + vf

15、 ，所以是串联反馈。综合看来，电 路的反馈类型为电压串联负反馈放大器。 由于信号是从晶体管基极输入、 发射极输出，集电极作为输入、输出 公共端，故为共集电极电路，又称为 射极输出。 二、性能分析 交流通路 1电压放大倍数 vbe 一般很小，则 vo vi。 于是电压放大倍数为 可见，射极输出器的输出电压近 似等于输入电压，电压放大倍数约等 于1，而且输出电压的相位与输入电压 相同，故又称射极跟随器。 射极输出器是一种电压串联 负反馈放大器 交流通路 2输入电阻和输出电阻 (1)输入电阻 设 ，忽略 Rb 的分流作用，则输入电阻为 由于 ，于是 ，如果考虑 Rb 的分流 作用，则实际的输入电阻为

16、 由此可见，与共射极放大电路相比，射 极输出器的输入电阻高得多。为了充分利用 输入电阻高的特点，射极输出器一般不采用 分压式偏置电路。 交流通路 (2)输出电阻 分析 ro 示意图 设 vs = 0，令 Rs = Rs / Rb ，不记 Re，则输 出端外加交流电压 vo 产生的电流 ie 为 于是得该支路的输出电阻为 考虑 Re 时，射极输出器的输出电阻为 如果信号源内阻很小 Rs = 0 ，则 ；若 ， 则射极输出器的输出电阻近似为 。 所以射极输出器的输出电阻是很小的。 三结论 射极输出器具有输入电阻大，输出电阻小；电压放大倍数 略小于且近似等于 1；输出电压的相位与输入电压相同的特点 。输出电流