刻度器

模块11放大器参数

发布时间:2022/6/20 15:56:59   
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您将在模块1.1中学到什么

学习本节后,您应该能够:

描述典型的放大器参数。

?获得。

?频率响应。

?带宽。

?输入阻抗。

?输出阻抗。

?相移。

?反馈。

描述放大器

据说任何放大器都具有某些参数。这些是使放大器以某种方式执行的特定属性,因此使其适用于给定任务。典型的放大器参数如下所述。

获得

放大器的增益是放大器“放大”的量度,即它增加了多少信号的幅度。更准确地说,它是输出信号幅度与输入信号幅度之比,并给出符号“A”。可以计算电压(Av)、电流(Ai)或功率(Ap),A后面的下标字母小写时表示小信号情况,下标大写时表示到直流条件。可以使用适当的公式来描述三种不同类型放大器的增益或放大:

电压增益Av=输出电压幅度÷输入电压幅度。电流增益Ai=输出电流幅度÷输入电流幅度。功率增益Ap=信号功率输出÷信号功率输入。

放大器的增益不仅受所使用的组件(晶体管等)的支配,还受它们在放大器电路内的互连方式支配。

频率响应

放大器在所有频率上都没有相同的增益。例如,为音频放大而设计的放大器将放大频率低于约20kHz的信号,但不会放大具有更高频率的信号。为无线电频率设计的放大器将放大约kHz以上的频带,但不会放大较低频率的音频信号。在每种情况下,放大器都具有特定的频率响应,即它提供足够放大的频带,并且不包括高于和低于该频带的频率,其中放大不足。

图1.1.1a音频放大器的响应曲线图1.1.1b调谐到kHz的射频放大器的响应曲线

为了显示放大器的增益如何随频率变化,使用了显示放大器频率响应的图表。图1.1.1a显示了音频放大器的典型频率响应曲线,图1.1.1b显示了射频放大器的典型频率响应曲线。在这样的图表中,通常会遇到增益和频率都非常大的值。因此,图表的频率轴和增益轴通常都使用对数刻度。从图1.1.1a可以看出,(水平)x轴上的比例尺不是线性增加的;每个等分表示绘制的频率增加十倍。这确保可以在单个图表上绘制非常宽的频率范围。(垂直)y轴使用线性除法,但使用对数单位(分贝dB)。该图的曲线显示了增益(以分贝为单位)如何,

比较无花果。以这种方式绘制的1.1.1a和b显示了每种类型的放大器(音频、RF等)如何具有自己的频率响应曲线形状。具有非常窄、尖峰响应曲线的放大器据说是非常“选择性”的。这是RF放大器的典型特征,并且正是为无线电调谐阶段设计的放大器所需要的,其中必须选择数百个无线电载波中的一个,例如沿中波段拥挤的无线电载波。

带宽

可以从频率响应曲线中获得的一条重要信息是放大器的带宽。这是指放大器具有有用增益的频率“频带”。在这个有用的频带之外,放大器的增益被认为与带宽中心的增益相比是不够的。为电压放大器指定的带宽是放大器增益大于最大增益的0.的频率范围(见图1.1.1.b)。或者,分贝用于表示增益,即输出与输入电压的比率(见图1.1.1.a)。图1.1.1a中的有用带宽将被描述为扩展到电压增益比中频增益低-3dB的频率。可以使用几种描述带宽的方法,首先可以说(图1.1.1a),“带宽从10Hz到20kHz”。或者可以说(图1.1.1b)“带宽为9kHz,以kHz为中心”。甚至是“kHz正负4.5kHz”。

输入阻抗

阻抗一词意味着与交流电流相反。在0Hz时,(即DC)阻抗(符号Z)与电阻(R)相同,但在0Hz以外的频率下,阻抗和电阻并不相同。放大器的输入阻抗是输入端之间的有效阻抗。“有效”是指阻抗不一定只是实际连接在输入端子上的放大器组件(电阻器、电容器等)的阻抗,而是在给定条件下,作为能够流入输入端子的电流量所经历的阻抗以特定频率施加的信号电压。输入阻抗受许多因素的影响,包括应用信号的频率、放大器的增益、使用的任何信号反馈,甚至是连接到放大器输出的东西。

输出阻抗图1.1.2放大器输入和输出阻抗

放大器的输出阻抗不仅仅取决于连接在放大器输出端的实际组件。它是一种“表观”阻抗,可以最好地证明它是当从输出端子汲取电流时放大器输出端子处的信号电压下降的原因。从输出端子汲取的电流越多,输出信号电压的降低幅度越大。其效果是与输出端子串联的阻抗或电阻。

多级放大器增益的计算。

输入和输出的匹配对于确保最大量的信号可以在放大器和它之前或之后的任何其他电路或设备之间传输是必要的。当单个放大器的增益不足以满足给定目的时,通常会出现这种情况。然后使用几级放大,包括将一个放大器的输出馈入另一个放大器的输入。(这称为连接“级联”中的放大器)。在这种设计中,第一个放大器的输出阻抗和第二个放大器的输入阻抗形成一个分压器,如图1.1.3所示

图1.1.3级联放大器的分压器效应

当级联电压放大器时,第二级的输入信号理想地应该是第一级输出电压的%,即具有尽可能高的电压幅度。如果第一个放大器的输出阻抗比第二个放大器的输入阻抗低得多,就会发生这种情况。这使得输出端(A点)处可用的大部分电压跨过第二个放大器的输入阻抗(因此跨过其输入端),而不是跨过第一个放大器的输出阻抗。

然而,如果第二放大器是电流放大器,则有必要使尽可能多的电流流入其输入端。因此,在这种情况下,第二放大器的输入阻抗必须很低。在功率放大器的情况下,如果两个阻抗相等,则最大功率从输出传输到输入。

输入和输出阻抗的值对多级放大器的增益有相当大的影响,并且由于连续放大器级的耦合,总会出现一些信号幅度的损失。在计算多级放大器的总增益时,总增益应等于每个放大器的单独增益的乘积。即如果两级放大器的每一级增益为10,则总增益应为10x10=。然而,在实践中,由于匹配放大器时产生的耦合损耗,这是无法实现的,并且略低于整体收益结果。

相移

放大器中的相移是输出信号相对于输入信号在相位上延迟或提前的量(如果有),以度数表示。如果发生90度的相移,则输出波的峰值出现在输入波峰值之后的四分之一周期。这种偏移可能是由放大器电路中的电阻、电感和电容等元件的影响引起的。单级放大器中晶体管的作用会引起度的相移,因此输入和输出将处于“反相”状态。放大器中的相移是否重要取决于放大器的用途。

图1.1.4相移

多级放大器的设计必须考虑相移,因为相移量会随频率而变化,在某些频率下,总相移可能会达到度。如果允许此类系统的输出信号重新进入输入,则会发生正反馈,放大器将变得不稳定并可能发生振荡。

反馈图1.1.5负反馈降低了增益、失真和噪声,同时也增加了带宽。图1.1.6负反馈如何影响带宽。

反馈是获取放大器输出信号的一部分并将其反馈回输入的过程。可以安排反馈以增加或减少输入信号。当反馈用于增加输入信号时,它被称为正反馈,当反馈的效果减少输入信号时,它被称为负反馈。

正反馈发生在反馈信号与输入信号同相时,这会增加输入的幅度,从而增加输出信号的幅度,从而有效地增加放大器的增益。

负反馈发生在反馈信号与输入信号反相时,有效地降低了输入的幅度,因此也降低了输出信号的幅度。这导致增益降低。见图1.1.5。

在高质量放大器中,通常使用负反馈来降低放大器的增益。这样做的一个特别好处是,放大器产生的任何信号失真或背景噪声也会降低。

另一个有益效果是应用负反馈增加了放大器的带宽。其原因可以在图1.1.6中看出,其中降低增益曲线的高度会产生更宽的0.点间距,从而扩大带宽。

Dinying

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