§131放大 电路基础 所谓放大就是指增加电信号幅度或功率的物理过程。实现 放大的装置称为放大器。放大器的核心是电子管、双极型晶 体管和场效应品体管等有源器件。为了实现放大,还必须给第 放大器提供能量。常用的能源是直流电源。放大作用实质上章 上是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这 化 o+ E 基本电路 R R 图1.31是一个 C2输出 简单的晶体管共 发射极放大电路。输入C1bR 光电信息技术物理基础 种转移,使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变电 图1.3.1-1共发射极放大电路
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 1 §1.3.1 放大 回目录 所谓放大就是指增加电信号幅度或功率的物理过程。实现 放大的装置称为放大器。放大器的核心是电子管、双极型晶 体管和场效应晶体管等有源器件。为了实现放大，还必须给 放大器提供能量。常用的能源是直流电源。放大作用实质上 是把电源的能量转移给输出信号。输入信号的作用是控制这 种转移，使放大器输出信号的变化重复或反映输入信号的变 化。 图1.3.1-1共发射极放大电路 一、基本电路 图1.3.1-1 是一个 简单的晶体管共 发射极放大电路
§131放大 电路基础 其中晶体管为NPN型;R2是负载电阻用来提取放大了的信 号电压;R称偏置电阻,用来给晶体管提供偏置电流,使无 第 信号时的发射极电流和集电极到发射极的电压降(分别称为 工作点电流和电压)维持适当数值,以保证有信号输入时晶章 体管工作在特性曲线的线性区域;C1和C2是兼有隔直流作用光 的耦合电容。这种形式的电路,常被称为RC耦合放大器,具电 有比较宽的放大频带。将电阻R换成调谱回路,使电路成为 个调谐放大器可用来选择并放大某个窄频带的信号。 技 团图1.312和图1313分别是共基极和共集电极放大电路。共术 绕基极电路的电流增益略小于1但输出阻抗高寄生反馈小在物 高频时容易获得稳定的放大。共集电极电路的电压增益略小 基 于1但输入阻抗高,输出阻抗低,常用作隔离级和低阻抗输础 出级。在构成多级放大器时,这几种电路常常需要相互组合 使用
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 2 §1.3.1 放大 回目录 其中晶体管为NPN型；Rc 是负载电阻,用来提取放大了的信 号电压；RB称偏置电阻，用来给晶体管提供偏置电流，使无 信号时的发射极电流和集电极到发射极的电压降（分别称为 工作点电流和电压）维持适当数值，以保证有信号输入时晶 体管工作在特性曲线的线性区域；C1和C2是兼有隔直流作用 的耦合电容。这种形式的电路，常被称为RC耦合放大器，具 有比较宽的放大频带。将电阻Rc 换成调谐回路，使电路成为 一个调谐放大器,可用来选择并放大某个窄频带的信号。 图1.3.1-2和图1.3.1-3分别是共基极和共集电极放大电路。共 基极电路的电流增益略小于1,但输出阻抗高,寄生反馈小,在 高频时容易获得稳定的放大。共集电极电路的电压增益略小 于1,但输入阻抗高，输出阻抗低，常用作隔离级和低阻抗输 出级。在构成多级放大器时，这几种电路常常需要相互组合 使用
§131放大 电路基础 + 0十 第 RB 章 光 x入了 回 电 0 输入 信 输出 R R4- 有了 物 理 回与录 E ce 基 础出 图1.3.1-2共基极放大电路图131-3共集电极放大电路 3
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 3 §1.3.1 放大 回目录 图1.3.1-2共基极放大电路 图1.3.1-3共集电极放大电路
§131放大 电路基础 二、性能指标 电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失第 一真度和噪声指数等。放大器的输出电压值U。与输入电压值U 之比称为电压放大系数,记为 Au=U。/U 回 电压放大系数常常用分贝(dB值表示称为电压增益,记为 20 log Au(dB) 同理,放大器的功率放大系数和功率增益分别记为 章光电信息技术物理 有了 /P Gp=10 log Ap (dB) 其中p。和P分别是输出和输入功率 回与录 基 放大器的电压放大系数通常是频率的复函数,可以写成础 Au=A(jo)=A,(jw)eid(a)
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 4 §1.3.1 放大 回目录 二、性能指标 电子放大器的主要性能指标有增益、频率响应、非线性失 真度和噪声指数等。放大器的输出电压值Uo与输入电压值Ui 之比称为电压放大系数，记为 Au ＝ Uo /Ui 电压放大系数常常用分贝(dB)值表示,称为电压增益,记为 Gu ＝ 20 log Au (dB) 同理，放大器的功率放大系数和功率增益分别记为 AP ＝ Po /Pi GP ＝10 log AP (dB) 其中Po 和Pi 分别是输出和输入功率。 放大器的电压放大系数通常是频率的复函数，可以写成 Au = Au (jω) = │Au (jω)│ejφ(ω)
§131放大 电路基础 式中ω=2rf,f是频率,ω是角频率,|A(ju)表示放大器的 放大量与频率的关系,称为幅一频特性中)表示放大器输第 一出相对于输入的相位差与频率的关系称为相一频特性它们 合称为放大器的频率特性也称为频率响应。放大器的频率章 特性应该与被放大信号的频谱相适应,以保证信号的各频光 学率分量能均匀地得到放大。有些应用还要求各频率分量之电 间的相位关系得到保持。频带过窄或不均匀以及相-频特值 性的非线性都会引起输出波形失真这称为频率响应失真, 或频率失真。 技术 对于大信号放大器,例如功率放大器,放大器件的非线物 性常常造成输出波形可觉察的失真,称为非线性失真,也理 回与录 基 称为谐波失真,其大小可以利用非线性失真系数D来衡量。础 对于弱信号放大,重要的是放大器的噪声特性。 5
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 5 §1.3.1 放大 回目录 式中ω＝2πf，f是频率，ω是角频率,│Au (jω)│表示放大器的 放大量与频率的关系，称为幅—频特性,φ(ω)表示放大器输 出相对于输入的相位差与频率的关系,称为相—频特性,它们 合称为放大器的频率特性,也称为频率响应。放大器的频率 特性应该与被放大信号的频谱相适应，以保证信号的各频 率分量能均匀地得到放大。有些应用还要求各频率分量之 间的相位关系得到保持。频带过窄或不均匀以及相—频特 性的非线性都会引起输出波形失真,这称为频率响应失真， 或频率失真。 对于大信号放大器，例如功率放大器，放大器件的非线 性常常造成输出波形可觉察的失真，称为非线性失真，也 称为谐波失真，其大小可以利用非线性失真系数D来衡量。 对于弱信号放大，重要的是放大器的噪声特性
§131放大 电路基础 、基本放大器 1、差分放大器 差分放大器能把两个输入电压的差值加以放大的电路,也称第 身一差动放大器。 差分放大器可以用晶体三极管(晶体管)或电子管作为它的章 有源器件。图1314是晶体管差分放大器的基本电路 这是一种对称电路。 产输出电压u。=u1-um 是晶体管T1和T2集电极 R RI 输出电压,和之差。 辣当T和T2的输入电压幅 舀i⑦ 度相等但极性相反,即 Rsz 光电信息技术物理基础 回与录 us1=u2时,差分放大“(~ R 器的增 图131-4差分放大器基本电路
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 6 §1.3.1 放大 回目录 三、基本放大器 1、差分放大器 差分放大器能把两个输入电压的差值加以放大的电路，也称 差动放大器。 差分放大器可以用晶体三极管（晶体管）或电子管作为它的 有源器件。图1.3.1-4 是晶体管差分放大器的基本电路。 这是一种对称电路。 输出电压uo ＝uo1 –u02, 是晶体管T1和T2集电极 输出电压uo1和u02之差。 当T1和T2的输入电压幅 度相等但极性相反,即 uS1 = -uS2 时，差分放大 器的增 图1.3.1-4差分放大器基本电路
§131放大 电路基础 益K(称差模增益)和单管放大器的增益相等,即K≈Rε/re,式 中R=Ra=Ra,是晶体管的射极电阻。通常很小因而K第 较大。当u=,即两输入电压的幅度与极性均相等时, 放大器的输出u应等于零增益也等于零。实际放大电路不章 团可能完全对称,因而这时还有一定的增益。这种增益称为兆 共模增益,记为K。在实际应用中温度变化和电源电压不电 稳等因素对放大作用的影响,等效于每个晶体管的输入端信 产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵息 消或予以削弱,使输出端的漂移电压大大减小。显然,共技 术 模增益越小,即电路对称性越好时,这种漂移电压也越小。物 通常用差模增益和共模增益K的比值K/K来表示差分理 放大器的性能。这个比值称为共模抑制比(cMR)。一般差基 分放大器的共模抑制比约为几十分贝,性能较高的可达百础 分贝以上 7
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 7 §1.3.1 放大 回目录 益Kd (称差模增益)和单管放大器的增益相等,即Kd ≈ Rc / re ,式 中Rc ＝Rc1 ＝Rc2 , re是晶体管的射极电阻。通常re很小,因而Kd 较大。当uS1 = uS2 ，即两输入电压的幅度与极性均相等时， 放大器的输出uo应等于零,增益也等于零。实际放大电路不 可能完全对称，因而这时还有一定的增益。这种增益称为 共模增益，记为Kc 。在实际应用中,温度变化和电源电压不 稳等因素对放大作用的影响，等效于每个晶体管的输入端 产生了一个漂移电压。利用电路的对称性可以使之互相抵 消或予以削弱，使输出端的漂移电压大大减小。显然，共 模增益越小，即电路对称性越好时，这种漂移电压也越小。 通常用差模增益Kd 和共模增益Kc的比值Kd / Kc 来表示差分 放大器的性能。这个比值称为共模抑制比(CMRR)。一般差 分放大器的共模抑制比约为几十分贝，性能较高的可达百 分贝以上
§131放大 电路基础 运算放大器 运算放大器能对信号进行数学运算的放大电路。 第 一运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入 一 单端输出,斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。二是章 差分输入、单端输出,大多数集成运算放大器采取这种形光 式。三是差分输入、差分输出,直流放大器和部分集成放电 大器采取这种形式。 信 (1)频率补偿 技 运算放大器是多级放大电路,通常在较高的频率上仍具术 考有大于1的增益而内部电路产生的附加相移却已达到或超物 过180°。 回(2)理想运算放大器 理基 理想运算放大器指开环增益A和输入阻抗R均趋近于无穷础 大、输出阻抗R。趋近于零的运算放大器
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 8 §1.3.1 放大 回目录 2、运算放大器 运算放大器能对信号进行数学运算的放大电路。 运算放大器的电路结构有三种主要形式。一是单端输入、 单端输出，斩波稳定式直流放大器等采取这种形式。二是 差分输入、单端输出，大多数集成运算放大器采取这种形 式。三是差分输入、差分输出，直流放大器和部分集成放 大器采取这种形式。 （1）频率补偿 运算放大器是多级放大电路，通常在较高的频率上仍具 有大于1的增益,而内部电路产生的附加相移却已达到或超 过180° 。 （2）理想运算放大器 理想运算放大器指开环增益A和输入阻抗RI 均趋近于无穷 大、输出阻抗Ro趋近于零的运算放大器
§131放大 电路基础 (3)运算放大运用的基本电路 运算放大器常被用来实现电信号的反相放大、同相放 一大和差分输入/输出放大。 四、放大器的应用电路 l、运算电路 信集成运放可用来组成对模拟量进行各种数学运算功能 的电路 (1)模拟加法器:图1,3,28是模拟加法器的电路。利用 理想运算放大器的近似条件可得到 有了 R R R 第一章光电信息技术物理基础 R R R 回与录 若取R1=R2=…=Rn=R,就可得到简单的求和关系式 - U U,+.+ u
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 9 §1.3.1 放大 回目录 （3）运算放大运用的基本电路 运算放大器常被用来实现电信号的反相放大、同相放 大和差分输入／输出放大。 四、放大器的应用电路 1、运算电路 集成运放可用来组成对模拟量进行各种数学运算功能 的电路。 （1）模拟加法器:图1.3.2-8是模拟加法器的电路。利用 理想运算放大器的近似条件可得到 若取R1 ＝ R2 ＝ … ＝ Rn ＝ Rf ,就可得到简单的求和关系式 uo ＝-( u1 + u2 + … + un )
§131放大 电路基础 (2)模拟积分器:图1.3.19是模拟积分器电路。假定电容器 c上起始电压是零由虚短路特性可知h=4/R1=4。又u第 u=-1/ CIti dt。于是 1/R,Cui dt 章 若c起始电压不为零,式(5还要附加一个起始电压 光 的2、测量放大器 电 测量放大器(又称数据放大器)就是用来放大这种差值信 信号的高精度放大器,它具有很大的共模抑制比、极高的息 输入电阻,且其增益能在大范围内可调。 技 术 有了 图1310所示是由三个集成运放构成的测量放大器电路物 其中,集成运放A3组成差值放大器,集成运放A2和A2组理 成对称的同相放大器。从电路图可知 基 础出 R R 1+ U2=U1-( fl R R 2-U)R R
上一页 下一页 回首页 回末页 结束 第一章 第 一 章 光 电 信 息 技 术 物 理 基 础 1 1 §1.3.1 放大 回目录 （2）模拟积分器:图1.3.1-9是模拟积分器电路。假定电容器 Cf 上起始电压是零,由虚短路特性可知,i1 ＝ui /R1 ＝i f 。又uo ＝-uc ＝-1/Cf ∫o t i f dt 。于是 uo ＝-1/R1 Cf ∫o tui dt 若Cf 起始电压不为零，式(5)还要附加一个起始电压。 2、测量放大器 测量放大器（又称数据放大器）就是用来放大这种差值 信号的高精度放大器，它具有很大的共模抑制比、极高的 输入电阻，且其增益能在大范围内可调。 图1.3.1-10 所示是由三个集成运放构成的测量放大器电路 。其中，集成运放A3组成差值放大器，集成运放A1和A2组 成对称的同相放大器。从电路图可知 w f1 2 1 2 1 w f1 1 w f1 o1 R R U U (U U ) R R U R R U 1 − = − − = + 上一页