放大電路的性能指標

性能指標可以分為三種類型: 第一種是對應(yīng)于一個賦值已定,頻率已定
的信號輸入時的性能,這是放大電路的基本性能. 第二種是對應(yīng)于賦值不變
而頻率改變的信號輸入時的性能.第三種是對應(yīng)于頻率不變而賦值改變的信
號輸入時的性能.
??? 第一種類型的指標:
??? 1. 放大倍數(shù)
??? 放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標. 它定義為輸出變量的賦值與輸入變量的賦值之比,有時也稱之為增益. 雖然放大電路能實現(xiàn)功率的放大,然而在很多場合,人們常常只關(guān)心某一單項指標的放大倍數(shù),比如電壓或電流的放大倍數(shù).由于輸出和輸入信號都有電壓和電流量,所以存在以下四種比值:
??? 電壓放大倍數(shù)用Auu表示,定義為
??????? Auu=Uo/Ui, 或簡化為 Au=Uo/Ui
??? 電流放大倍數(shù)用Aii表示,定義為
??????? Aii=Io/Ii, 或簡化為 Ai=Io/Ii
??? 電壓對電流的放大倍數(shù)用Aui表示,定義為
??????? Aui=Uo/Ii
??? 電流對電壓的放大倍數(shù)用Aiu表示,定義為
??????? Aiu=Io/Ui
??? 式中的Uo,Ui,Io和Ii都是正弦信號的有效值.需要注意的是, 如果輸出波形出現(xiàn)明顯的失真,則比值就失去意義了,因此在輸出端要有監(jiān)視失真的措施(如用示波器觀察波形). 其他指標也是如此.
??? 2. 輸入電阻
??? 作為一個放大電路,一定要有信號源來提供輸入信號.例如擴大機就是利用話筒將聲音轉(zhuǎn)化成電信號提供給放大電路的.還有其他經(jīng)過溫度,壓力等傳感器變換后產(chǎn)生的各種各樣的電信號源. 放大電路與信號源相連,就要從信號源取電流. 取電流的大小表明了放大電路對信號源的影響程度,所以我們定義一個指標,來衡量放大電路對信號源的影響,叫做輸入電阻.當信號頻率不是很高時,輸電流Ii與輸入電壓Ui基本同相,因此通常用輸入電阻來表示.它定義為
??????? Ri=Ui/Ii
??? 從圖中可見, Ri就是向放大電路輸入端看進去的等效電阻. Ri越大,表明它從信號源取的電流越小,放大電路輸入端所得到的電壓Ui越接近信號電壓Us.因此作為量測儀表用的放大電路其Ri要大. 但是對于晶體管來說, Ri大則取電流小,將降低放大倍數(shù).所以在需要放大倍數(shù)而Rs為固定值的情況下,晶體管放大電路的i又以小一些為好.
??? 3. 輸出電阻
??? 放大電路將信號放大后,總要送到某裝置去發(fā)揮作用. 這個裝置我們通常稱為負載. 比如揚聲器就是擴大機的負載. 當我們在原來的揚聲器兩端再并聯(lián)一個揚聲器時, 它兩端的電壓將下降, 這種現(xiàn)象說明向放大電路的輸出端看進去有一個等效內(nèi)阻, 通稱為輸出電阻,記作Ro.
??? 通常測定輸出電阻的辦法是在輸入端加正弦波實驗信號,測出負載開路時的輸出電壓Uo', 再測出接入負載RL時的輸出電壓Uo. 則有公式:
??????? Ro=(Uo'/Uo -1)*RL
??? 輸出電阻越大,表明接入負載后,輸出電壓的賦值下降越多.因此,Ro反映了放大電路帶負載能力的大小.
??? 第二種類型的指標:
??? 4. 通頻帶
??? 當只改變輸入信號的頻率時,發(fā)現(xiàn)放大電路的放大倍數(shù)是隨之變化的, 輸出波形的相位也發(fā)生變化. 這就需要有一定的指標來反映放大電路對于不同頻率的信號的適應(yīng)能力. 一般情況下, 放大電路只適用于放大一個特定頻率范圍的信號, 當信號頻率太高或太低時,放大倍數(shù)都有大幅度的下降.
??? 當信號頻率升高而使放大倍數(shù)下降為中頻時放大倍數(shù)(記作Aum)的0.7倍時,這個頻率稱為上限截止頻率,記作fH. 同樣, 使放大倍數(shù)下降為Aum的0.7倍時的低頻信號頻率稱為下限截止頻率,記作fL. 我們將fH和fL之間形成的頻帶稱為通頻帶
,記作fbw,即
??????? fbw=fH-fL
??? 通頻帶越寬,表明放大電路對信號頻率的適應(yīng)能力越強. 對于收錄機,擴大機來
說,通頻帶寬意味著可以將原樂曲中豐富的高,低音都能完美地播放出來.然而有些情
況下則希望頻帶窄,如第七章中要講的帶通濾波電路等.第三種類型的指標:
??? 5. 最大輸出幅值
??? 最大輸出幅值指的是當輸入信號再增大,就會使輸出波形的非線性失真系數(shù)超過額定數(shù)值(比如10%)時的輸出幅值.我們以Uom(或Iom)表示.一般指有效值,也有以峰至峰值表示的,二者差2*根號2倍.
??? 6. 最大輸出功率與效率
??? 最大輸出幅值是輸出不失真時的單項(電壓或電流)指標. 此外還應(yīng)該有一個綜合性的指標即最大輸出功率.它是在輸出信號基本不失真的情況下能輸出的最大功率,記作Pom.
??? 前面我們說過, 輸入信號的功率都是很小的,經(jīng)過放大電路,得到了較大的功率輸出.這些多出來的能量是由電源提供的,放大電路只不過是實現(xiàn)了有控制的能量轉(zhuǎn)換.既然是能量的轉(zhuǎn)換,就存在轉(zhuǎn)換效率的問題. 也就是說, 不能只看輸出功率的大小,還應(yīng)看能量的利用率如何.效率n定義為
??????? n=Pom/Pv
?? 式中Pv為直流電源消耗的功率.
??? 7. 非線性失真系數(shù)
??? 由于晶體管等器件都具有非線性的特性,所以當輸出幅度大了之后,有時需要討論它的失真問題. 我們在這里定義的非線性失真系數(shù), 是指放大電路在某一頻率的正弦波輸入信號下,輸出波形的諧波成分總量和基波成分之比. 用A1,A2,A3...表示基波和各次諧波的幅值,則失真系數(shù)D定義為:
?????? D=根號下((A2/A1)的平方+(A3/A1)的平方+...) 以上三類指標是以輸入信號的幅度和頻率來劃分的.一般來說,第一類指標多適用于輸入為低頻小信號時的情況;第二類指標多適用于輸入信號幅值小但頻率變化范圍寬的情況; 第三類指標則多適用于低頻但輸出幅值較大的情況.其他指標限于篇幅的關(guān)系不一一介紹.