放大电路的性能指标
性能指标可以分为三种类型: 第一种是对应于一个赋值已定,频率已定
的信号输入时的性能,这是放大电路的基本性能. 第二种是对应于赋值不变
而频率改变的信号输入时的性能.第三种是对应于频率不变而赋值改变的信
号输入时的性能.
第一种类型的指标:
1. 放大倍数
放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标. 它定义为输出变量的赋值与输入变量的赋值之比,有时也称之为增益. 虽然放大电路能实现功率的放大,然而在很多场合,人们常常只关心某一单项指标的放大倍数,比如电压或电流的放大倍数.由于输出和输入信号都有电压和电流量,所以存在以下四种比值:
电压放大倍数用Auu表示,定义为
Auu=Uo/Ui, 或简化为 Au=Uo/Ui
电流放大倍数用Aii表示,定义为
Aii=Io/Ii, 或简化为 Ai=Io/Ii
电压对电流的放大倍数用Aui表示,定义为
Aui=Uo/Ii
电流对电压的放大倍数用Aiu表示,定义为
Aiu=Io/Ui
式中的Uo,Ui,Io和Ii都是正弦信号的有效值.需要注意的是, 如果输出波形出现明显的失真,则比值就失去意义了,因此在输出端要有监视失真的措施(如用示波器观察波形). 其他指标也是如此.
2. 输入电阻
作为一个放大电路,一定要有信号源来提供输入信号.例如扩大机就是利用话筒将声音转化成电信号提供给放大电路的.还有其他经过温度,压力等传感器变换后产生的各种各样的电信号源. 放大电路与信号源相连,就要从信号源取电流. 取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响程度,所以我们定义一个指标,来衡量放大电路对信号源的影响,叫做输入电阻.当信号频率不是很高时,输电流Ii与输入电压Ui基本同相,因此通常用输入电阻来表示.它定义为
Ri=Ui/Ii
从图中可见, Ri就是向放大电路输入端看进去的等效电阻. Ri越大,表明它从信号源取的电流越小,放大电路输入端所得到的电压Ui越接近信号电压Us.因此作为量测仪表用的放大电路其Ri要大. 但是对于晶体管来说, Ri大则取电流小,将降低放大倍数.所以在需要放大倍数而Rs为固定值的情况下,晶体管放大电路的i又以小一些为好.
3. 输出电阻
放大电路将信号放大后,总要送到某装置去发挥作用. 这个装置我们通常称为负载. 比如扬声器就是扩大机的负载. 当我们在原来的扬声器两端再并联一个扬声器时, 它两端的电压将下降, 这种现象说明向放大电路的输出端看进去有一个等效内阻, 通称为输出电阻,记作Ro.
通常测定输出电阻的办法是在输入端加正弦波实验信号,测出负载开路时的输出电压Uo', 再测出接入负载RL时的输出电压Uo. 则有公式:
Ro=(Uo'/Uo -1)*RL
输出电阻越大,表明接入负载后,输出电压的赋值下降越多.因此,Ro反映了放大电路带负载能力的大小.
第二种类型的指标:
4. 通频带
当只改变输入信号的频率时,发现放大电路的放大倍数是随之变化的, 输出波形的相位也发生变化. 这就需要有一定的指标来反映放大电路对于不同频率的信号的适应能力. 一般情况下, 放大电路只适用于放大一个特定频率范围的信号, 当信号频率太高或太低时,放大倍数都有大幅度的下降.
当信号频率升高而使放大倍数下降为中频时放大倍数(记作Aum)的0.7倍时,这个频率称为上限截止频率,记作fH. 同样, 使放大倍数下降为Aum的0.7倍时的低频信号频率称为下限截止频率,记作fL. 我们将fH和fL之间形成的频带称为通频带
,记作fbw,即
fbw=fH-fL
通频带越宽,表明放大电路对信号频率的适应能力越强. 对于收录机,扩大机来
说,通频带宽意味着可以将原乐曲中丰富的高,低音都能完美地播放出来.然而有些情
况下则希望频带窄,如第七章中要讲的带通滤波电路等.第三种类型的指标:
5. 最大输出幅值
最大输出幅值指的是当输入信号再增大,就会使输出波形的非线性失真系数超过额定数值(比如10%)时的输出幅值.我们以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*根号2倍.
6. 最大输出功率与效率
最大输出幅值是输出不失真时的单项(电压或电流)指标. 此外还应该有一个综合性的指标即最大输出功率.它是在输出信号基本不失真的情况下能输出的最大功率,记作Pom.
前面我们说过, 输入信号的功率都是很小的,经过放大电路,得到了较大的功率输出.这些多出来的能量是由电源提供的,放大电路只不过是实现了有控制的能量转换.既然是能量的转换,就存在转换效率的问题. 也就是说, 不能只看输出功率的大小,还应看能量的利用率如何.效率n定义为
n=Pom/Pv
式中Pv为直流电源消耗的功率.
7. 非线性失真系数
由于晶体管等器件都具有非线性的特性,所以当输出幅度大了之后,有时需要讨论它的失真问题. 我们在这里定义的非线性失真系数, 是指放大电路在某一频率的正弦波输入信号下,输出波形的谐波成分总量和基波成分之比. 用A1,A2,A3...表示基波和各次谐波的幅值,则失真系数D定义为:
D=根号下((A2/A1)的平方+(A3/A1)的平方+...) 以上三类指标是以输入信号的幅度和频率来划分的.一般来说,第一类指标多适用于输入为低频小信号时的情况;第二类指标多适用于输入信号幅值小但频率变化范围宽的情况; 第三类指标则多适用于低频但输出幅值较大的情况.其他指标限于篇幅的关系不一一介绍.
