1、放大電路的瞬態分析與穩態分析 對放大電路的研究，目前有穩態分析法和瞬態分析法兩種不同的分析方法。 穩態分析法：也就是已討論過的頻率響應分析法。 該方法以正弦波為放大電路的 基本信號，研究放大電路對不同頻率信號的幅值和相位的響應 （或叫做放大電路 的頻域響應）。其優點是分析簡單，便于測試；缺點是不能直觀地確定放大電路 的波形失真。 瞬態分析法：是以單位階躍信號為放大電路的輸入信號， 研究放大電路的輸出波 形隨時間變化的情況，它又稱為放大電路的階躍響應或時域響應。此方法常以上 升時間和平頂降落的大小作為波形的失真標志。 其優點是可以很直觀地判斷放大 電路的波形失真，并可利用脈沖示波器直接觀測放大電

2、路瞬態響應。 在工程實際中，這兩種方法可以互相結合，根據具體情況取長補短地運用。 單級放大電路的瞬態響應的上升時間 放大電路的階躍響應分析以階躍電壓作為放大圖1 電路的基本信號，圖1表示一個階躍電壓，它表示 為 咗）= 兀 0口r 放大電路的階躍響應主要由上升時間tr和平頂 降落來表示。階躍響應分析其目的是求出這兩個參數， 并可將它與穩態分析中參 數相聯系。 分析單級共射放大電路的階躍響應時， 可采用小信號等效電路，將階躍電壓 可分為上升階段和平頂階段并按其特點對電路進行簡化。 圖2 階躍電壓中上 升較快的部分，與 穩態分析中的高頻 區相對應，可用RC 低通電路來模擬， 如圖2（a）所示。.

3、由圖可知 2唄-嚴“） 式中Vs是階躍 信號平頂部分電壓 值。與時間 的關系如圖2 （b）所示。 上式表示在上升階段時輸出電壓 V。隨時間變化的關系。輸入電壓 VS在t=0 時是突然上升到最終值的，而輸出電壓是按指數規律上升的，需要經過一定時間， 才能到達最終值，這種現象稱為前沿失真。一般用輸出電壓從最終值的10%上升 至90%所需的時間tr來表示前沿失真，tr稱為上升時間。 由圖2（ b）經推導可得 二 已知可得 二 03 上或 i.r - 可見，上升時間tr與上限頻率fH成反比，fH越高，則上升時間愈短，前沿失 真越小。 單級放大電路的瞬態響應的平頂降落 階躍電壓的平頂階段與穩態分析中的低

4、頻區相對應，所以可用如圖1（ a）所 示RC高通電路來模擬。 VC). I W) 所示。 VO與時間t的關系如圖1 （b） 由于電容C的影響，但輸出電壓是按指數規律下降的，這種現象稱為平頂 降落。 下面計算在某一時間間隔tp時的平項降落值。 在平頂階段，時間常數上，可得 考慮到_，可得 ipVs 由此可見，平頂降落與低頻下限頻率成正比，fL越低，平頂降落越小 放大電路的瞬態分析與穩態分析方法比較 瞬態分析法和穩態分析法雖然是兩種不同的方法，但它們是有在聯系的，當 放大電路的輸入信號為階躍電壓時， 在階躍電壓的上升階段，放大電路的瞬態響 應（上升時間）決定于放大電路的高頻響應（fH）；而在階躍電

5、壓的平頂階段， 放大電路的瞬態響應（平頂降落）又決定于放大電路的低頻響應（fL）。因此， 一個頻帶很寬的放大電路，同時也是一個很好的方波信號放大電路。 在實用上常 用一定頻率的方波信號去測試寬頻帶放大電路的頻率響應，如它的方波響應很 好，則說明它的頻帶較寬。 必須指出，穩態分析法在放大電路的分析中仍占主導地位， 這是因為： 任 何周期性的信號都可分解為一系列的正弦波， 因此放大電路分析的重點是正弦信 號; 關于電路的分析和綜合方法，在頻域中比在時域中一般要成熟得多； 在 瞬態計算極其復雜時，往往可根據穩態響應的研究來間接地對電路的瞬態響應得 到一個定性的了解； 在反饋放大電路中，消除自激的補償

6、網絡也是以頻率響 應為基礎的。 多級放大電路及其耦合方式 在許多應用場合，要求放大器有較高的放大倍數及合適的輸入電阻、輸出電 阻，如用單級放大器很難達到要求。因此，需要將多個不同組態的基本放大器級 聯起來，充分利用它們的特點，合理組合構成多級放大器，用盡可能少的級數， 滿足系統對放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等動態指標的要求。 多級放大器中各級之間連接方式稱為耦合方式。級間耦合時，一方面要確保 各級放大器有合適的直流工作點，另一方面應使前級輸出信號盡可能不衰減地加 到后級的輸入。常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合 阻容耦合方式 圖1 連接方式框圖 阻容耦合的連接方框圖如圖1

7、所示。 特點 1. 由于電容器隔直流而通交流，所以各級 的直流工作點相互獨立，而且，只要耦合電容 選得足夠大，則較低頻率的信號也能由前級幾 乎不衰減地加到后級，實現逐級放大 2. 阻容耦合放大電路的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號。這是因為 耦合電容對這類信號呈現出很大的容抗， 信號的一部分甚至全部幾乎衰減在耦合 電容上。 3. 由于集成電路中制造大容量電容很困難，所以這種耦合方式不便于集成 化。 直接耦合方式 連接方式 直接耦合是把前級的輸出端直接或通過恒壓器件接到下級輸入端。 特點 1. 這種耦合方式不僅可放大緩變信號，而且便于集成。 2. 由于前后級之間的直流連通，使各級工作點互相影響

8、，不能獨立。因此， 必須考慮各級間直流電平的配置問題，以使每一級都有合適的工作點。圖1給出 了幾種電平配置的實例。 圖1直接耦合電平配置方式實例 9)何 (a)墊高后級的發射極電位；(b)穩壓管電平移位； (c)電阻和恒流源電平移位；(d) NPN、PNP管級聯 3. 存在零點漂移，即前級工作點隨溫度的變化會被后級傳遞并逐級放大， 使得輸出端產生很大的漂移電壓。顯然，級數越多，放大倍數越大，則零點漂移 現象就越嚴重。因此，在直接耦合電路中，如何穩定前級工作點，克服其漂移， 將成為至關重要的問題。 4. 具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號。 光電耦合及光電耦合器 光電耦合是以光信號為媒介

9、來實現電信號的耦合和傳遞的，因其抗干擾能力 強而得到越來越廣泛的應用 實現光電耦合的基本器件是光電耦合器。 光電耦合器 光電耦合器將發 光元件（發光二極管） 與光敏元件（光電三極 管）相互絕緣地組合在 起，如圖1（ a）所 示。發光兀件為輸入回 4. (b) 圖1光電耦合器及其傳輸特性 路，它將電能轉換成光 能；光敏元件為輸出回 （a）部組成 （b）傳輸特性 路，它將光能再轉換成 電能，實現了兩部分電路的電氣隔離, 從而可有效地抑制電干擾 在輸出回路常 采用復合管（也稱達林頓結構）形式以增大放大倍數。 光電耦合器的傳輸特性如圖1 （b）所示，它描述當發光二極管的電流為一 個常量Id時，集電極電

10、流ic與管壓降vce之間的函數關系，即 在c-e之間電壓一定的情況下，ic的變化量與iD的變化量之比稱為傳輸比 CTR,即 (2) 不過CTR的數值比 小得多，只有0.1 0.5。 光電耦合放大電路 光電耦合放大電路如圖1所示。圖號源部分可以是真實的信號源， 也可以是 前級放大電路。當動態信號為零時，輸入回路有靜態電流Id，輸出回路有靜態電 流lc，從而確定出靜態管壓降 Vce。當有動態信號時，隨著iD的變化，ic將產生 線性變化，電阻Rc將電流的變化轉換成電壓的變化。當然，VCE也將產生相應的 變化。由于傳輸比的數值較小，所以一般情況下，輸出電壓還需進一步放大。實 際上，目前已有集成光電耦合

11、放大電路，具有較強的放大能力。 在圖1所示電路中，若信號源部分與輸出回路部分采用獨立電源且分別接不 同的 地”則即使是遠距離信號傳輸，也可以避免受到各種電干擾。 變壓器耦合方式 1、電路 將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上，稱為 變壓器耦合。圖1所示為變壓器耦合共射放大電路，RL既可以是實際的負載電 阻，也可以代表后級放大電路，圖（b）是它的交流等效電路。 2、特點（a）電路（b）交流等效電路 1由于變壓 器是靠磁路耦合, 所以它的各級放 大電路的靜態工 作點相互獨立。 2）它的低頻 圖1變壓器耦合共射放大電路 特性差，不能放大 變化緩慢的信號。 3）不能集成化。 4

12、）可以實現阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應用。 在圖2電路中，設負載為Rl折合到原邊的等效電阻為R l，變壓器原邊線圈 匝數Ni,副邊線匝數N2,于是有 對于圖1（ a）所示電路，可得電壓放大倍數 上式表明，只要適當選擇匝數比，就能得到所需的電壓放大倍數。并在匹 配得當時，負載可以獲得足夠大的功率。在集成功率放大電路產生之前，幾乎所 有的功率放大電路都采用變壓器耦合的形式。而目前，只有在集成功率放大電路 無法滿足需要的情況下，例如需要輸出特大功率或實現高頻功率放大時， 才考慮 用分立元件構成變壓器耦合放大電路。 多級放大電路的動態分析 1、多級放大器的級間關系: 在多級放大器中

13、，后級電路相當于前級的負載，前級負載是后級放大器的輸 入電阻； 前級相當后級的信號源，后級信號源阻為前級的輸出電阻。 2、n級放大器的動態指標 a、總電壓放大倍數 : 可見，n級放大器的總電壓放大倍數為各級電壓放大倍數的乘積。 b、多級放大器的輸入電阻： 多級放大器的輸入電阻就是第一級的輸入電阻Rii，在計算Ri時應將后級的 輸入電阻Ri2作為其負載電阻。 c、多級放大器的輸出電阻： 多級放大器的輸出電阻就是最末級的輸出電阻Ron。不過在計算Ron時應將前 級的輸出電阻Ro(n-)作為其信號源阻，即 多級放大電路的頻率響應定性分析 設一個n級放大電路各級的電壓放大倍數分別-、丄-、“，則該 電

14、路的電壓放大倍數 幾At 對數幅頻特性和相頻特性表達式為 301g|A| = X201g|Afc| JZ * 設組成兩級放大電路的兩個單管放大電路具有相同的頻率響應，5 -，.-; 即它們的中頻電壓增益丄-一，下限頻率11，上限頻率宀-； 故整個電路的中頻電壓增益 201B|A|-lgi-3|-401gL| 當丄1時, 2018|= 40 lgyL1|-401gj2 說明增益下降6dB，并且由于 叫-和均產生+45的附加相移， 所以產生90附加相移。 根據同樣的分析可得，當f =fH1 時，增益也下降6dB，且所產生的 附加相移為-90因此，兩級放大 電路和組成它的單級放大電路的 波特圖如圖1

15、所示。根據截止頻率 的定義，在幅頻特性中找到使增益 下降3dB的頻率就是兩級放大電路的下限頻率 fL和上限頻率fH，如圖中所標注。 顯然，fL fL1(fL2)，fH fH1 (fH2)。因此，兩級放大電路的通頻帶比組成它的單級放 大電路的通頻帶要窄。以上結論具有普遍意義。 對于一個n級放大電路，設組成它的各級放大電路的下限頻率為 fL1、L2、 fLn，上限頻率為fH1、fH2、fHn，通頻帶為fbw1、fbw2、fbwn ；設該多級放大 電路的下際頻率為fL，上限頻率為fH，通頻帶為fbw，則 本章小結 半導體三極管是由兩個 PN 結組成的三端有源器件。有 NPN 型 和 PNP 型兩大類

16、，兩者電壓、電流的實際方向相反，但具有相同的結構 特點，即基區寬度薄且摻雜濃度低，發射區摻雜濃度高，集電區面積大， 這一結構上的特點是三極管具有電流放大作用的部條件。 ? 三極管是一種電流控制器件， 即用基極電流或發射極電流來控制 集電極電流，故所謂放大作用， 實質上是一種能量控制作用。 放大作用只 有在三極管發射結正向偏置、 集電結反向偏置， 以及靜態工作點的合理設 置時才能實現。 ? 三極管的特性曲線是指各極間電壓與各極電流間的關系曲線， 最 常用的是輸出特性曲線和輸入特性曲線。 它們是三極管部載流子運動的外 部表現，因而也稱外部特性。 ? 器件的參數直觀地表明了器件性能的好壞和適應的工作圍， 是人 們選擇和正確使用器件的依據。在三極管的眾多參數中，電流放大系數、 極間反向飽和電流和幾個極限參數是三極管的主要參數， 使用中應予以重 視。 ? 圖解法和小信號模型分析方法是分析放大電路的兩種基本方法。 圖解法的要領是：先根據放大電路直流通路的直流負載線方程作出直流負 載線，并確定靜態工作點Q,再根據交流負載線的斜率為-/Rl及過Q點 的特點，作出交流負載線， 并對應畫出輸入信號、 輸出信號（電壓、電流） 的波形，分析動態工作情況。 ? 小信號模型分析方法的要領是：小信號工作是該方法的應用條 件。