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
??? 放大倍數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功率的放大,然而在很多場合,人們常常只關心某一單項指標的放大倍數,比如電壓或電流的放大倍數.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:
??? 電壓放大倍數用Auu表示,定義為
??????? Auu=Uo/Ui, 或簡化為 Au=Uo/Ui
??? 電流放大倍數用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用Aui表示,定義為
??????? Aui=Uo/Ii
??? 電流對電壓的放大倍數用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, 如果輸出波形出現明顯的失真,則比值就失去意義了,因此在輸出端要有監視失真的措施(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化成電信號提供給放大電路的.還有其他經過溫度,壓力等傳感器變換后產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.所以在需要放大倍數而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一個揚聲器時, 它兩端的電壓將下降, 這種現象說明向放大電路的輸出端看進去有一個等效內阻, 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,發現放大電路的放大倍數是隨之變化的, 輸出波形的相位也發生變化. 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,放大倍數都有大幅度的下降.
??? 當信號頻率升高而使放大倍數下降為中頻時放大倍數(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超過額定數值(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了有控制的能量轉換.既然是能量的轉換,就存在轉換效率的問題. 也就是說, 不能只看輸出功率的大小,還應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
??? 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, 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系不一一介紹.