试论“放大电路，简洁至上”

2016-09-27商丘市第一高级中学刘耀孔刘家灿

电子世界 2016年16期

关键词：上升时间级数补偿

商丘市第一高级中学　刘耀孔　刘家灿　杜　宇

试论“放大电路，简洁至上”

商丘市第一高级中学刘耀孔刘家灿杜宇

音响发烧友有一句名言，就是“放大电路，简洁至上”，如何理解这句话的含义呢？本文从放大电路的级数对放大电路的频率、平顶降落、带宽、上升时间等多项参数的影响入手，诠释了“放大电路，简洁至上”的含义，以供发烧友们参考。

放大电路；简洁；频率；带宽；平顶降落

“放大电路，简洁至上”这句话包含了很多含义，其中有一层主要的含义就是：放大电路在满足参数要求的情况下，放大电路的级数越少越好。为什么放大电路的级数越少越好呢？下面就从放大电路的级数对放大电路的频率、平顶降落、带宽、上升时间等多项参数的影响入手，说说放大电路简洁至上的问题。

一、从放大电路的级数n对放大电路的频率、带宽、上升时间等参数的影响方面论“放大电路，简洁至上”

首先假设有n级放大电路，各级放大电路的特性相同，且各级放大电路均不加反馈，也不加补偿，则n级放大电路的上、下限频率与级数n的关系就可以很容易推算出来。对单级放大电路来说，其相对放大倍数是：K/K0=1/［1+（ω/ω2）2］1/2，其中ω2是单级放大电路的上限角频率。因为各级放大电路的特性相同，则n级放大电路的相对放大倍数应当是：（K/K0）n=｛1/［1+（ω/ω2）2］1/2｝n，从上式可以看出，角频率越高，则（K/K0）n的值就越小。根据放大电路的上限频率的定义可知，当（K/K0）n的数值减小到1/21/2时，其角频率就是n级放大电路的上限角频率ω2n，与ω2n相对应的频率就是n级放大电路的上限频率f2n，所以上式可以转换为［1+（ω2n/ω2）2］n=2，也可以转换为ω2n=ω2（21/n-1）1/2，或者转换成f2n= f2（21/n-1）1/2，其中（21/n-1）1/2通常称为缩窄系数，一般用Xn表示，所以n级放大电路的上限频率f2n可以写为f2n=Xnf2，由于n为n级放大电路的级数，则n恒大于等于1且为正整数，则Xn恒小于等于1，所以f2n恒小于等于f2，也就是说n级放大电路的上限频率f2n肯定低于单级放大电路的上限频率f2，且n级放大电路的级数n越大，其缩窄系数Xn就越小，那么n级放大电路的上限频率f2n比单级放大电路的上限频率f2低的越多。同理可以推导出n级放大电路的下限频率表达式为f1n=f1/Xn，其中f1为单级放大电路的下限频率，f1n为n级放大电路的下限频率，Xn为缩窄系数，由于Xn恒小于等于1，所以f1n恒大于等于f1，也就是说n级放大电路的级数越多，则n级放大电路的下限频率f1n比单级放大电路的下限频率f1高的越多。综上所述，n级放大电路的级数越多，则这种放大电路的上限频率越低，其下限频率越高，也就是说这种放大电路的频带宽度B就越窄。从脉冲放大理论上来说，放大电路的频带宽度B与其上升时间（建立时间）tr有如下关系：tr=0.35/B，由上式可以看出，频带宽度B越窄，其上升时间tr也就越长。tr越长，则这种放大电路的转换速率也就越低。放大电路的转换速率越低，其放大脉冲信号的能力也就越差，也可以说放大电路的失真也就越大。以上讨论的是n级放大电路不加补偿电路时的情形，如果放大电路增加了补偿电路，其上、下限频率会得到一定的改善，频带宽度也会在一定程度上得到展宽，缩窄系数也会得到改善。当补偿电路不同时，其对放大电路的频率、带宽的补偿程度也不尽相同，这里不再一一讨论，这里仅在附表1里列出了最佳补偿（补偿系数m=0.41）时n级放大电路的级数n与其缩窄系数Xn的关系，从附表1里可以看出，即使在最佳补偿（补偿系数m=0.41）时，其缩窄系数Xn仍然恒小于等于1，且n越大，缩窄系数Xn就越小，Xn越小则放大电路的频带也就越窄、上限频率越低、下限频率越高。也就是说，n级放大电路即使增加了最佳补偿电路，其频率特性也只能在一定程度上得到改善，但n级放大电路的频率特性随着级数n的增加而变坏的趋势无法改变。

附表1 放大电路的级数n与缩窄系数Xn的关系表

二、从n级放大电路的相对平顶降落论“放大电路，简洁至上”

假如单级放大电路的相对平顶降落为δ，则n级放大电路总的相对平顶降落为δz=δ1+δ2+δ3+…+δn，其中δ1为第一级放大电路的相对平顶降落，δn为第n级放大电路的相对平顶降落。从上式可以看出，放大电路的级数越多，则其总的相对平顶降落δz就越大。而相对平顶降落是表征放大电路幅频特性的一个重要参数。相对平顶降落越大，放大电路的幅频特性就越差。另外，单级放大电路的相对平顶降落δ与其下限频率f1有如下关系：δ=2πf1T，其中T为输入脉冲宽度，f1为放大电路的下限频率。对于n级放大电路来说，其总的相对平顶降落δz与其下限频率f1n的关系应为：δz=2πf1nT，从以上两式可以看出，放大电路的相对平顶降落越大，则其下限频率就越高，其低频特性也必然越差。