低频电子电路_04章(20121111)

1、低频电子电路低频电子电路何丰何丰-人民邮电出版社人民邮电出版社21世纪高等院校信息与通信工程规划教材世纪高等院校信息与通信工程规划教材普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材概述概述第四章放大单元与基本组成电路第四章放大单元与基本组成电路4.1放大器的恒流支持电路放大器的恒流支持电路4.2基础单元放大电路及特性基础单元放大电路及特性4.3对称结构单元放大电路及其优势对称结构单元放大电路及其优势4.4放大电路分析、设计的基础思路放大电路分析、设计的基础思路 与电路结构的认识与电路结构的认识低频电子电路低频电子电路概概 述述式中，式中，y 为电路为电路输出电量，输出电量

2、，x 为电路为电路输入电量；输入电量；f 表达电路对表达电路对输入电量输入电量x的处理能力，也称为的处理能力，也称为传递函数传递函数，具体用，具体用放大倍数放大倍数A表达表达, ,理想情况下为理想情况下为比例常数比例常数。放大电路放大电路是指输出信号电量能反映输入信号电量的变化是指输出信号电量能反映输入信号电量的变化规律，并且输出信号的变化范围比输入信号大的功能电路。规律，并且输出信号的变化范围比输入信号大的功能电路。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 yf xAx注：放大器广泛运用于广播、通信、自动控制、电子测量注：放大器广泛运用于广播、通信、自动控制、电子测量等领域

3、的各种电子设备中。等领域的各种电子设备中。q 放大器系统组成框图放大器系统组成框图 图中，图中，信号源信号源代表放大电路的原始电信号；代表放大电路的原始电信号；负载负载作为作为放大电路输出电信号的目标信宿，也可以理解为最终信号放大电路输出电信号的目标信宿，也可以理解为最终信号的执行部件；的执行部件；放大器放大器则是完成信号放大的本体。则是完成信号放大的本体。 比例放大的特性可以比例放大的特性可以采用采用以晶体管和场效应管以晶体管和场效应管为代为代表的表的受控源器件来实现。受控源器件来实现。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路q 放大器分类放大器分类 按信号特征分：按信号特

4、征分：音频放大器、视频放大器音频放大器、视频放大器脉冲放大器等脉冲放大器等 按按前后信号电量的不同需求分前后信号电量的不同需求分： 电压放大器、电流放大器、互阻放大器、互导放电压放大器、电流放大器、互阻放大器、互导放大器四种大器四种 按信号强弱分：按信号强弱分： 小信号放大器、大信号放大器和功率放大器等小信号放大器、大信号放大器和功率放大器等 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.14.1放大器的恒流支放大器的恒流支撑撑电路电路 以以晶体管和场效应管晶体管和场效应管为代表的为代表的受控源器件受控源器件并非理想并非

5、理想受控器件，即只在受控器件，即只在特定的电压电流范围内特定的电压电流范围内具有近似线性具有近似线性的电量受控特性。的电量受控特性。 设置静态工作点平台，是确定具有明显区域特点的设置静态工作点平台，是确定具有明显区域特点的非理想受控器件非理想受控器件的电压电流范围的电压电流范围的前提和关键。的前提和关键。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 恒流源电路恒流源电路提供的工作点平台不但能实现稳定工作点目提供的工作点平台不但能实现稳定工作点目的，还能有效地提高放大器的放大倍数；甚至利用该原理还的，还能有效地提高放大器的放大倍数；甚至利用该原理还能形成动态电流镜电路，广泛用于交流

6、信号的处理中。能形成动态电流镜电路，广泛用于交流信号的处理中。 设置静态工作点平台的电路称设置静态工作点平台的电路称放大器的偏置电路放大器的偏置电路。 基于电源特性，恒流源常由恒压源转换而来，即通过基于电源特性，恒流源常由恒压源转换而来，即通过恒恒流源电路流源电路将恒压源转换为恒流源。将恒压源转换为恒流源。电流（电流（or恒流）源电路组成结构框图恒流）源电路组成结构框图 恒流源等效电路与负载连接图恒流源等效电路与负载连接图 本节讲述的本节讲述的恒流源电路恒流源电路是指能将输入直流电压转化为是指能将输入直流电压转化为输出直流电流的半导体电路。输出直流电流的半导体电路。 原理：原理： 为了满足恒流

7、源的输出特为了满足恒流源的输出特性要求，我们可以利用性要求，我们可以利用处于放大处于放大条件下的晶体管条件下的晶体管。同理，我们也。同理，我们也可以采用处于饱和区的场效应管可以采用处于饱和区的场效应管来实现。来实现。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.1.1晶体管恒流源晶体管恒流源1. 镜像恒流源镜像恒流源 假设假设 T1、T2管具有相同参管具有相同参数，均处于放大状态。数，均处于放大状态。RVVI)BE(CCRon)BE(CConVVRRI)BE(onVRI 若若 ， 取值较大时，取值较大时， 受晶体管受晶体管 的温的温度不稳定性的影响较小，即度不稳定性的影响较小

8、，即 基本保持恒定（其原理与基本保持恒定（其原理与分压式偏置电路分压式偏置电路的稳压原理一致）。的稳压原理一致）。，第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路因因 1C1CB1CR22IIIII所以所以 /21R1C2CoIIII在两管在两管很大、很大、 )BE(CConVV，则，则 RVIIICCR1Co镜象恒流源的输出电流镜象恒流源的输出电流 oI与参考电流与参考电流 RI之间的误差之间的误差会随会随的不稳定变化而改变。为此在电路中加接一只晶体的不稳定变化而改变。为此在电路中加接一只晶体管得出如下图所示的管得出如下图所示的改进型镜象恒流源改进型镜象恒流源。 第第 4 章放大

9、单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路改进型改进型1 改进型改进型2 改进型改进型1有：有： 12121oRB1RB2B1RB3RC1oIIIIIIIIIII即：即： 1/21R1C2CoIIII第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路基础镜像恒流源基础镜像恒流源 改进型改进型1 在在 恒定条件下，恒定条件下， 因因随温度变化而改变如下随温度变化而改变如下1/21R1C2CoIIII可见可见：较之基础镜像恒流源，改进型恒流源的：较之基础镜像恒流源，改进型恒流源的 随随的不的不稳定变化要小得多，即稳定变化要小得多，即

10、恒流输出更稳定恒流输出更稳定。 oIRIoI/21R1C2CoIIII2. 非对称恒流源非对称恒流源 非对称恒流源有比例恒流源和微电流源两种基本类型。非对称恒流源有比例恒流源和微电流源两种基本类型。它们常应用于集成内部多电流源系统的设计中。它们常应用于集成内部多电流源系统的设计中。 比例恒流源结构特点比例恒流源结构特点 :两管射极串接不同阻值的电阻。两管射极串接不同阻值的电阻。电路电路 微变等效图微变等效图 ( (用于恒流源性能参数用于恒流源性能参数R R。的分析。的分析) )第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路由发射极回路，可得由发射极回路，可得KVL方程方程 2E2)

11、2BE(1E1)1BE(ononRIVRIV即即发射极回路负载线方程发射极回路负载线方程： 1E12E2)2BE()1BE(ononRIRIVV 在在选用选用晶体管发射极电压电流的晶体管发射极电压电流的指数特性模型指数特性模型时时 ，得，得T)2BE()1BE(T)2BE(T)1BE(/ )(ES2ES1/2ES/1ESE2E1ononononVVVVVVeeeIIIIIIV 设管子发射极反向饱和电流对称相同，设管子发射极反向饱和电流对称相同，即即 ，可得，可得 ES2ES1II1E12E2E2E1TlnRIRIIIV第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路当两管的当两管的

12、足够大时，足够大时， E2E1B2B1C1RoIIIIIII，）（，由上式可得，由上式可得 ooRR12lnTIIVIRIR若若 101oRII两管发射结压降近似相等，因此两管发射结压降近似相等，因此 21RoRRII第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路该表达式体现了该表达式体现了 和和 的的近似比例关系近似比例关系。oIRI第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路* 恒流源输出电流的稳定性分析恒流源输出电流的稳定性分析 与恒流源模型比较，上述恒流源输与恒流源模型比较，上述恒流源输出电流出电流 应为模型中的应为模型中的 ，而，而 的稳定的稳定性，依靠性，

13、依靠恒流源内部恒流源内部的的R、R1和和 R2。 改进型镜像恒流源改进型镜像恒流源 比例恒流源比例恒流源恒流源模型恒流源模型oIII 恒流源模型中的恒流源模型中的Ro，应理解为：反，应理解为：反应负载变化对恒流源应负载变化对恒流源Io的影响参数的影响参数 ，也，也就是说，就是说，Ro因该是交流等效电阻因该是交流等效电阻。由微变等效图可得由微变等效图可得 RRrRrvrvRrvrvvR/11/11111be11be1be1ce1be111be1be1ce1be1be1o1第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路2o1be222ce2o1be222o1be222ce2o1/1RR

14、rRrRrRRRrRrR结论结论：比例恒流源交流输出电阻较大，既恒流效果较好。：比例恒流源交流输出电阻较大，既恒流效果较好。 微电流恒流源的特点是指：微电流恒流源的特点是指：能输出微小电流的恒流源电路能输出微小电流的恒流源电路 微电流恒流源微电流恒流源 1T2T图中，在图中，在管发射结电压的限制下，管发射结电压的限制下，压只能处于正偏状态的较小电压，压只能处于正偏状态的较小电压，即达到输出微电流的目的。即达到输出微电流的目的。 管的发射结电管的发射结电利用比例恒流源分析式，令利用比例恒流源分析式，令 01R，可得，可得oR2olnTIIRVI第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组

15、成电路4.1.2多路与场效应管恒流源多路与场效应管恒流源 场效应管恒流源是利用管子场效应管恒流源是利用管子 GSv控制控制 Di的原理来实现的的原理来实现的 基础型恒流源基础型恒流源 多路恒流源多路恒流源 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 相对于晶体管，场效应管恒流源的最大优点在于无栅相对于晶体管，场效应管恒流源的最大优点在于无栅极电流。极电流。 AthVvVvlIIDS12GS1GS11OXnD1R12WC）（AthVvVvlIIDS22GS2GS22OXnD2O12WC）（在在 DS2DS1vv、远大于远大于 AV， ）（）（ththVVGS2GS1时：时： 22

16、11OR/W/WllII第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 电流源的电流比可以通过管子沟道的电流源的电流比可以通过管子沟道的宽宽/长长比来控制。比来控制。若两管子的宽若两管子的宽/长比完全一致，则长比完全一致，则 ORII 多路输出恒流源常用于集成内部电路中。其中，每个多路输出恒流源常用于集成内部电路中。其中，每个输出电流也可以通过输出电流也可以通过宽宽/长长比来控制，且互不影响。比来控制，且互不影响。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路N+N+P+P+PUSGDl沟道长度沟道长度W沟道沟道宽度宽度4.2 4.2 基础单元放大电路基础单元放大电路

17、 为了阐述的放大原理，利用如下放大电路的交流信号等效为了阐述的放大原理，利用如下放大电路的交流信号等效示意图示意图放大电路信号通路组成等效示意图放大电路信号通路组成等效示意图 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路q 放大器常用交流信号技术指标放大器常用交流信号技术指标1. 1. 增益（增益（GainGain） A A 增益增益是指放大电路中放大器的响应与激励的比值，用是指放大电路中放大器的响应与激励的比值，用英文大写字母英文大写字母 A加下标来表示。若放大电路中无电感和电加下标来表示。若放大电路中无电感和电容特性，增益可表示如下容特性，增益可表示如下 iovvvA 式中，

18、式中， vA的下标为电压符号，表示的下标为电压符号，表示电压增益电压增益。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路实际放大器常见增益种类：实际放大器常见增益种类： 激励电量激励电量响应电量响应电量按电量类型划分的按电量类型划分的增益类型增益类型增益单位增益单位 （电压增益）（电压增益）无单位无单位 （电导增益）（电导增益） S （电阻增益）（电阻增益） （电流增益）（电流增益）无单位无单位iviviiiiovovoioiiov/vvA iog/viA ior/ivA ioi/iiA 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路2. 输入电阻（输入电阻（Inpu

19、t resistance） iR 输入电阻输入电阻是从放大器输入端口看入的交流信号等效电阻是从放大器输入端口看入的交流信号等效电阻，该电阻作为信号源的负载，用以说明放大器实际获取信，该电阻作为信号源的负载，用以说明放大器实际获取信号的能力。号的能力。iiiivR 实际中，结合放大器增益指标和输入电阻指标的概念，实际中，结合放大器增益指标和输入电阻指标的概念，我们也常采用源增益指标，如我们也常采用源增益指标，如源电压增益源电压增益定义如下定义如下sovsvvA第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 该指标用以说明特定信号源信号经放大器在负载上获取该指标用以说明特定信号源信号经

20、放大器在负载上获取信号的能力。信号的能力。源电压增益源电压增益与与电压增益电压增益和和输入电阻输入电阻的关系的关系 visiiosivsARRRvvvvA第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路3. 输出电阻（输出电阻（Out resistance） oR 输出电阻输出电阻是从放大器输出端口看回去的是从放大器输出端口看回去的戴维南等效电戴维南等效电阻阻或或若顿等效电阻若顿等效电阻，该电阻作为负载的信号源内阻，用以，该电阻作为负载的信号源内阻，用以说明放大器带负载能力。一般来说，为了保证放大器的信说明放大器带负载能力。一般来说，为了保证放大器的信号放大能力，对以电压作为输出电量

21、的放大器，应要求放号放大能力，对以电压作为输出电量的放大器，应要求放大器具有较小的输出电阻，并与较大的负载相连接；对以大器具有较小的输出电阻，并与较大的负载相连接；对以电流作为输出电量的放大器，则应要求放大器具有较大的电流作为输出电量的放大器，则应要求放大器具有较大的输出电阻，并与较小负载相连接。输出电阻，并与较小负载相连接。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.2.1 晶体管基础单元放大电路晶体管基础单元放大电路 晶体管基础放大单元电路按信号加入端口、信号输出晶体管基础放大单元电路按信号加入端口、信号输出端口与晶体管电极的连接方式不同，可以划分为端口与晶体管电极的连

22、接方式不同，可以划分为共发射极共发射极放大电路放大电路、共基极放大电路共基极放大电路和和共集电极放大电路共集电极放大电路三类。三类。 1. 共发射极放大电路共发射极放大电路典型共发射极放大电路及相关波形典型共发射极放大电路及相关波形 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 假设电路元件参数选取合理，晶体管始终处于发射结假设电路元件参数选取合理，晶体管始终处于发射结正偏、集电结反偏的放大状态，正偏、集电结反偏的放大状态，晶体管各电极的电压、电晶体管各电极的电压、电流是建立在直流平台基础上的变化电压和变化电流流是建立在直流平台基础上的变化电压和变化电流。 讨论工作点时，将与直流

23、无关的元器件去除后，得到讨论工作点时，将与直流无关的元器件去除后，得到原电路的原电路的直流通路直流通路，也称，也称直流等效电路直流等效电路。 直流等效电路直流等效电路 利用直流等效电路进行的工作点利用直流等效电路进行的工作点电压和电流的求解问题，参见电压和电流的求解问题，参见3.3节，节，这里不再重述。这里不再重述。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 tvBEOQvBEiBOiCvCEOQIBQICQ tvCEO交流负载线交流负载线- -1/R LVCEQibvi+ - -iBVCCiCVCCRBRC+- -vBE+ - -vCE+ - -+ - -RLC1C2 ti

24、BOiC tO第第 3 章放大电路基础章放大电路基础 分析交流电量的变化关系，将与交流无关的元器件等效分析交流电量的变化关系，将与交流无关的元器件等效去除后，得到如图所示去除后，得到如图所示交流通路交流通路: 交流通路交流通路 交流通路凸显了原图中影响交流电压和电流分配的元交流通路凸显了原图中影响交流电压和电流分配的元器件，去除了无关的元器件。器件，去除了无关的元器件。 在外接电容阻抗较小时，电在外接电容阻抗较小时，电路路输出交流负载线输出交流负载线方程为方程为第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路cLCcece/iRRrv 在同样输入信号情况下，在同样输入信号情况下，工作

25、点工作点靠近截止区和饱和区靠近截止区和饱和区时，交流输出波形会出现如下图所示的时，交流输出波形会出现如下图所示的失真失真，即与输入变，即与输入变化规律不一致的情况。化规律不一致的情况。工作点设置不合理情况分析工作点设置不合理情况分析 其中，我们将工其中，我们将工作点靠近截止区出现作点靠近截止区出现的波形失真称为的波形失真称为截止截止失真失真，工作点靠近饱，工作点靠近饱和区出现的波形称为和区出现的波形称为饱和失真饱和失真。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 电压增益电压增益beLCiLCcebeiiov/rRRvRRrrvvvA若实际电路中的若实际电路中的 CR采用恒流源

26、来取代，则上式中的采用恒流源来取代，则上式中的 CR恒流源的交流输出电阻恒流源的交流输出电阻 应被应被oR置换。这时，置换。这时， 该得以提升。该得以提升。引入恒流源引入恒流源的典型电路如下图所示。的典型电路如下图所示。 电路的电压增益应电路的电压增益应第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路电路电路 交流简化图交流简化图 恒流源负载共发射极放大电路恒流源负载共发射极放大电路 交流输出电阻交流输出电阻o2ce1o/rrRbe1Bi/rRR 交流输入电阻交流输入电阻第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 电流增益电流增益be1be1Bibe1be1Biioi

27、/rrRirrRiiiA 恒流源偏置的引入可以有效减小偏置电阻的分流效果恒流源偏置的引入可以有效减小偏置电阻的分流效果，凸显增益器件的放大作用，有利于改善电路性能。，凸显增益器件的放大作用，有利于改善电路性能。 2. 共发射极、共基极、共集电极放大电路性能对比共发射极、共基极、共集电极放大电路性能对比 下图给出了晶体管三种放大电路在理想恒流源偏置电下图给出了晶体管三种放大电路在理想恒流源偏置电路下的交流通路。其中，共基极放大电路中晶体管基极是路下的交流通路。其中，共基极放大电路中晶体管基极是输入信号端口与输出信号端口的公共端，共集电极放大电输入信号端口与输出信号端口的公共端，共集电极放大电路中

28、晶体管集电极是输入信号端口与输出信号端口的公共路中晶体管集电极是输入信号端口与输出信号端口的公共端。端。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路共集电极放大电路共集电极放大电路 共发射极放大电路共发射极放大电路共基极放大电路共基极放大电路理想偏置下的三种基本放大电路的交流通路理想偏置下的三种基本放大电路的交流通路 对应的小信号等效电路如下图所示对应的小信号等效电路如下图所示 小信号等效电路小信号等效电路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 由此计算出相应的电压增益、电流增益、输入电阻和输由此计算出相应的电压增益、电流增益、输入电阻和输出电阻如下表所示

29、。出电阻如下表所示。 电压增益 电流增益 输入电阻 输出电阻 共发射极放大电路共发射极放大电路（CE放大电路）放大电路）共基极放大电路共基极放大电路（CB放大电路）放大电路）共集电极放大电路共集电极放大电路（CC放大电路）放大电路）三种基本放大单元电路性能三种基本放大单元电路性能 vAiAiRORbeLrRbeLrR111LbeLRrR1 1berebe1rrLbe1Rr1sbeRr注：注： 为信号源内阻。为信号源内阻。 sR第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 通常，根据共基极电路的电流增益近似为通常，根据共基极电路的电流增益近似为 1 1的特点，将的特点，将共基极放大

30、电路称为共基极放大电路称为电流接续器电流接续器，其输出电阻较大，输出信，其输出电阻较大，输出信号类似信号电流源输出；根据共集电极电路的电压增益近似号类似信号电流源输出；根据共集电极电路的电压增益近似为为 1 1的特点，将共集电极电路称为的特点，将共集电极电路称为电压跟随器电压跟随器，又因电路输，又因电路输出电阻较小，输出信号类似信号电压源输出；而共发射极放出电阻较小，输出信号类似信号电压源输出；而共发射极放大电路则同时具有电压放大和电流放大的特点。大电路则同时具有电压放大和电流放大的特点。 三种组态电路的应用三种组态电路的应用 共发放大器共发放大器 广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。广泛

31、应用于多级放大器提供增益的增益级中。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 共基放大器共基放大器 共集放大器共集放大器 由于频率特性（第五章）好，故常与共发电路配合，由于频率特性（第五章）好，故常与共发电路配合，组成宽带放大器。组成宽带放大器。 利用利用 Ri 高的特点，常作多级放大器输入级；利用高的特点，常作多级放大器输入级；利用Ro 低低的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。 利用利用Ri 高、高、Ro低的特点，常作缓冲级低的特点，常作缓冲级(隔离级隔离级)，以提高，以提高前级电路的增益。前级电路的增益。第第 4 章

32、放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.2.2 场效应管基础单元放大电路场效应管基础单元放大电路 场效应管放大电路的分类与晶体管放大电路类似，即场效应管放大电路的分类与晶体管放大电路类似，即电路输入与输出端口的公共端为源极的电路被称为电路输入与输出端口的公共端为源极的电路被称为共源极共源极放大电路放大电路，公共端为栅极的电路被称为，公共端为栅极的电路被称为共栅极放大电路共栅极放大电路，公共端为漏极的电路被称为公共端为漏极的电路被称为共漏极放大电路共漏极放大电路。 共源极放大电路共源极放大电路 共栅极放大电路共栅极放大电路 共漏极放大电路共漏极放大电路 理想偏置下的三种基本放大电路的交

33、流通路理想偏置下的三种基本放大电路的交流通路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路对应的小信号等效电路如下图所示对应的小信号等效电路如下图所示 共源极电路共源极电路 共栅极电路共栅极电路 共漏极电路共漏极电路 小信号等效电路小信号等效电路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 由此计算出相应的电压增益、电流增益、输入电阻和输由此计算出相应的电压增益、电流增益、输入电阻和输出电阻如下表所示。出电阻如下表所示。 电压增益 电流增益 输入电阻 输出电阻 共源极放大电路共源极放大电路（CSCS放大电路）放大电路）无该性能无该性能 共栅极放大电路共栅极放大电路

34、（CGCG放大电路）放大电路）共漏极放大电路共漏极放大电路（CDCD放大电路）放大电路）无该性能无该性能三种基本放大单元电路性能三种基本放大单元电路性能 vAiAiROR1LmgRLmgR1g1gLmLmRRmg/1mg1第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 通常，根据共栅极电路的电流增益为通常，根据共栅极电路的电流增益为 1 1的特点，将共的特点，将共栅极放大电路称为栅极放大电路称为电流接续器电流接续器，其输出电阻较大，输出信，其输出电阻较大，输出信号类似信号电流源输出；根据在负载电阻较大时，共漏极号类似信号电流源输出；根据在负载电阻较大时，共漏极电路的电压增益近似为电

35、路的电压增益近似为 1 1的特点，将共漏极放大电路称为的特点，将共漏极放大电路称为电压跟随器电压跟随器，其输出电阻较小，输出信号类似信号电压源，其输出电阻较小，输出信号类似信号电压源输出；而共源极放大电路既具有电压放大，又具有电流放输出；而共源极放大电路既具有电压放大，又具有电流放大的特点。大的特点。 mg 学习中应学习中应将这三类电路分别与晶体管的共发射极放大将这三类电路分别与晶体管的共发射极放大电路、共基极放大电路和共集电极放大电路相比对，悟出电路、共基极放大电路和共集电极放大电路相比对，悟出其共性；一般来说，反映场效应管放大能力的跨导其共性；一般来说，反映场效应管放大能力的跨导 比晶比晶

36、体管的跨导体管的跨导 小。小。 mg第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.2.3 管子小信号电阻管子小信号电阻 （或（或 ）及其影响）及其影响 cerdsrcerdsr 一般来说，考虑增益管的小信号电阻一般来说，考虑增益管的小信号电阻 （或（或 ），就），就意味着选择了晶体管或场效应晶体管的小信号意味着选择了晶体管或场效应晶体管的小信号更高精度的更高精度的电路模型电路模型。 在理论上，更高精度的电路模型必然会致使分析计算在理论上，更高精度的电路模型必然会致使分析计算更为复杂，花费更多。更为复杂，花费更多。 因此，我们应建立因此，我们应建立“以实际够用为原则，选择对应最以

37、实际够用为原则，选择对应最简电路模型为基础的电路分析思想和行为简电路模型为基础的电路分析思想和行为”。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 为了有效为了有效比较各类放大器的交流小信号性能比较各类放大器的交流小信号性能，必然会，必然会对电路输出电阻作更精细的分析，即应考虑对电路输出电阻作更精细的分析，即应考虑 （或（或 ）带来的影响。带来的影响。cerdsrcerdsr 一般来说，考虑增益管的小信号电阻一般来说，考虑增益管的小信号电阻 （或（或 ）后，）后，会致使放大电路的增益、输入和输出电阻等电路性能指标会致使放大电路的增益、输入和输出电阻等电路性能指标发生变化。发生变

38、化。 下图为带下图为带 的共发射极放大电路。的共发射极放大电路。 eR放大器放大器 带信号源和负载的小信号等效电路带信号源和负载的小信号等效电路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路1.1.电路输入电阻电路输入电阻iReLceeLcebei1RRrRRrrRLeceRRrcerLR若若 ，或者条件，或者条件 ，则输入电阻与，则输入电阻与 近似无近似无关，即关，即ebei1RrReR 可见，在共发射极电路中引入可见，在共发射极电路中引入 后，较大的后，较大的 有利于增大有利于增大放大器的输入电阻，放大器的输入电阻，有利于采用电压源激励，不利于电流源激有利于采用电压源激励，不

39、利于电流源激励励。cer第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路2. .电路输出电阻电路输出电阻oRsbeecesbesbeeo/1RrRrRrRrRResbeRRrsR若满足若满足 条件，则输出电阻与条件，则输出电阻与 近似无关，即近似无关，即ecesbeeo1RrRrRR 可见，在可见，在 时，输出电阻受到了信号源内阻时，输出电阻受到了信号源内阻 的影响。对负载来说，的影响。对负载来说， 越大，放大器越与理想信号电越大，放大器越与理想信号电流源输出一致。流源输出一致。 cersRcer第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路3. .电路电路的增益的增益

40、基于引入基于引入 后，输入和输出的较大电阻特性，后，输入和输出的较大电阻特性，放大器放大器理应采用电压源激励理应采用电压源激励，相应输入电量为电压量；为此，我，相应输入电量为电压量；为此，我们讨论含电源内阻影响在内的，电路源跨导增益们讨论含电源内阻影响在内的，电路源跨导增益 和源和源电压增益电压增益 eRgsAvsALLeceeceiisiLgsoososovs1AARRRrRrRRRRRivvivvLeceeceiisiiosisogs1ARRrRrRRRRvivvvi第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路Lceceigs1ARrrRLLceceivs1ARRrrR第第

41、4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 在在 和和 时，电路的源跨导增益和源电压时，电路的源跨导增益和源电压增益分别为增益分别为 siRR eceRr4.3 4.3 具有对称结构的放大单元电路及其优势具有对称结构的放大单元电路及其优势 对称结构的放大电路对称结构的放大电路是指将元器件按对称方式进行设计是指将元器件按对称方式进行设计和实现，以达基本放大电路无法实现的、具有特定性能优势和实现，以达基本放大电路无法实现的、具有特定性能优势或特色的放大电路。或特色的放大电路。 这种以结构方法寻求特色性能的电路思想在现代电路设这种以结构方法寻求特色性能的电路思想在现代电路设计和系统设计中得

42、到了非常广泛的运用。计和系统设计中得到了非常广泛的运用。 本课程中，我们会涉及到具有结构特征的本课程中，我们会涉及到具有结构特征的差分放大器差分放大器、乙类放大器乙类放大器、二极管全波整流电路二极管全波整流电路（1.4.3节）节）、负反馈放大负反馈放大器器（第七章）（第七章）等。等。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路4.3.1 差分放大器基础差分放大器基础 差分放大电路差分放大电路（又称为（又称为差放差放）是一种具有对称结构的）是一种具有对称结构的小信号基本单元放大电路，该电路具有抑制零点漂移的作小信号基本单元放大电路，该电路具有抑制零点漂移的作用，其典型电路形式如下

43、图所示。图中，两个晶体管、两用，其典型电路形式如下图所示。图中，两个晶体管、两个个 电阻应具有相同的电压电流特性。电阻应具有相同的电压电流特性。 CR电路电路 直流通路直流通路 双端输出的差分放大器基本结构双端输出的差分放大器基本结构 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 电路结构电路结构 从两个晶体管集电极接出负载的浮动地式从两个晶体管集电极接出负载的浮动地式“双端输出双端输出”特点。特点。1.1.直流分析直流分析EEonBEEEEE)0(RVVI）（EEonBEEEEE2EQ1EQ2)(2RVVIII）（第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 由两

44、完全对称的共发电路，经射极电阻由两完全对称的共发电路，经射极电阻 REE 耦合而成。能起耦合而成。能起 到更好的到更好的工作点稳定作用工作点稳定作用（与分压式偏置原理同）。（与分压式偏置原理同）。 采用正负双电源供电：采用正负双电源供电：VCC = VEE0。（保证晶体管处于。（保证晶体管处于 放大状态）放大状态）注：在电路对称条件下，注：在电路对称条件下，RL上电流上电流等于零等于零。2. .交流分析交流分析 （a）为交流通路，（）为交流通路，（b）、（）、（c）为对应的输出部分小）为对应的输出部分小信号等效图。信号等效图。交流分析图交流分析图 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与

45、基本组成电路由右图有：由右图有： 12o2ccLcciiRRRi12o2ccLccLiiRRRRv第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路结论：输出电流和电压均与结论：输出电流和电压均与两个集电极电流之差两个集电极电流之差有关。有关。 3. .输入信号成分与电路输出输入信号成分与电路输出 差模信号（差分信号）差模信号（差分信号） ：“一对差模信号一对差模信号” vi1 = vi2 = vid / 2差模输入电压：差模输入电压： vid = vi1 vi2 共模信号：共模信号：“一对共模信号一对共模信号” vi1 = vi2 = vic共模输入电压：共模输入电压： vic =

46、(vi1 + vi2 ) / 2 任意信号可重构为：任意信号可重构为： 21idicivvv22idicivvv， 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路 即：任意信号即：任意信号均可分解均可分解为为一对差模信号一对差模信号与与一对共模信号一对共模信号的的 组合组合。 （1 1）共模信号共模信号分量的作用与分析分量的作用与分析 双端输出电路双端输出电路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路因为：因为： vi1 = vi2 = vic所以，在电路对称条件下，所以，在电路对称条件下， vc1 = vc2 ，即，即vo =0。双端输出电路双端输出电路利用对称

47、性抑制共模信号。利用对称性抑制共模信号。共模电压增益：共模电压增益：icocvvAvcicoc2oc1vvv0 注：如果电路对称性不成立，注：如果电路对称性不成立， 则则vo 0。 可见：因可见：因REE的的抑制抑制作作用，用， ib较小，电路输出电压较小，电路输出电压或电流也不会太大。或电流也不会太大。iicicivR iic1iv)1 (2EEbeRr 在保证发射极电位不变情况下，用在保证发射极电位不变情况下，用“半电路半电路”交流等效交流等效电路可得电路可得：第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路)(2)1 (EEbeicbRrvi结论：在共模信号分量作用下，因差分电

48、路的结论：在共模信号分量作用下，因差分电路的对称性对称性，以及，以及 REE的的抑制抑制作用，电路作用，电路实际输出电流和电压实际输出电流和电压均较小。均较小。 双端输出电路双端输出电路若电路存在轻度不对称，即若电路存在轻度不对称，即vo 0时时单端共模输入电阻：单端共模输入电阻： 根据输出电阻的定义，根据输出电阻的定义，共模情况下共模情况下的输出并无特殊性的输出并无特殊性，即与共模或差模输，即与共模或差模输入成份无关。入成份无关。第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路Co2RR 共模输出电阻：共模输出电阻：（2 2）小信号）小信号差模信号分量差模信号分量的作用与分析的作用

49、与分析 双端输出电路双端输出电路 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路差差模性能指标分析模性能指标分析差差模输入电阻：模输入电阻：b1ididivR b1id2id1ivvb1id12ivbe2r差模电压增益：差模电压增益：idoddvvAv idLCLCidid/2)(2vRRRRRv第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路idLC/)(2RRR 此时，因交流不流经此时，因交流不流经REE ，所以电路，所以电路增益大增益大，输输入电阻小入电阻小。Co2RR 差模输出电阻：差模输出电阻：（3) )差分电路差分电路性能分析性能分析差模电压增益：差模电压增益

50、：idoddvvAv * *电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到显著改变。只是电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到显著改变。只是电路可以完成电路可以完成选择性放大任务选择性放大任务，即能，即能抑制抑制输入的输入的共模信号成份共模信号成份。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路beLC2/)(2rRR共模电压增益：共模电压增益：icocvvAvc0 beLCiov/rRRvvA注：对比电路如下注：对比电路如下 差分放大电路的差模传输特性差分放大电路的差模传输特性 若在差模大信号作用时，晶体管有部分时间会进入饱若在差模大信号作用时，晶体管有部分时间会进入饱和和截止区。

51、进入饱和和截止区后，电流和和截止区。进入饱和和截止区后，电流 、 随输入随输入 变化减弱，直至基本不变。描述差模输出电流随任意输入变化减弱，直至基本不变。描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性如下图。差模电压变化的特性如下图。1ci2ciidv 与差模信号的关系与差模信号的关系 集电极瞬时电流与差模信号的关系集电极瞬时电流与差模信号的关系 oi第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路例例 4.3.1电路如图电路如图4-3-5所示所示，已知晶体管的，已知晶体管的 ， 1= 2=50，VBE（on）=0.7V，rce为无穷大，电容为无穷大，电容C交流短交流短路。试在小信号条

52、件下，求路。试在小信号条件下，求单端输出的差模电压放大倍单端输出的差模电压放大倍数数Avd和共模电压放大倍数和共模电压放大倍数Avc，差模输入，差模输入Rid和输出电阻和输出电阻Rod，共模输入，共模输入Ric和输出电阻和输出电阻Roc。 200bbr第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路例例4.3.14.3.1：单端输出电路：单端输出电路 电路电路第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路直流通路直流通路EE1.952mAIEQ1EQ21mAII今今 021iivvEEEEEE27 . 012/0IRIRIRVEEEbEE（2)2)小信号交流分析小信号交流

53、分析差模性能指标分析差模性能指标分析差差模输入电阻：模输入电阻：b1ididivR 输出电阻：输出电阻：差模电压增益：差模电压增益：CoRR idod2dvvAv第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路)1 (2)(2EbebRrRidLC)/(RRR单端共模输入电阻：单端共模输入电阻：b1icicivR )1 (2)1 ()(EEEbebRRrR共模电压增益：共模电压增益：icoc2cvvAvicLC)/(RRR第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路（2)2)小信号交流分析小信号交流分析共模性能指标分析共模性能指标分析输出电阻：输出电阻：CoRR 相对于

54、差模增益来说，相对于差模增益来说，共模增益较小共模增益较小。这与双端输。这与双端输出的差分放大器类似。其本出的差分放大器类似。其本质是：质是： 利用了利用了电路电路输入回路的输入回路的对称性对称性和和 REE 的抑制的抑制作用。作用。差放性能指标归纳总结差放性能指标归纳总结 Ri ：单icidRR Ro ：单端输出单端输出CoRR 双端输出双端输出， 2CoRR Av ：第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路结论：结论：相对于共模增益来说，差模增益较大，即差分放大器相对于共模增益来说，差模增益较大，即差分放大器 具有放大差模信号分量、抑制共模信号分量具有放大差模信号分量、抑

55、制共模信号分量的能力。的能力。vcvdAA 小信号小信号vo 表达式：表达式：vdidvcicvdidoAvAvAvv4. .电路特点举例与指标电路特点举例与指标 为了进一步强化差模放大器的电路功能，即放大差模为了进一步强化差模放大器的电路功能，即放大差模输入、抑制共模输入的能力，我们常采用恒流源电路来代输入、抑制共模输入的能力，我们常采用恒流源电路来代替前述差分放大器的替前述差分放大器的 ，从而在增大，从而在增大 交流的同时，交流的同时，保持低直流能耗下的工作点电流配置需求。典型电路如图保持低直流能耗下的工作点电流配置需求。典型电路如图 EEREER第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单

56、元与基本组成电路例例 4.3.2 如图已知如图已知T3与与 T2、T1管具有相同特性管具有相同特性。求：共模输入电阻和。求：共模输入电阻和电压增益。电压增益。 解：根据解：根据3.3.2节分压式节分压式偏置电路原理，可以计偏置电路原理，可以计算出：算出： mAI2E3k66. 022651)1 (3e3bEQTIVr第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路由式（由式（4-2-15），算得），算得T3管集电极到地的交流小信号等效电管集电极到地的交流小信号等效电阻，即相当于图阻，即相当于图4-3-7的的 约等于约等于 ，代入式（，代入式（4-3-17）和式（）和式（4-3-19）

57、，得：），得： EERk3190k325382icr31049. 0vcAq 共模抑制比共模抑制比二次谐波失真问题二次谐波失真问题 （1）共模拟制比）共模拟制比 CMRK 共模拟制比是用来说明差分电路抑制共模信号能力的共模拟制比是用来说明差分电路抑制共模信号能力的相对技术指标，其定义为相对技术指标，其定义为 vcdvAAKRMC第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路显然，差模增益越大、共模增益越小，电路的共模拟制能力显然，差模增益越大、共模增益越小，电路的共模拟制能力越强，电路性能越优良，越能体现差放的电路性能。越强，电路性能越优良，越能体现差放的电路性能。 （2）差模放大

58、电路的二次谐波失真较小）差模放大电路的二次谐波失真较小 根据差分电路输入回路的对称性特点，在不考虑晶体根据差分电路输入回路的对称性特点，在不考虑晶体管的输出回路对管的输出回路对BE回路的影响前提下，正弦差模信号作用回路的影响前提下，正弦差模信号作用下的输出信号必定在周期内具有奇对称的特点（可参见图下的输出信号必定在周期内具有奇对称的特点（可参见图4-3-4）；又根据信号与系统课程，我们知道这时的输出波中）；又根据信号与系统课程，我们知道这时的输出波中不含有偶次谐波分量，即离基波这一有用输出分量最近的不含有偶次谐波分量，即离基波这一有用输出分量最近的失真分量，只能是振幅相对较小的三次以上奇次谐波

59、分量失真分量，只能是振幅相对较小的三次以上奇次谐波分量，因此与，因此与4.2.1节放大器相比具有较小失真的特点。节放大器相比具有较小失真的特点。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与基本组成电路5. .实际电路与对称性问题实际电路与对称性问题 实际差分放大器，电路不可能做到完全对称，例如：实际差分放大器，电路不可能做到完全对称，例如： T1、T2 两管集电极电阻两管集电极电阻 RC 不相等，或不相等，或 T1、T2 两管的两管的 及及 VBE(on)不对称，就会产生运算误差。不对称，就会产生运算误差。（1）失调）失调 失调失调是指在输入为零条件下，输出偏离预定值的情况是指在输入为零条

60、件下，输出偏离预定值的情况。将输出失调按电路无失调的差模。将输出失调按电路无失调的差模 系折算到输入端，即系折算到输入端，即称为输入失调。输入失调分为输入失调电压（称为输入失调。输入失调分为输入失调电压（Input Offset Voltage）和输入失调电流（）和输入失调电流（Input Offset Current）两种。）两种。 dA（2）温漂）温漂 温漂温漂是指电路温度变化引起的输出变化情况。通常，我是指电路温度变化引起的输出变化情况。通常，我们重点关注失调受温度影响，即输入失调的温漂情况。们重点关注失调受温度影响，即输入失调的温漂情况。 第第 4 章放大单元与基本组成电路章放大单元与