电工学简明教程(秦曾煌)第10章--基本放大电路

1、第第 10 10 章章 基本放大电路基本放大电路第第 10 章基本放大电路章基本放大电路10.1共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成10.2共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析10.3静态工作点的稳定静态工作点的稳定10.4射极输出器射极输出器*10.5差分放大电路差分放大电路10.6互补对称放大电路互补对称放大电路*10.7场效晶体管及其放大电路场效晶体管及其放大电路10.1共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成10.1共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成电路中各元件的作用：电路中各元件的作用：C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ u

2、BE iC+uCE T晶体管晶体管 T晶体管是晶体管是电流电流放大元件，在集电极电路获得放大了的放大元件，在集电极电路获得放大了的电流电流 iC ，该电流受输入信号的控制。，该电流受输入信号的控制。集电极电源电压集电极电源电压 UCC电源电压电源电压UCC 除为输出除为输出信号提供能量外，它还保证信号提供能量外，它还保证集电结处于反向偏置，以使集电结处于反向偏置，以使晶体管具有放大作用。晶体管具有放大作用。C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T 集电极负载电阻集电极负载电阻 RC将将 iC 的变化变换为的变化变换为 uC 的变化，实现电压的变

3、化，实现电压放大放大。偏置电阻偏置电阻 RB它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大它的作用是提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。耦合电容耦合电容 C1 和和 C2 1起隔直作用起隔直作用；2起交流耦合的作起交流耦合的作用，即对交流信号可视用，即对交流信号可视为短路。为短路。10.2共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析10.2共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析10.2.1静态分析静态分析放大电路没有输入信号时的工作状态称为放大电路没有输入信号时的工作状态称为。静态分析是要确。静态分析是要

4、确定放大电路的静态值定放大电路的静态值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。1. 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流通路确定静态值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE T 可用右图所示的直流通路来计算可用右图所示的直流通路来计算静态值静态值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE TBCCBBECCBRURUUIBCII CCCCCEIRUU硅管的硅管的 UBE 约为约为 0.6 V，比比UCC 小得多小得多，可以忽略不计。可以忽略不计。 例例 1 在在共发射极基本交流放大电路中共发射极基本交流放大电路中，已知已知 UCC = 12 V，R

5、C = 4 k ， RB = 300 k ， 。试求。试求放大电路的静态值。放大电路的静态值。5 .37 解解 mA5 . 1mA04. 05 .37BCII 6VV)105 . 110412(33CCCCCEIRUUCCB3B12A40A300 10UIR2用图解法确定静态值用图解法确定静态值根据根据直线方程直线方程UCE = UCC RCIC可得出：可得出：IC = 0 时时， UCE = UCC CCCCCE0RUIU 时时，图解过程图解过程说明说明:在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直流负载线，与晶体管的某条线，与晶体管的某

6、条( (由由 IB 确定确定) )输出特性曲线的交点输出特性曲线的交点 Q 称为放大称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。电路的静态工作点，由它确定放大电路的电压和电流的静态值。基极电流基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就的大小不同，静态工作点在负载线上的位置也就不同，改变不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点，的大小，可以得到合适的静态工作点， IB称为偏置称为偏置电流，简称偏流。通常是改变电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整的阻值来调整 IB的大小。的大小。 0IB = 0 A20A40 A60 A80 A123UCCR

7、CN24681012UCCMQ直流负载线直流负载线图解过程图解过程: :IC / mAUCE /VQ1Q2IC = 0 时时， UCE = UCC CCCCCE0RUIU 时时，mA5 . 1C I6VCE U 例例 2 在在共发射极基本交流放大电路中共发射极基本交流放大电路中，已知已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶体管的输出特性曲线如上图。晶体管的输出特性曲线如上图。( (1) )作出直流作出直流负载线，负载线，( (2) )求静态值。求静态值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 时，时， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE =

8、 0 时，时， mA3A104123CCCC RUI可作出直流负载线可作出直流负载线( (2) )由由CCB3B12A40A300 10UIR得出静态工作点得出静态工作点 Q，静态值为，静态值为IB = 40 AIC = 1.5 mAUCE = 6 V0IB = 0 A20A40 A60 A80 A1231.524681012MQ求得静态值为：求得静态值为：IB = 40 A ，IC = 1.5 mA，UCE = 6 VIC / mAUCE /V10.2.2动态分析动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情

9、况动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况。确定放大电路的确定放大电路的电压放大倍数电压放大倍数 Au ；输入电阻输入电阻 ri ； 输入电阻输入电阻 ro 。动态分析的两种基本分析方法：动态分析的两种基本分析方法：微变等效电路法微变等效电路法和和图解法图解法。1微变等效电路法微变等效电路法1微变等效电路法微变等效电路法晶体管在小信号晶体管在小信号( (微变量微变量) )情况下工作时情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线的特性曲线， 晶体管就可以等效为一个线性元件。晶体管就可以等效为一个线性元件。

10、这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。线性电路。( (1) )晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 IB UBE在晶体管的输入特性曲线上，将工在晶体管的输入特性曲线上，将工作点作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，附近的工作段近似地看成直线，当当 UCE为常数时，为常数时， UBE 与与 IB之比之比CECEbbeBBEbeUUiuIUr 称为晶体管的输入电阻，在小信号的条称为晶体管的输入电阻，在小信号的条件下，件下，rbe 是一常数，由它确定是一常数，由它确定 ube 和和 ib 之间的关系。因此，晶体管的输

11、入电路之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用可用 rbe 等效代替。等效代替。OIB UBE UCEIB Q低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算)mA()mV(26) 1()(200EbeIr Rbe 是对交流而言的一个是对交流而言的一个 动态动态 电阻。电阻。动态动态 IB ICQIC UCE ICUCE晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当晶体管输出特性曲线是一组近似等距离的平行直线，当 UCE 为常数时，为常数时， IC 与与 IB 之比为之比为 。 CECEbcBCUUiiII 即为晶体管的电流放即为晶体管的电流放大系数，在小信号的条件

12、大系数，在小信号的条件下，下， 是一常数，由它确是一常数，由它确定定 ic 受受 ib 的控制关系。的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic = ib 等效代替。等效代替。UCE IC UCEQIC IBICUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。BBcceCCEceIIiuIUr 在小信号的条件下，在小信号的条件下，rce 也是一常数，在等效电路中也是一常数，在等效电路中与与 ib 并联，由于并联，由于 rce的阻值的阻值很高，可以将其看成很高，可以将其看成开路开路。当当 IB 为常数时，为常数时

13、， UCE 与与 IC 之比之比称为晶体管的称为晶体管的输出输出电阻。电阻。由以上分析可得出晶体管的由以上分析可得出晶体管的简化简化微变微变等效电路等效电路CBE+ube +uce icibTib ibBECicrbe +uce +ube ( (2) )放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路对交流对交流( (动态动态) )分量而分量而言，电容言，电容、直流电源也可直流电源也可以认为是短路。以认为是短路。 C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iBiCT基本放大电路基本放大电路可可画出放大电路的画出放大电路的交流交流通路通路。+ube TRCiiibicRLRSRBEB

14、C+ui +es +uo +uce 将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。大电路的微变等效电路。交流通路交流通路rbe EBCRCRLRBRSiiib+ui +es +uo ui = ubeuo = uceic ib基本放大器的微变等效电路基本放大器的微变等效电路当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。( (3) )电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算rbe EBCRCRLRBRSoUbIcIbIiI+ + sE+ LR由上图可列出由上图可列出bb

15、eiIrUbLcLoIRIRU 式中式中LCL/ RRR iU故放大电路的电压放大倍数故放大电路的电压放大倍数oLibeuURAUr 当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路( (未接未接 RL ) )时时CbeuRAr 可见可见， 接入接入 RL，电压放大倍数，电压放大倍数降降低。低。 例例 3 在在共发射极基本交流放大电路中共发射极基本交流放大电路中，已知已知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，。试求电压放大倍数，。试求电压放大倍数 Au。5 .37 解解 在例在例 10.2.1 中已求出中已求出ECmA1.5II be26(mV)200()(37.51)0

16、.867 k1.5(mA)r LCL/2kRRR 所以所以Lbe237.586.50.867uRAr ( (4) )放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源放大电路对信号源( (或对前级放大电路或对前级放大电路) )来说，是一个负载，可用来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻路的输入电阻 ri ，即，即iUrI它是对交流信号而言的一个它是对交流信号而言的一个动态动态电阻。电阻。如果放大电路的输入电阻较小如果放大电路的输入电阻较小：第一第一，将从信号源取用较大的

17、将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；电流，从而增加信号源的负担；第二第二，经过内阻，经过内阻 Rs 和和 ri 的分压，使的分压，使实际加到放大电路的输入电压实际加到放大电路的输入电压 ui 减小，从而减小输出电压；减小，从而减小输出电压；第三第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，会降低前级放大电路电压放大倍数。因此，通常希望放大电路的输通常希望放大电路的输入电阻能高一些入电阻能高一些。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为以共发射极基本放大电路为例，其输入电

18、阻为bebeBi/rrRr共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。阻，是不高的。注意：注意： ri 与与 rbe 意义不同不能混淆。意义不同不能混淆。( (5) )放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路对放大电路对负载负载( (或对后级放大电路或对后级放大电路) )来说来说，是一个信号源，是一个信号源。其内阻即为放大电路的输出电阻其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电阻。，它也是一个动态电阻。 如果放大电路的输出电阻较大如果放大电路的输出电阻较大( (相当于信号源的内阻较大相当于信号

19、源的内阻较大) )。当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电路带负载的能力较差。的能力较差。因此，因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻通常希望放大电路输出级的输出电阻小小一些一些。CoRr RC 一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的放大电路的输出电阻可在信号源短路和输出端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当，电流源相当于开路，故，电流源相当于开路，故) )(

20、(0i Uibcb000UIII ，时时，*2图解法图解法首先在输入特性上作图，由输入信号首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变化量确定基极电流的变化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和和uce 即即( (uo) )。由图解分析可得出由图解分析可得出：( (1) ) 交流信号的传输情况交流信号的传输情况：ibebcoce()()uuiiuu即即0uBE/VQ1QQ2604020006040200.580.60.62UBEttiB / A在输入特性上作图在输入特性上作图(ui )uBE/ViB / AIB(ib)0IB = 4

21、0 A2060803Q1. 5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线交流负载线接负载后，接负载后，Uom减小减小，Au下降。下降。 tQ1空载输出电压空载输出电压iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(ic)UCEuo = uce直直流负载线流负载线1Q 2Q ( (2) )电压和电流都含有直流分量和交流分量电压和电流都含有直流分量和交流分量，即即bBBiIi beBEBEuUu ceCECEuUu cCCiIi ( (3) ) 输入信号电压输入信号电压 ui 和输出电压和输出电压 uo 相位相反。相位相反。( (4) )失真现象失真现象

22、失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。原因：原因：1静态工作点不合适：静态工作点不合适：Q 点过低点过低，截止失真；截止失真；Q 点过高点过高，饱和失真。饱和失真。2信号太大，信号太大，超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。作业作业10.3静态工作点的稳定静态工作点的稳定10.3静态工作点的稳定静态工作点的稳定由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值由于某种原因，例如温度的变化，将使集电极电流的静态值 IC 发生变化，从而影响静态工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大发生变化，从而影响静态

23、工作点的稳定。上一节所讨论的基本放大电路偏置电流电路偏置电流BCCBBECCBRURUUI 当当 RB 一经选定后，一经选定后，IB 也就固定不变，称为也就固定不变，称为固定偏置放大电路，它固定偏置放大电路，它不能稳定不能稳定 Q 点。点。 +UCCRCC1C2TRLRE+CE+RB1RB2RS+ui +es +uo iBiC+uCE + uBE 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路 放大电路不仅要有合适的静态工作点放大电路不仅要有合适的静态工作点 Q，而且要保持，而且要保持 Q 点点的稳的稳定定。为此，常采用为此，常采用分压分压式偏置放大电路。式偏置放大电路。+UCCRCTRERB1RB2I

24、BIC+UCE + UBE I1I2IE直流通路直流通路由直流通路可列出由直流通路可列出B21III若使若使B2II 则则B2B1CC21RRUII 基极电位基极电位CCB2B1B22B2BURRRIRV 可认为可认为 VB 与晶体管的参数无与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为关，不受温度影响，而仅为 RB1 和和 RB2 的分压电路所固定的分压电路所固定。 EEBEBBEIRVVVU 若使若使VB UBE则则EBEBEBECRVRUVII 因此，只要满足因此，只要满足 I2 IB 和和 VB UBE 两个条件，两个条件， VB 和和 IE或或 IC 就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化

25、的影响，使静态工作点能就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取 I2 = (5 10) IB 和和 VB = (5 10)UBE 。这种电路稳定工作点的实质是这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起当温度升高引起 IC 增大时，增大时，发射极电阻发射极电阻 RE 上的电压降增大，使上的电压降增大，使 UBE 减小，从而使减小，从而使 IB 减小，以减小，以限制限制 IC 的增大的增大，工作点得以稳定。工作点得以稳定。电容电容 CE 的作用是使交流旁路，防止的作用是使交流旁路，防止 RE 上

26、产生交流电压降降低上产生交流电压降降低电压放大倍数，电压放大倍数，CE 称为交流旁路电容。称为交流旁路电容。 例例 1 在在分压式偏置放大电路中分压式偏置放大电路中，已知已知 UCC = 12V，RC = 2 k ，RE = 2 k ，RB1 = 20 k ，RB2 = 10 k ，RL= 6 k ，晶体管的，晶体管的。( (1) )试求静态值；试求静态值；( (2) )画出微变等效电路；画出微变等效电路；( (3) )计算该电路的计算该电路的 Au， ri 和和 ro 。37.5 解解 ( (1) )B2BCCB1B21012 V4 V2010RVURR mA7 . 1A1026 . 043

27、EBEBEC RUVIIV2 . 5V107 . 110)22(12)(33CECCCCE IRRUU( (2) )rbe EBCRCRLRB2RSoUbIcIbI iI+ + sE+ RB1iUB2BCCB1B21012 V4 V2010RVURR ( (3) )mA()mV(26)1()(200EbeIr Lbe2 62637 571 20 79u. RAr k0.79bebeB2B1ir/r/RRr k2CoRr26(mV)200() (137.5)0.79k1.7(mA) 作业作业10.4射极输出器射极输出器射极输出器射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。是从发射极输出

28、。在接法上是一个共集电极电路。10.4.1静态分析静态分析RERB+UCCIB+ UBE +UCE TICIE直流通路直流通路C1RS+ui RERB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iE+uCE T射极输出器射极输出器用直流通路确定静态值用直流通路确定静态值EBCBBB(1)IIIIII EBBECCB)(1RRUUI EECCCEIRUU 10.4.2动态分析动态分析rbe EBRERLRBRSoUbIcIbIiI+ + sE+ CeIiU由射极输出器的微变等效电路可得出由射极输出器的微变等效电路可得出1电压放大倍数电压放大倍数oLeLb(1)UR IR ILEL/ RRR

29、 式式中中bLbbeeLbbei)1(IRIrIRIrU LbeLbLbbebLio)1()1()1()1(RrRIRIrIRUUAu 相相等等，两两者者同同相相，大大小小基基本本，故故因因iOLe)1(UURr 。，但恒小于，但恒小于接近接近，即，即略小于略小于但但11iOuAUU2输入电阻输入电阻 LbeBi)1(/RrRr 射极输出器的输入电阻很高。射极输出器的输入电阻很高。3输出电阻输出电阻rbe EBRERBRSoUbIoIbI + eI计算计算 ro 的等效电路的等效电路C右图中将信号源短路，保右图中将信号源短路，保留其内阻留其内阻 RS ， RS 与与 RB 并联后并联后的等效电

30、阻为的等效电阻为 R S 。在输出端。在输出端将将 RL 取去，外加一交流电取去，外加一交流电压压 ，产生电流，产生电流 。oUoIEoSbeoSbeoebboRURrURrUIIII )()1()(111SbeESbeEESbeoooRrRRrRRRrIUr 1)()1(SbeE ，通常通常RrR SbeoRrr 故故例如，例如， = 40，rbe= 0.8 k ，RS = 50 ， RB = 120 k ，由此得，由此得3SSB350 120 10/5050 120 10RRR 21.254050800Sbeo Rrr可见射极输出器的输出电阻是很低的。可见射极输出器的输出电阻是很低的。射极

31、输出器的主要特点是：射极输出器的主要特点是：电压放大倍数接近电压放大倍数接近 1；输入电阻高；输入电阻高；输出电阻低。输出电阻低。因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级。因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级。 例例 1 用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电用射极输出器和分压式偏置放大电路组成两级放大电路，如下图所示。已知：路，如下图所示。已知：UCC = 12V， 1 = 60，RB1 = 200 k ，RE1= 2 k ，RS = 100 。后级的数据同例。后级的数据同例10.3.1，即，即 RC2 = 2 k ， RE2 = 2 k ，R B1 = 20 k ，R

32、B2 = 10 k ， RL = 6 k ， 2 = 37.5，试求，试求：( (1) )前后级前后级放大电路放大电路的的静态值；静态值；( (2) )放大电路放大电路的的输入电阻输入电阻 ri 和输出电阻和输出电阻 ro ；( (3) )各级各级电压放大倍数电压放大倍数 Au1，Au2 及两级电压放大倍数及两级电压放大倍数 Au。 解解 由于电容有隔直作用，由于电容有隔直作用，各级各级放大电路放大电路的的静态值可以单独静态值可以单独考虑。同时耦合电容上的交流电压降可以忽略不计，使前级输出信考虑。同时耦合电容上的交流电压降可以忽略不计，使前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。号电压差

33、不多无损失地传送到后级输入端。C1RSRE1RB1C2+es +T1+UCCRC2C3T2RLRE2+CE2+R B1R B2( (1) ) 前级前级静态值静态值为为mA0.035A102)601(102000.612)(133E11B1BE1CCB1 RRUUI mA2.14mA0.03560)(1)(1B11E1C1 III V7.72V)102.14102(1233E1E1CCCE1 IRUU后级后级静态值静态值同例同例 10.3.1，即，即mA1.7E2C2 IImA0.045B2 IV5.2CE2 U( (2) ) 放大电路放大电路的的输入输入、输出、输出电阻电阻 L11be1B1i

34、1i)1(/RrRrr i2E1L1/rRR 式中式中为前级的负载电阻，其中为前级的负载电阻，其中 ri2 为后级的输入电阻，已在例为后级的输入电阻，已在例10.3.1 中求中求得，得，ri2 = 0.79 k ，于是，于是L12 0.79k0.57k20.79R k0.942.142660)(120026)1(200E11be1Ir k30.3)1(/L11be1B1i1iRrRrr 输出电阻输出电阻 k2C2o2oRrr( (3) )计算电压放大倍数计算电压放大倍数前级前级1L11be1L1(1)(1 60) 0.570.98(1)0.94(1 60) 0.57uRArR后级后级( (见例

35、见例10.3.1) )Au2 = 71.2两级电压放大倍数两级电压放大倍数Au = Au1 Au2 = 0.98 ( 71.2) = 69.8*10.5差分放大电路差分放大电路10.5.1静态分析静态分析T1T2RCRB+UCC+ui1 iBiCRCRB+ui2 iBiCRPREEEiEiE+ uO 差分放大电路用两个晶体管组成，电路结构对称，在理想情况差分放大电路用两个晶体管组成，电路结构对称，在理想情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因此，两管的静下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因此，两管的静态工作点也必然相同。态工作点也必然相同。10.5.1静态分析静态分析在静态

36、时，在静态时，ui1= ui2 =0，则则IC1= IC2 ， VC1 = VC2 ，故输出电压故输出电压 uO = VC1 VC2 = 0 差分放大电路的差分放大电路的优点是具有抑制零点优点是具有抑制零点漂移的能力。漂移的能力。什么是零点漂移？什么是零点漂移？一个理想的放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持一个理想的放大电路，当输入信号为零时，其输出电压应保持不变不变( (不一定是零不一定是零) )。但实际上，主要由于环境温度的变化，输出电。但实际上，主要由于环境温度的变化，输出电压并不保持恒定，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现象称为压并不保持恒定，而在缓慢地、无规则地变化着，这种现

37、象称为零零点漂移点漂移( (或称温漂或称温漂) )，它影响放大电路的工作。，它影响放大电路的工作。对差分放大电路，由于电路的对称性，当温度变化时，两边的对差分放大电路，由于电路的对称性，当温度变化时，两边的变化量相等，即变化量相等，即 IC1= IC2 ， VC1 = VC2 虽然每个管子都产生了零点漂移，但是，由于两集电极电位的虽然每个管子都产生了零点漂移，但是，由于两集电极电位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即 uO = VC1 + VC1 (VC2 + VC2 ) = VC1 VC2 = 0 零点漂移完全被抑制了。零点漂移完全被抑制了。

38、电位器电位器 RP 起调零作用，因为电路不可能完全对称，静态时输出起调零作用，因为电路不可能完全对称，静态时输出电压不一定等于零，可通过调节电压不一定等于零，可通过调节RP使静态输出电压为零。使静态输出电压为零。在静态时，设在静态时，设 IB1= IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽略阻值很小的忽略阻值很小的 RP 可列出可列出 EEEBEBB2EIRUIR 上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流EEEC2REII 发射极电位发射极电位 VE 0。每管的基极电流每管的基极电流EECB2 REII 每管的集每管的

39、集 - 射极电压射极电压ECECCCCCCCE2RREUIRUU 接入接入 RE 是为了稳定和获得合适的静态工作点，负电源是为了稳定和获得合适的静态工作点，负电源 EE 用来用来抵偿抵偿 RE 上的直流压降。上的直流压降。10.5.2动态分析动态分析1共模输入共模输入两个输入信号电压的大小相等，极性相同，两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即即ui1= ui2 ，这样的输入称为这样的输入称为共模输入共模输入。在共模输入信号的作用下，若电路完全对称时，两管集电极电位在共模输入信号的作用下，若电路完全对称时，两管集电极电位的变化相同，因而，输出电压等于零，所以对共模信号没有放大能力，的变化相同，

40、因而，输出电压等于零，所以对共模信号没有放大能力，亦即放大倍数为零。亦即放大倍数为零。2差模输入差模输入两个输入信号电压的大小相等，而极性相反，两个输入信号电压的大小相等，而极性相反，即即ui1 = ui2 ，这样的输入称为，这样的输入称为差模输入差模输入。设设ui1 0，ui2 0， IC2 0， VC1 0 。故。故uO = VC1 VC2可见，在差模输入时，输出电压为两管各自输出电压变化量的可见，在差模输入时，输出电压为两管各自输出电压变化量的两两倍倍。T1RCibic+ui1 +uo1 RB单管差模信号通路单管差模信号通路由于差模信号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，由于差模信

41、号使两管的集电极电流一增一减，其变化量相等，通过通过 RE 的电流近于不变，的电流近于不变， RE 上没有差模信号压降，故上没有差模信号压降，故 RE 对差模信对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数单管差模电压放大倍数beBCbeBbCbi1o1d1)(rRRrRiRiuuA 同理可得同理可得d1beBCi2o2d2ArRRuuA 双端输出电压为双端输出电压为)(i2i1d1i2d2i1d1o2o1ouuAuAuAuuu 双端输入双端输入 - 双端输出差分电路的差模电压放大倍数为双端输出差分电路的差模电压放大倍数

42、为beBCd1i2i1odrRRAuuuA 当在两管的集电极之间接入负载电阻时，当在两管的集电极之间接入负载电阻时，beBLdrRRA 式中式中LCL21/RRR 两输入端之间的差模输入电阻为两输入端之间的差模输入电阻为)(2beBirRr 两集电极之间的差模输出电阻为两集电极之间的差模输出电阻为Co2Rr 例例 1 在在前图所示的差分放大电路中前图所示的差分放大电路中，已知已知 UCC = 12 V， EE = 12 V， = 50，RC = 10 k ，RE = 10 k ，RB = 20 k ， RP = 100 ，并在输出端接负载电阻并在输出端接负载电阻 RL = 20 k ，试求电路

43、的静态值和差模电压放，试求电路的静态值和差模电压放大倍数大倍数。 解解 mA0.6A101021223EEC REImA0.012mA500.6CB IIV6V)100.6101012(33CCCCCE IRUU112.4120550beBLd rRRA 式中式中 k521/LCLRRRbeE2626200( )(1)(200)2.41k51 0.6rI 3比较输入比较输入两个输入信号电压既非共模，又非两个输入信号电压既非共模，又非差模，它们的大小和相对极差模，它们的大小和相对极性是任意的，性是任意的，这种输入常作为比较放大来运用。差值电压这种输入常作为比较放大来运用。差值电压(ui1 ui2

44、 ) 经放大后经放大后，输出电压为输出电压为uO = Au(ui1 ui2)为了便于分析为了便于分析，可将这种信号分解为共模分量和差模分量可将这种信号分解为共模分量和差模分量，例如例如uI1 = 10 mV = 2 mV + 8 mVuI2 = 6 mV = 2 mV 8 mV其中，其中， 2 mV 是共模分量，是共模分量，8 mV 和和( ( 8 mV) )是差模分量。是差模分量。为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，为了全面衡量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，通常引用通常引用共模抑制比共模抑制比 KCMRR 来表征来表征cdCMRRAAK 其值越大越好。其

45、值越大越好。10.6互补对称放大电路互补对称放大电路10.6.1对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级对功率放大电路对功率放大电路的基本要求是：的基本要求是： ( (1) )在不失真的情况下能输出在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。尽可能大的功率。( (2) )效率要高。效率要高。放大电路放大电路有三种工作状态。有三种工作状态。( (1) ) 甲类工作状态甲类工作状态tiCQOOiCuCE甲类工作状态甲类工作状态静态工作点静态工作点 Q 大致在负载线大致在负载线的中点。这种工作状态下，放大的中点。这种工

46、作状态下，放大电路的最高效率为电路的最高效率为 50%。( (2) ) 甲乙类工作状态甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE甲乙类工作状态甲乙类工作状态静态工作点静态工作点 Q 沿负载线下沿负载线下移，静态管耗减小，但产生了失移，静态管耗减小，但产生了失真。真。( (3) )乙类工作状态乙类工作状态tiCQOOiCuCE乙类工作状态乙类工作状态静态工作点下移到静态工作点下移到 IC 0 处，管耗更小，但输出波形只处，管耗更小，但输出波形只剩半波了。剩半波了。10.6.2互补对称放大电路互补对称放大电路1无输出变压器无输出变压器( (OTL) )的互补对称放大电路的互补对称放大电路OtuiR1iC

47、2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+ui +uo OtuoiC1OTL电路电路图中两个晶体管图中两个晶体管 T1( (NPN 型型) )和和 T2( (PNP 型型) )的特性基本相的特性基本相同。同。静 态 时 ， 调 节静 态 时 ， 调 节 R3，使，使 A 点的电位点的电位为。为。 CC21U输出耦合电容输出耦合电容 CL 上的上的电压也电压也为。为。CC21UR1 和和 D1 、D2 上的压降上的压降使两管获得合适的偏压，工使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。作在甲乙类状态。iC2RL+UCCCL+OtuiiC1R1R3R2D1D2B1B2T1T2AC+ui

48、OTL电路电路+uo 在在 ui 的正半周，的正半周，T1 导通，导通，T2 截止，电流截止，电流 iC1 自上而下流过负载自上而下流过负载 RL ；在在 ui 的负半周，的负半周，T1 截止，截止， T2 导通，电流导通，电流 iC2 自下而上流过自下而上流过负载负载 RL ； 在在 ui 的一个周期的一个周期内，电流内，电流 iC1 和和 iC2 以以正反方向交替流过负载正反方向交替流过负载 RL，在，在 RL 上合成而得上合成而得出一个交流输出信号电出一个交流输出信号电压压 uo。 Otuo电流是靠电容电流是靠电容 CL 放电形成放电形成的，为了使输出波形对称，的，为了使输出波形对称，C

49、L 的容量必须足够大。的容量必须足够大。这种功率放大电路在理想这种功率放大电路在理想情况下的效率为情况下的效率为 78.5%。2无输出电容无输出电容( (OCL) )的互补对称放大电路的互补对称放大电路R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+ui +uo UCCOCL电路电路OCL 电路需用正负两路电路需用正负两路电源。其工作原理与电源。其工作原理与 OTL 电路基本相同。电路基本相同。*10.7场效晶体管及其放大电路场效晶体管及其放大电路10.7.1绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管SiO2绝缘层绝缘层源极源极 S栅极栅极 G漏极漏极 D P 型硅衬底型硅衬底N+N+N 沟道增强型绝缘栅

50、场效晶体管沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图结构示意图DSG符号符号再在两个再在两个 N+ 型区之间型区之间的二氧化硅绝缘层的表面及的二氧化硅绝缘层的表面及两个两个 N+ 型区的表面分别安型区的表面分别安置三个电极：栅极置三个电极：栅极G、源极、源极 D 和漏极和漏极 D。并在表面生成一层薄薄的二并在表面生成一层薄薄的二氧化硅绝缘层。氧化硅绝缘层。由于柵极电流几乎为零，栅源电由于柵极电流几乎为零，栅源电阻阻 RGS 很高，最高可达很高，最高可达 1014 。构成：构成：用一块杂质浓度用一块杂质浓度较低的较低的 P 型薄硅片作为衬底，型薄硅片作为衬底，其上扩散两个相距很近的高其上扩散两个相距很

51、近的高掺杂掺杂 N+ 型区。型区。P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层ID = 0UGSN+N+UDS当栅当栅 - 源电压源电压 UGS = 0 时，时，D 与与 S之间是两个之间是两个 PN 结反向串联，无结反向串联，无论论 D 与与 S 之间加什么极性的电压，总有一个之间加什么极性的电压，总有一个 PN 结是反向偏置的，漏结是反向偏置的，漏极电流极电流 ID 均接近于零。均接近于零。当在柵极和源极之当在柵极和源极之间加正向电压但数值较间加正向电压但数值较小时小时( (0 UGS UGS(th) )，在栅极在栅极下下 P 型半导体表面形成型半导体表面形成 N 型层型层，通常称它为反型

52、层通常称它为反型层。这就是沟通源区和漏区。这就是沟通源区和漏区的的 N 型导电沟道型导电沟道( (与与 P 型型衬底间被耗尽层绝缘衬底间被耗尽层绝缘) )。UGS 正值越高，导电沟道正值越高，导电沟道越宽。越宽。P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层N+N+ UGS +EGN 型导电沟道型导电沟道形成导电沟道后，在漏形成导电沟道后，在漏-源电压源电压 UDS 的作用下，将产的作用下，将产生漏极电流生漏极电流 ID ，管子导通。，管子导通。在一定的漏在一定的漏-源电压源电压 UDS 下，使管子由不导通变为导下，使管子由不导通变为导通的临界栅通的临界栅-源电压称为源电压称为开启开启电压电压，用用 UGS(th)表示。表示。只有当只有当 UGS UGS(th) 后，后， ID 才随栅