第4章 放大器基础

第四章放大器基础第四章放大器基础1放大器功能：将输入信号进行不失真地放大2放大器类型：结构，信号3放大器的基本组成直流电源和相应的偏置电路输入信号源输入耦合电路有源器件输出耦合电路输出负载ίCίEίBRBBRcVCCVBB++--+-RSC1C2RLνίνCEίBίCνottttt+-νoνs-+νί4.1偏置电路和耦合方式偏置电路1）对偏置电路的要求*1提供放大器所需的Q。

截止失真饱和失真*2Q稳定。热稳定性.主要减小β变化对ICQ的影响。

QQQ'Q'Q"Q"ίBνBEνCEVCEQίCVIQνί00VCCVCCRCRC++++----VIQνBEνOνίίBίCVCC2）分压式偏置电路*1I1=（5~10）IBQ*2RE对ICQ的自动调节作用

T℃↑→ICQ↑（IEQ↑）→VEQ↑→VBEQ↓→IBQ↓ICQ↓工程上取VEQ=0.2VCC或VEQ=（1~3）VIBQRB1RB2RERCVBQVCCTVEQI1C*3场效应管偏置电路RG1RG2RSRDVDDI1TRGRSRDVDDTRGRDVDDT（a）分压式（b）自偏置式（c）零偏置式2耦合方式1）放大器与输入信号源的连接*1有效地将信号源的信号（功率，电压或电流）加到放大器输入端。a)若要求加到放大器输入端的信号功率最大，则放大器与信号源之间插入匹配网络b)若要求加到放大器输入端的信号电压最大，则Z＞＞ZS+-νsZS。。。。Z信号源放大器IBQRB1RB2RERCVCCTVEQI1CECBRSνs+-+-+-νίVBQ·····*2信号源的接入不影响放大器的Q点且保证信号特性——采用电容耦合

CE—旁路电容，防止交流（信号）电流在RE处产生交流压降。2)级间连接*1电容耦合优点：①各级的Q点相互独立；②只要耦合电容CB，CC，CL容量足够大，放大器交流信号损失就小，放大倍数也高。缺点：①耦合电容隔断直流，不能放大直流信号，且当信号频率较低时，放大倍数下降；②耦合电容容量大，不易集成。R1R2R4R3T1CBRSνs+-+-+-νί··R5R6R8R7VCCT2CC·········CLRL。。。νo+-*2直接耦合优点：①电路中没有电容，易于集成；②能放大交流信号，同时也能放大直流和变化缓慢的信号。缺点：①各级Q点相互影响，必须合理解决级间电平配置问题。RC1VCQ1·REnRCnVCC·RE2RC2VCQ2··RE3T3VCQ3·TnT2T1RC3VBQ1+--+--++RC1VCQ1·RC2RE2VCQ2··T2T1+--+VBEQ1+-。。。。。VCC。②产生零点漂移零点漂移——如果将直接耦合放大电路的输入对地短接，并调整电路使输出电压等于零，从理论上来讲，输出电压应一直为零保持不变，但实际上，输出电压将离开零点，缓慢地发生不规则的变化，这种现象称为~。产生零点漂移的主要原因——放大电路中器件的参数随温度变化而变化，导致放大器Q点不稳定。这种不稳定可看作缓慢变化的干扰信号，由放大器逐级传递并放大。*放大器中的第一级对整个放大器的零点漂移影响最大；放大器的级数越多，零点漂移问题越严重。抑制零点漂移措施：①引入直流负反馈来稳定Q点，如采用分压式Q点稳定电路；②采用差分放大结构，使输出端的零点漂移相互抵消。4.2放大器的性能指标1输入电阻输出电阻增益1）小信号放大器的一般电路模型

RSRίRLRονοt+-νsνίίίίo++--+-νοRSίs。。。。ίοnRo放大器RS放大器Roνί+-2）增益①②ⅰ）ⅱ）*对Ro的要求ⅰ）输出量为νo时，要求Ro＜＜RL，理想Ro→0ⅱ）输出量为ίo时，要求Ro＞＞RL，理想Ro→∞RSRίRLRονοt+-νsνί++--+-RSRίνsνί+--+νoRSRίRLRονοίs+-ίοnίίίoRLRονο+-ίοnίoRLRονοt+-+-νoRSίsίίRί③源增益ⅰ）ⅱ）*对Rί的要求ⅰ）输入量为νί时，要求Rί＞＞Rs，理想Rί

→∞ⅱ）输出量为ίί时，要求Rί＜＜Rs，理想Rί

→0RSRίRLRονοt+-νsνί++--+-RSRίνsνί+--+νoRSRίRLRονοίs+-ίοnίίίoRLRονο+-ίοnίoRLRονοt+-+-RSίsίίRί3）多级放大器第一级放大器第二级放大器第三级放大器RsRLνs+++++-----νί1νo1νo2νoRSRί1RLRο1νοt1+-νsνί1++--+-Rί2Rο2νοt2+-νo1=νί2+-Rί3Rο3νοt3+-νo2=νί3+-νο4.3基本组态放大器1实际电路.性能1）共射①实际电路.交流通路C1RSνs+-+-+-νί·RB1RB2RERCVCCTCE·····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-νίRBRCTRL。。νo+-②性能ⅰ)Rί

ⅱ)Ro

ⅲ)AνRSrb'eνsνί+--+RL。。νo+-gmνb‘eνb‘e+-rceRCRBceb'ίbίίRoRiίcίoⅳ)Aί

未旁路RERSνs+-+-νίRBRCTRL。。νo+-RERSrb'eνsνί+--+RL。。νo+-gmνb‘eνb‘e+-rceRCRBceb'ίbίίRoίcίoRίRE①Aν

在C，E，B三个节点上有电流方程（忽略rce）②Rί*3由于RE的存在，与旁路时相比Rί大大增加了③Aί④Ro

Ro≈RC

2）共基①实际电路C1RSνs+-+-νί·RCRB2R8VCCTCE··C2RL。。νo+-。RB1··RSνs+-+-νί··Tνo+。。-RLRC··R8ίί-αίίίo②性能ⅰ）AίRSνs+-+-νί·Tνo+。。-RLRC·ίίίo····-αίί*简化电路（忽略rce）RS+-+-·o+。-RLRC·rb'erceeb'cνsνoRS+-+-·o+。-RLRC·rb'eeb'cνsνogmνb'eo+。-RLRCcνoRS+-+-··eνsb'regmνb'egmνb'eνίνίνίίίίoίίίίίoίogmνb'eⅱ）Rίⅲ）RoRo=RCⅳ）Aν3）共集①实际电路C1RSνs+-+-+-νί·RB1RB2R8VCCT·····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-νίRBRETRL。。νo+-o+。-RLREeνoRS+-+-··bνsrb'eνίίίίogmνb'ercecRB②性能（移去RB）ⅰ）Rίo+。-RLREeνoRS+-+-··b'νsrb'eνίίίίogmνb'ercecRSνs+-+-νίRETRL。。νo+-ⅱ）Ro+-REeνRS+-··b'rb'eνίίίίgmνb'ercec·ⅲ）Aίⅳ)Av三种基本组态放大器比较①共射.共基电路的电压放大倍数较高，共集电路的电压放大倍数小于1但接近1。共射电路的输出电压与输入电压反相。②共集电路的输入电阻最大，共基电路的输入电阻最小。③共集电路的输出电阻最小，共基电路的输出电阻最大。④共射电路多用作多级放大器的中间级，共集电路可用作输入级，隔离级，输出级。而共基电路频率特性好，适用于宽频带放大器。2.改进型放大器1）组合放大器①CE-CBCE：电压放大倍数较高CB：共基电路的输出电阻最大.RSRLT1T2νs+-②CC-CE：CC：电压放大倍数接近1，输入电阻大，输出电阻小。CE：电压放大倍数大。③CC-CB：CC：电流放大倍数大，输入电阻大。CB：电流放大倍数接近1。.RSRLT1T2νs+-.RSRLT1T2νs+-2）发射极接RE的共射放大器3）采用有源负载的共射放大器T1。VCC。RC+-νίICQ1T1。VCC。+-νίT2。IBQ1ίC1ίC2动态（交流）：T2等效rce2R'L=rce2∥RLT1。+-νίRL。T1。+-νίT2RL。rce23共源.共栅和共漏放大器的性能1）共源放大器①实际电路.交流通路C1RSνs+-+-+νίRG1RG2RZRDVDDTCZ····C2RL。。。νo+-RSνs+-+-νίRGRDTRL。。νo+-②性能ⅰ）AνRSνsνί+--+RL。。νo+-gmνgsνgs+-rdsRDRGdsgίίRoRiίo-ίdⅱ)Rίⅲ)Roⅳ)Aί2)共栅放大器①实际电路C1RSνs+-+-νί·RDRG2RZVDDTC3·C2RL。。νo+-。RG1·RSνs+-+-νί·Tνo+。。-RLRD·RZίίίo②性能ⅰ）AνRS+-+-·+。-RLRD·RZrdssgdνsνogmνgsνίίίίoⅱ)Rίⅲ)Aί

3)共漏①实际电路②性能ⅰ）AνC1RSνs+-+-+-νίRG1RG2RZVDDT·C2RL。νo+-o+。-RLRZsνoRS+-+-·gνsνίίίίogmνgsrdsdRG+-νgsⅱ)Rίⅲ)Aίⅳ）Ro+。-RZsνRS·gνίίίίgmνgsrdsdRG+-νgs*场效应管放大器比较①共源.共栅和共漏场效应管放大器的特性类似于共射.共基和共集双极型晶体管放大器的特性。②共源放大器具有中等的Aν，Aί，Rί，Ro。③共栅放大器器具有低Aί，Rί。④共漏放大器器具有低Aν，Ro。3集成MOS放大器（带有源负载的MOS场效应管放大器）①NMOS，具有增强型驱动管和耗尽型负载管（E/DMOS放大器）。②NMOS，具有增强型驱动管和增强型负载管（E/EMOS放大器）。③NMOS，具有增强型驱动管和PMOS电流源负载（CMOS放大器）。1）E/EMOS放大器1）E/EMOS放大器①电路νo+-RLνί+-。VDD。。。。。。T1T2-νί+-。。T1+νo。。②性能。。。。。νί+-νo+-。。。。νί=νgs1+-νo+-。gm2νgs2gmu2νus2gm1νgs1rds1rds2rds1rds2gm1νίgm21gmu21g1s1d1d2s2g2s2g1d1s1d2g2u22）E/DMOS放大器①电路νo+-RLνί+-VDD。。。。。。T1T2-νί+-。。T1+νo。。T2②性能。。。。。νί+-νo+-。。。。νί=νgs1+-νo+-。gmu2νus2gm1νgs1rds1rds2rds1rds2gm1νίgmu21g1s1d1d2s2g2s2g1d1s1d2g2u2CMOS放大器①电路(共源)νo+-RLνί+-VDD。。。。。。T1T2。。。+-VGG-νί+-。。T1+νo。。。。。。。νί+-νo+-gm1νgs1rds1rds2s2g1d1s1d2g2。。。。νί=νgs1+-νo+-。rds1rds2gm1νίg1s1d1d2s2g2＞＞2.改进型放大器1）组合放大器①CE-CBCE：电压放大倍数较高CB：共基电路的输出电阻最大.RSRLT1T2νs+-②CC-CE：CC：电压放大倍数接近1，输入电阻大，输出电阻小。CE：电压放大倍数大。③CC-CB：CC：电流放大倍数大，输入电阻大。CB：电流放大倍数接近1。.RSRLT1T2νs+-.RSRLT1T2νs+-2）发射极接RE的共射放大器3）采用有源负载的共射放大器T1。VCC。RC+-νίICQ1T1。VCC。+-νίT2。IBQ1ίC1ίC2动态（交流）：T2等效rce2R'L=rce2∥RLT1。+-νίRL。T1。+-νίT2RL。rce2

4.4差分放大器1差分放大器的组成与原理1）电路（带电阻负载的差动双极型晶体管放大器）2）差模信号.共模信号ⅰ）差模信号

νί1=-νί2

νo1=-νo2ⅱ）共模信号

νί1=νί2

νo1=νo2

。。VCCVEERCRCRE。。RLRLT1T2。。++--νί2νί1ⅲ）一般信号

。。VCCVEERCRCRERLRLT1T2++-νίc---++νίc0.5νίd0.5νίdνo1νo2++---+νo3）输入.输出方式双端输入νί1≠0νί2≠0单端输入νί1=0或νί2=0双端输出νo=νo1-νo2单端输出νo=νo1

或νo=νo24）抑制共模信号的原理ⅰ）RE的作用

（IE2↑）（VBE1↓）T↑或VIC↑→IE1↑→2IERE↑→

VBE1↓→IB1↓IE1↓(IB2↓)（IE2↓）*1RE对共模信号有很强的抑制作用。ⅱ)输出取电压差（νo1-νo2）抑制法

*2理想差放对共模信号没有放大能力。ⅲ）共模抑制比

*3KCMR越大越好，抑制共模信号的能力越强。

2差分放大器的分析计算1）静态计算。。VCCVEERCRCREE。。RLRLT1T2。。++--νί2νί1IEEνo1νo2++---+νo2)动态分析①差模特性半电路法ⅰ）Rίⅱ）Ro单端输出双端输出RCRLT1RCRLT1++++++------νo1νo2νί2νί1νίdνod。。ⅲ）Aν单端输出双端输出②共模特性单端输出RCRLT1RCRLT1++++----νocνocνίcνίc。。。。2REE2REE＞＞＞＞*REE越大，Aνc越小，KCMR越大。REE越大，IEE越小，gm越小，KCMR越小。采用有源负载取代REE。双端输出③合成输出信号2电路两边不对称对性能的影响1）双端输出时的共模抑制比

2）失调①输入失调电压*1失调：零输入时，双端输出电压VO≠0。*2输入失调电压：VIO=VO/Aνd

*3产生输入失调电压的原因：电路两边的RC

IS不相等。*4补偿电压：②输入失调电流*1输入失调电流：IIO=∣IBQ1-IBQ2∣*2产生输入失调电流的原因：电路两边的β

不相等。③VIO和IIO的温漂。*1输入失调电压和输入失调电流随温度漂移的大小。*2输入失调电压温漂△VIO/△T：在规定温度范围VIO的温度系数，衡量电路温漂的重要指标。*3输入失调电流温漂△IIO/△T：在规定温度范围IIO的温度系数，衡量电路温漂的重要指标。4）失调模型。。VCCVEERCRCRET1T2。。。。++---+VODVIOIIOνid5）调零电路。。VCCVEERCRCRET1T2。+-。RSRSVORW。。VCCVEERCRCRET1T2。+-。