模拟电子电路第3章

第三章双极型模拟集成电路的基本单元电路单管共射放大电路的构成放大电路的分析方法频率响应的基本概念共集放大电路共基放大电路电流源电路………第一节第二节第三节第四节第五节第六节放大的概念放大是基本放大电路最重要的功能之一。放大现象存在于各种场合：例如：1.

利用放大镜放大微小物体，这是光学中的放大；2.利用杠杆原理用小力移动重物，这是力学中的放大；3.利用变压器将低电压变换为高电压，这是电学中的放大。它们的共同点:都是将“原物”形状或大小按一定比例放大了。放大前后能量守恒。例如：杠杆原理中前后端做功相同，理想变压器的原、副边功率相同等。1.晶体管正向运用；2.合理的偏置；3.交流通路。基本组成如下：三极管T——起放大作用，CE组态。负载电阻RC、RL——将变化的集电极电流转换为电压输出。偏置电路UCC、Rb——使三极管有一个合适的静态工作点，从而工作在线性放大区。耦合电容C1、C2——隔直，通交。

共射极基本放大电路

三极管是放大元件，但不能单独使用，要按一定的原则组成放大电路：B或E极作放大电路的输入端。发射结正偏，集电结反偏。使放大器有合适的静态工作点。第一节单管共射放大电路的构成使信号有一定的传输路径。Ui～Uo(二)共射极基本放大电路的原理解：判断分两个步骤进行：首先将电容开路，看直流电路是否合理;第二将电容和直流电源短路，看交流信号通路是否合理。【例3—1】判断下图所示电路是否具有电压放大作用。(a)C1的隔直作用使发射结的正向偏置无法加入，不能放大；(b)C1旁路作用使输入交流信号无法加入，不能放大；(c)无Rc，使输出只有电流，电压信号无法取出，不能放大；(d)N沟道JFET要求UGS<0，而图中UGS>0，不能放大。

一、放大电路的静止工作状态静态:

Ui=0时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。放大电路建立合适的静态值，是保证动态工作的前提。正确的区分静态和动态，是分析放大电路的关键。注意第二节放大电路的分析方法静态分析：确定放大电路的静态值IBQ、ICQ、UCEQ，即静态工作点Q。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。1.解析法：——利用直流通路来求解。直流通路：是能通过直流的通道。将电路中的电容视为开路，电感线圈视为短路（忽略线圈电阻），交流信号源视为短路（保留其内阻），即可得到电路的直流通路。UoUiEC静态分析方法：解析法图解分析法工作原理二、放大电路的静态分析工作原理用解析法分析ECIBQICQUBEQUCEQSi管:UBEQ=0.6V~0.7VGe管:UBEQ=0.2V~0.3V（2）求静态值：（1）首先画出直流通路求解顺序是先求IBQ→ICQ→UCEQUCEQ=EC-ICQRC工作原理放大电路的输入和输出直流负载线三极管的输入和输出特性曲线确定静态工作点（1）由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、UBEQECIBICUBEUCEUBE=EC-IBRb→直流负载线iBuBEEc/RbEcIBQUBEQQ-1/Rb作出直流负载线，直流负载线与输入特性曲线的交点即是静态工作点Q。由Q可确定IBQ、UBEQ。用图解法分析2.图解法：UCE=EC-ICRc→直流负载线→工作原理（2）由输出特性曲线和输出直流负载线求ICQ、UCEQECIBICUBEUCE求两点IC=0UCE=ECUCE=0IC=EC/Rc作出直流负载线，直流负载线和输出特性曲线的有多个交点。只有与iB=IBQ对应的那条曲线的交点才是静态工作点。工作原理由图可见：如改变Ib的数值，便可改变静态工作点的位置，从而影响放大电路的放大质量。4.由直流通路输出回路列出方程UCE=UCC－ICRc

；5.在输出特性曲线上确定两个特殊点,作出输出负载线，并根据IBQ确定Q点。

图解法的关键：直流负载线的确定方法：1.由直流通路输入回路列方程UBE=UCC－IBRb

；2.在输入特性曲线上确定两个特殊点,作出输入负载线，两线的交点即是Q。6.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。工作原理3.得到Q点的参数IBQ。3.交流通路的画法：(1)直流电源视为对地短路。(2)耦合电容对交流相当于短路。2.交流通道：交流信号流过的路径。1.交流工作状态:有输入信号时的工作状态。二、放大电路的动态分析(3)

RL´=

RL∥Rc为交流负载电阻。RL’通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压。交流负载线

交流负载线确定方法：

1.通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL'直线。

2.交流负载电阻RL´=

RL∥Rc

3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。

uouiiiicib比直流负载线要陡。放大电路的图解分析方法图解分析方法图解分析1.求出静态工作点Q。2.画出交流通路，求出交流负载电阻RL'=Rc//RL3.以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm。作出交流负载线。UoUiECUoUiIiIcIbIbmIcmUom图解分析方法图解分析不截止Ucm1不饱和Ucm2图解分析方法图解分析

求增益AU=Ucm/UimAI=Icm/Iim

确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压Ucm=min(Ucm1,Ucm2)通过图解分析，可得如下结论：

1.ui

uBE

iB

iC

uCE

uo

2.uO与ui相位相反；

3.可以量出放大电路的电压放大倍数；

4.可以确定最大不失真输出幅度。饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区(工作点偏高)，而引起的非线性失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区(工作点偏低)，而引起的非线性失真。波形的失真双向失真放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位。2.要有合适的交流负载线。3.输入信号的幅度不能太大。工作点位置合适，但输入信号过大而引起的非线性失真。基本共射极放大电路的波形分析动画演示四、放大原理(1)输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结有下列过程：三极管放大作用变化的ic通过Rc//RL

转变为变化的电压输出。UiC1Ubeibic(ib)ic(Rc//RL)UoC2Ube当交流信号ui加到输入端时：晶体管各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量。此时电路中的信号既有直流，又有交流。uiuBEUBEQtuCEUCEQuoIBQICQ(2)放大电路的在放大过程中，管子各极电压与电流均为直流信号和交流信号叠加：uBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=IQ+ibuCE=UCEQ-(ic-ICQ)RL’uO=-icRL’直流分量：大写字母大写下标表示。交流分量：小写字母小写下标表示。交直流叠加：小写字母大写下标表示。其中：结论三极管各电极电流，电压均由交直流分量叠加而成。

若放大的交流信号，交流分量幅值应小于直流分量。

输入输出反相。

双极型晶体管交流小信号模型双极型晶体管h模型共射混合模型单向近似模型1.双极型晶体管h模型1.低频－电路的输入信号频率远小于三极管工作频率，

模型可以不考虑结电容的影响。2.小信号－意味着三极管在线性条件下工作。输入信号幅值的变化使三极管基极电流变化较小且变化近似为线性。基极电流所对应的输出处于放大区。

晶体管h参数模型是分析低频小信号放大器的重要工具。其应用条件为：条件共射（CE）组态h参数等效电路三极管可看成是如图所示的二端口网络:三极管的模型可以用网络方程导出。讨论共射极电路的输入输出时,已知三极管的电压电流之间的函数关系：输出交流短路时的输入电阻输入交流开路时的反向电压传输系数输入交流开路时的传输电导取全微分输出交流短路时的正向电流传输系数对正弦交流信号输入，有画出输入回路画出输出回路或hiehreUcehfeIbhoeUbeUceIbIc++--共射h参数等效电路共基（CB）组态h参数等效电路用同样方法可得到CB组态h参数等效电路IeICUebUcb++--共基h参数等效电路注意：图中电压、电流均为标定方向，即：电流以流入管子为正方向；电压以公共端为地端。hibhrbUcbhfbIehobUebUcbIeIc++--简化h参数等效电路实际中，因为有hre0，hrb0,1/hoe>>RL’,1/hob>>RL’于是可得CE组态和CB组态简化的h参数等效电路。CE组态简化h参数等效电路CB组态简化h参数等效电路hiehfeIeUbeUceIbIc++--hibhfbIeUebUcbIeIc++--CE、CB、CC三种组态的h参数之间的转换例题3-1：试将晶体管的共射h参数换算为共基h参数，已知：hie=1.4k;hre=3.3710-4

;

hfe=44;hoe=27

10-6

s。

解：

hib=hie/(1+

hfe)=1.4/(1+44)=31

hrb=hiehoe/(1+

hfe)

-

hre

=5104

hfb=-hfe/(1+

hfe)=-44/(1+44)=-0.78hob=hoe/(1+

hfe)=27

10-6/(1+44)=0.610-6s各组态的h参数之间的变换关系，按书中P96表3-1换算。CE组态简化h模型中参数的估算晶体管的输入回路可用图示简化物理模型表示：rbb’-基区体电阻；re-发射结正向电阻；rb’c-集电结反向电阻。室温下，re≈UT/IEQ=26mV/IEQube+-ibicie由和hfe的定义可知：hfe=由输入电阻的定义:上式用h参数表示：低频小功率管：rbb’100～300高频小功率管：rbb’几～几十2.共射混合模型1.高频－模型考虑管子结电容的影响。2.小信号－意味着管子在近似线性条件下工作。混合模型是分析高频小信号放大器的重要工具。

其应用条件为：fT为特征频率条件共射混合模型混合高频模型由式CE组态h模型可表示为如下形式考虑管子结电容混合低频模型hiehfeIbUbeUceIbIc++--rbb’Uberb’ehfeIbUceIbIc++--Erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BCECb’cCb’erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BC晶体管的高频截频（一）共射截频f：当

下降到时对应的频率,

0为中频共射电流放大倍数（三）共基截频f：当下降到时对应的频率,

0为中频共基电流放大倍数（二）特征频率fT：当||=1时对应的频率三种截频的关系：

f

fT

f

fT=

0

f

三种截频的关系根据电路连接组态的不同，管子的高频截频分为三种：1

ffTf

0.70700.707f0据定义，共射交流短路电流放大系数：共射高频截频fECb’cCb’erb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’B’BCrb’egmUb’eUbeUceIbIc++--Ub’erbb’EB’BCCb’cCb’e简化共射高频混合π等效电路所以，当f=fT

时,有:且fT>>f,因此,

fT

≈β0

f晶体管的特征频率fT因为共基高频截频f将代入可得且f

>fT>>f设放大倍数A=U2/U1求Z1：求Z2：若Z为电容，则ZI1I2U1U2AZ1Z2I1I2U1U2A分析线性有源网络时，可将跨接在输入与输出间的阻抗分别等效为并接在输入和输出的阻抗，保持其端口电流和电压不变。（1）密勒定理---3.共射单向近似模型共射单向近似模型（2）单向近似模型rb’egmUb’eUbeUceIbIc++--rbb’EB’BCCb’cCb’erb’egmUb’eUbeUce++--rbb’EB’BCCMiCb’eCMo等效电路分析法基本思想：用合适的模型（等效电路）代替交流通路中的晶体管，再用解析电路的方法进行分析、计算。以CE放大电路为例步骤：（1）画放大电路的交流通路（2）画放大电路的交流等效电路交流通路等效电路分析法(3)由等效电路求输入电阻和增益输入电阻Ri=hie（4）按求输出电阻的方法，画出相应的等效电路，求输出电阻输出电阻Ri’=hie//RB电压增益电流增益RiRi’RoRo’【例3－2】电路如图所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。解：（1）画放大电路的交流通路（2）画放大电路的交流等效电路等效电路分析法举例等效电路分析法举例（3）为了计算hie,先求IBQ或ICQ：【例3－2】电路如图所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。等效电路分析法举例（4）输入电阻（5）内电流增益（6）电压增益【例3－2】电路如图所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。等效电路分析法举例（7）输出电阻结论：（1）共射放大电路具有较高的电流增益和电压增益；（2）共射放大电路具有居中的输入电阻和输出电阻；（3）共射放大电路输出电压和输入电压反相。【例3－2】电路如图所示，已知UCC=6V,RC=RL=4k,RB=540k,

Rs=100,UBE=0.7V，hfe=100,rbb’=200,求放大器的

AU、AUs、AI、Ri’、Ro’。放大电路的分析方法小结1.作静态分析画出电路的直流通路计算法图解法静态值IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ2.作动态分析画出电路的交流通路→放大电路的微变等效电路hie←AU(AUS)、Ri

、Ro

、Ri'、Ro'←图解法：适合于大信号的分析等效电路法：适合于小信号的分析等效电路法：Si:UBEQ=0.6~0.7VGe:UBEQ=0.2~0.3V第三节共射放大电路的频率响应频率响应的分析方法共射放大器的高频响应频率响应的基本概念共射放大器的低频响应这种描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律称为相频特性。即频率响应的基本概念中频段：AU=常数低频段高频段AU

下降中频段：UO与Ui

间相位差=常数低频段高频段

改变这种描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律称为幅频特性。即fLfH0.707AUAU频率响应曲线-180°-90°-270°A(jf)(jf)ff幅频特性偏离中频值的现象称为幅度频率失真;

相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。频率响应曲线幅度频率特性：A(j)

或A(jf)把增益和相移随频率的变化特性分别称为幅频和相频特性，统称为频率响应特性，是放大电路对输入正弦信号的稳态响应。usUoUcc相位频率特性：(j)或(jf)频率响应定义BW=fh

-fl高频截频低频截频1.放大电路中存在电抗性元件，例如:耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等;2.电流放大系数是频率的函数。低频段AU

下降的原因：耦合、旁路电容衰耗作用的影响。高频段AU下降的原因：管子结电容及分布电容分流作用的影响。频带宽度影响放大器截频的主要原因产生频率失真的原因频率失真包括幅度频率失真和相位频率失真，属线性失真。1、传输函数（一）线性系统的分析：时域拉氏变换拉氏逆变换自变量：t自变量：s=+j（二）传输函数非标准式标准式复频域频率响应的分析方法上式中，Zj(j=1,2,···,m)–称零点；Pi(i=1,2,···,n)-称极点。二、频率响应波特图的渐近线画法——（一）一阶零点（或极点）的渐近线当0.11时，y≈0当=1

时，y≈±3dB当101时，y≈±20dB当0.11时，()≈0当=1

时，()=±45°当101时，()≈±90°2、相频特性：()=

1、幅频特性：=采用半对数坐标系（二）位于坐标原点的一阶零点（或极点）的渐近线1、幅频特性：=当0.11时，y=20dB当=1时，y=0当101时，y=±20dB频率特性曲线2、相频特性：()=±90°无误差,不需要修正（三）画波特图的一般步骤：

1、写出标准式：找常数项

2、画出各个零、极点的渐近线

3、合成波形例1:波特图解：AU=105=100dB0110102103104105106107108f/Hz20lg|AU|/dB20406080100(f)0110102103104105106107108f/Hz-45-90-135-180-225-270解：1）标准式：6040200-2020lgAU(j)lg

/ωi110102103104105幅频特性曲线例2：试画出幅频特性曲线2）常数项：AU=1=0dB3）画幅频特性曲线共射放大器的高频响应1.高频增益函数由交流通路得到高频等效电路用戴维南定理得到简化高频等效电路共射放大器的高频响应1.高频增益函数由输出回路得其中：由此推得：式中中频增益则高频正弦增益函数可写为：令S=j,有转角频率：,结论：1.单级CE电路的高频增益函数具有两个极点h1和h2（即每一个独立电容都构成一个极点）。2.两个极点h1和h2分别由输入、输出回路提供，其值为该回路时间常数的倒数。3.高频增益函数的分子就是电路的中频增益。'11SihRC=w2.高频截频的计算由高频增益函数可求得高频截频，方法：{1.作波特图法2.解析法1.作波特图法3dBh1h2lg/i20lg|AUS(j)|/dB因为h1h2所以高频截频hh12.解析法由高频截频定义有：上式展开，忽略高次项，经整理近似得到共射放大器的高频响应推广到有n个极点的系统，求高频截频的公式为：3.低频截频的计算同理，由低频截频定义低频增益函数的基本形式为可推导出有n个极点的系统求低频截频的公式为：4.放大器展宽带宽的方法主要有以下三种方法：

1、补偿电路法;2、负反馈法;3、组合电路法一、补偿电路法：提升高频截频高频时，Z，AU

，使频带适当展宽。UiU0二、负反馈法

放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了，如图所示。负反馈对通频带的影响无反馈时的通频带BW=fH－fL;有反馈时的通频带BW=fHf－fLf。无反馈引入负反馈后20lgA020406080/dB101010101010101234567f/Hz三、组合电路法：改变时间常数以单级CE为例:分析：RS

RS’h1RL

Ci

h1RL’h2所以采用CE—CB或CC—CB组合电路可以得到很好的高频特性。共集组态放大电路第四节共集(CC)放大电路直流通路共集放大电路的原理电路如图所示。

由于输出电压从发射极输出，所以又称为射极输出器。

1.直流分析直流通路如图整理得到2.共集放大器的中频特性分析CC放大电路的交流通路和微变等效电路如图所示。②输入电阻

Ri’=RB//[hie+(1+hfe)R’L)]

CC组态微变等效电路R’L=RL//

RE①电压增益:③电流增益:③输出电阻求Ro的微变等效电路式中，Rs'=Rs//RB。

求Ro的微变等效电路如图。3.共集放大器的高频响应共集放大器的高频等效电路如图:由图可见，它有两个独立电容，对应有两个极点。当s→时，1/（sCb’e）→0,相应的U(s)→0,表明有一个s→的零点，因此它是含有一个零点、两个极点的二阶系统。

忽略Cb′c，等效电路可简化为一阶系统。可以推得它的电压增益函数为:

式中若则结论：其高频截频远比CE放大器的高频截频高。共集电路的特点电压增益近似为1。Ri’=RB//[hie+(1+hfe)R’L)]输入阻抗高。输出阻抗低。电流增益大。频响特性好。共基组态放大电路第五节共基(CB)放大电路直流通路共基放大电路的原理电路和直流通路如图所示。

1.直流分析2.共基放大器的中频特性分析①电压增益:②电流增益:CB放大电路的交流通路和微变等效电路如图所示。

CB放大器微变等效电路

CB放大器的交流通路③输入电阻

CB放大器微变等效电路输出电阻3.共基放大器的高频响应当考虑容性负载时，共基放大器的高频小信号等效电路如图:rbb’很小，忽略其影响

简化后的等效电路

高频小信号交流等效电路

合并后的等效电路两个电容构成两个极点。综合得到电压增益函数:其中，中频电压增益:

合并后的等效电路若Rs>>re,则此时可能成为限制因素，因此CB放大器不宜带容性负载。当CL=0时，很高，CB放大器具有很好的高频响应特性。共基电路的特点电压增益较高，输出、输入电压同相。输入阻抗低。输出阻抗较高。电流增益小于约等于1。频响特性好。第六节共射、共集、共基放大电路性能比较类别共射放大电路共集放大电路共基放大电路电压增益AU较大小（1）较大Uo与Ui的相位关系反相（相差180o）同相同相最大电流增益AI较大较大小（1）输入电阻Ri（Ri’）中等高阻低阻输出电阻Ro（Ro’）中等低阻高阻频响特性较差较好好用途多级放大电路的中间级输入级、中间缓冲级、输出级高频或宽带放大电路及恒流源电路第七节电流源电路及基本应用在集成电路中，电流源的应用十分广泛，最主要的应用是作直流偏置电路和取代电阻作有源负载。适用范围：主要用集成工艺制造的放大电路中。1.基本镜像电流源则基准电流：若若,则有：故称为镜像电流源电路。IB1=IB2,Ic1=Ic2,电路优点：结构简单，两管参数对称，符合集成电路特点，动态电阻大。电路缺点：

Ic1数值仍受电源电压、R和Ube影响，且不易得到小电流（μA级)。2.比例电流源在基本电流源的T1

、T2管接入射极电阻R1

、R2

，由于电路对称：UE1=UE2所以IC1R1=IC2R2显然，调整R1/R2比值，即可调整I0与IR的比例关系。所以称为比例电流源。集成比例电流源电路如图如图SE2=2SE1,所以Io=2IR式中，W~基区宽度，N～基区杂质浓度，SE～发射极面积。若T1、T2的W、N相同，足够大，则有3.微电流源（WidlarCurrentSource）电路如图上式可近似表示为超越方程，可用图解法或试探法求解。4.威尔逊电流源电路如图若各管特性一致，可解得特点：传输精度高。5.多路恒流源基本电路如图n越大，Δ越大，故可采用改进电路以使Io与IR接近相等。此时：集成多路恒流源如图（n＝2）所示。基本电路改进电路电流源的主要应用作为直流偏置电路作为有源负载用电流源做直流偏置电路的CC放大器如图。采用有源负载的CE放大器如图。

第八节

差分放大电路差分放大电路改进型差分放大电路差分放大电路的失调与温漂一、差分放大电路的工作原理及性能分析1.差分放大电路的组成

输入信号Ui1和Ui2从差分对管的两个基极加入（称为双端输入），输出信号从差分对管的两个集电极取出（称为双端输出），或从其中任一个集电极输出（称为单端输出）。

由两个对称的CE放大电路组成。RB1=RB2=RB

RC1=RC2=RC

1=2

=hie1=hie2

=hie

对称指两个三极管特性一致、电路参数相等：IBQ1=IBQ2

ICQ1=ICQ2UBE1=UBE2UC1=UC2静态参数一致：双端输出时：静态输出电压Uo=UC1-UC2=0双端输入：输入信号接在两个输入端间。单端输入：输入信号接在一个输入端与地间，另一端接地。双端输出（平衡输出）：输出取自两个集电极之间。单端输出（不平衡输出）：输出取自一个集电极与地间。信号输入方式差放输出方式双端输入、双端输出。双端输入、单端输出。单端输入、双端输出。单端输入、单端输出。差放的四种组态差模信号：是指在差放两个输入端接入两个幅度相等、极性相反的信号，记为，Uid1、Uid2，且Uid1=-Uid2。双端输入双端输出差放当输入差模信号时：（动态）因此，可画出差放在差模输入情况下的交流等效电路。故RL的中点呈地电位，即等效为每管外接负载为RL/2。

又因为：Uc1=-Uc2Ie1=-Ie2故UREE=0（交流接地）2.差模特性分析Ie1Ie2由于电路的对称性有：1）差模电压增益：

由差模输入等效电路可求得:其中双端输入、双端输出时双端输入、单端输出时与单边电路的增益相同双端输出时，Rod=2[Rc//(1/hoe)]2Rc；

(当1/hoe>>Rc时)2）差模输入电阻Rid：3）差模输出电阻Rod：单端输出时，Rod=[Rc//(1/hoe)]Rc；

(当1/hoe>>Rc时)共模信号：是指在差放两个输入端接入两个幅度相等、极性相同的信号。记为：Uic1、Uic2；

Uic1=Uic2=Uic

。在共模信号下:

Ie=Ie1+Ie2=2Ie1=2Ie2UREE=2Ie1REE=2Ie2REE交流通路中等效为每个管子发射极接入一个2REE的电阻。其等效电路如图所示。3.共模特性分析1）共模电压增益Auc双端输出时，由于电路对称，单端输出时:当（1+hfe）2Re>>（Rb+hie）时，可见：REE越大共模增益越小。2）共模输入电阻3）共模输出电阻双端输出时，RoC=2[Rc//(1/hoe)]2Rc；

(当1/hoe>>Rc时)单端输出时，RoC=[Rc//(1/hoe)]Rc；

(当1/hoe>>Rc时)定义：差放的差模增益与共模增益之比的绝对值被称为共模抑制比。即:

KCMR=|AUd/AUc|或:

KCMR（dB）=20lg|AUd/AUc|

4.共模抑制比KCMR单端输出时,KCMR(单)=|AUd(单)/AUc(单)|双端输出时,

KCMR可以认为等于无穷大差放电路的实际输入信号如图所示：

它既包含有差模输入信号，又包含共模输入信号，即结论：差放对共模信号的抑制作用有重要的意义：1.对电源扰动、及温度变化，在直接耦合放大电路中被逐级放大，从而引起较大输出误差。(零点漂移)2.对差放电路，这些现象会引起两管同时产生同样的漂移，这种大小相等、极性相同的漂移电压就是共模电压。3.差放电路是利用电路对称的特点，将一个管子产生的漂移用来补偿另一只管子产生的漂移，从而抑制漂移。4.这种对称性在集成工艺中较易实现。因此，集成电路中广泛使用差分电路。输入Ui1,

Ui2可写为：Ui1=(Uic1+Uid1)Ui2=(Uic2+Uid2)若输入为一对任意数值和极性的信号，则可分解为：一对差模信号和一对共模信号5.对任意输入信号的分析分解任意输入信号的一般公式为：Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2差放的差模输入及总输出电压为相当于Ui1=Ui,Ui2=0,则可分解

为一对差模信号和一对共模信号。Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2=Ui/2Uic1=Uic2=(Ui1-Ui2)/2=Ui/26.单端输入特性所以，Ui1和Ui2可用一对差模信号和共模信号来表示，即

可将单端输入方式改画为双端方式如图所示。单端输入方式的工作状态与双端输入相基本一致，效果相同。差放的指标与输入方式无关。单端输入方式与双端输入方式相比较，不同点在于：单端输入时，增加了一对共模信号UiC=Ui/2。例题电路如图所示。由硅管构成，已知UCC=12V,UEE=6V,=hfe=60,rbb‘=100,RC=RB=REE=RL=10K,输入电压Ui=5mV。求：(1)输入差模电压Uid1、Uid2和共模电压Uic；(2)输出电压Uo；(3)共模抑制比KCMR解：（1）输入差模电压输入共模电压（2）为求hie，首先求IBQ或ICQ。由输入回路可列出直流电压方程：将已知数据代入上式，可解得可求得差模增益：共模增益：输出电压（3）共模抑制比KCMR

(约为33.7dB)总结：差放电路的主要性能指标只与输出方式有关，而与输

入方式无关。双端输出方式单端输出方式差模电压增益共模电压增益共模抑制比差模输入电阻共模输入电阻差模输出电阻7.差放的传输特性传输特性：集电极电流Ic或电压Uo与差模电压Ui的函数关系。(1)Ic

随Ui的变化曲线:(2)Uo与Ui关系曲线:据此画出Ic~Ui及UO~Ui传输特性曲线（如图）差放的差模传输特性IO=Ic1+Ic21)当输入信号Uid=0时（静态工作点Q），差放处于平衡状:

Ic1=Ic2=0.5Io

，

Uo=0。4)在Uid=±UT=26mV范围内，Uo

与Uid呈线性，该范围(约50mV)

是差放电路的小信号线性工作区。2)当Uid>±2UT时，Ic1

、Ic2基本

恒定，称为大信号限幅特性。3)两管集电极电流之和Io为一常数，一管电流增大，另一管电流

必然减小。差放的几点重要特性：5)在T1

、T2管接入射极电阻RE会

使传输特性线性范围加宽。二、改进型差分放大电路1.具有有源负载的差分放大电路在共模输入电压作用下，ic1=ic2,其中ic1通过T3管时，它将等值地转移到T4管，因此，T2管集电极输出的电流在差模输入电压作用下，ic1=-ic2,其中ic1通过T3管时，它将等值的转移到T4管，因此，输出电流io值近似等于双端输出时的差模输出电流。结论：该电路虽为单端输出，但却有双端输出的性能。与双端输出时的共模输出电流为零是一致的。(1)共射--共基组合差放T1,T2

----共射电路T3,T4

----共基电路完成双端变单端输出的转换。T5,T6

----T3,T4集电极有源负载}2.组合差分放大电路Io-IIII工作原理(2)共集--共基组合差放----高β值NPN管----低β横向PNP管特点：输入电阻高，电流和电压增益大，又称为互补差分电路。利用NPN管β大弥补PNP管β小，利用PNP管反向击穿电压高提高差模输入电压范围。差模输入电阻差模电压增益

第九节多级放大电路1.级间耦合方式实用放大器由多级放大电路组成，前一级的输出通过一定的方式接到下一级；级间的连接方式称为级间耦合方式。放大电路的级间耦合应满足条件:必须要保证信号的传输；保证各级的静态工作点正确。（1）阻容耦合:

级间采用电容耦合。优点：电路简单、各级工作点相互独立。缺点：不能传送直流及变化缓慢的信号；且不宜集成。2.常用耦合方式及特点电容的作用：传送交流信号；阻隔直流。与下级输入电阻构成阻容耦合。阻容耦合放大电路（2）变压器耦合1.变压器耦合可隔除直流，传递一定频率的交流信号，因此各级的Q互相独立。2.可以实现输出级与负载的阻抗变换，以获得有效的功率传输。两级间利用变压器来传送信号的耦合方式称变压器耦合。优点：变压器耦合放大电路缺点：不能放大直流信号，体积大，不能集成。（3）光电耦合抗干扰能力强。两级间利用光电耦合器件来传送信号的耦合方式称光电耦合。优点：光电耦合放大电路UiUoRLU1U2（4）直接耦合两级间不采用任何器件，直接相连的耦合方式称直接耦合。直接耦合放大电路1.直接耦合使各放大级的工作点互相影响。2.温度漂移严重。（逐级放大；采用差放可解决）直接耦合电路简单、便于集成，且可传送直流或变化缓慢的信号。优点：缺点：3.直接耦合放大电路的问题

a.若E2直接接地：易造成T1和T2管饱和。解决方法：a.采用二极管或稳压管代替RE2。二极管动态电阻很小，对VT2的电压增益影响不大，如果接入射极电阻，会使VT2级的电压增益有明显下降。集电极电位会逐级提高;后面放大级要加入更大的射极电阻而无法设置正确的工作点。只适用级数较少的电路。b.若E2接电阻RE2后接地：（1）级间直流电位匹配问题级间采用NPN管和PNP管搭配的方式:NPN和PNP管组合由于NPN管集电极电位高于基极电位，PNP管集电极电位低于基极电位。因此，它们的组合使用可避免集电极电位的逐级升高。b.采用NPN+PNP组合电平移动直接耦合放大电路。（2）零点漂移问题三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象——零点漂移。产生零点漂移的主要原因是温度,所以经常用温度漂移来表示。解决方法：采用差分放大电路作为输入级。多级放大电路的中频特性分析注意(1)前级的输出电压是后一级的输入电压；(2)将后一级的输入电阻作为前一级的负载。1.多级放大电路的增益：2.多级放大电路的输入电阻：3.多级放大电路的输出电阻：Ri’=Ri1’Ro’=Ron’【例题】直接耦合放大电路如图所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。试求:(1)输入电阻Ri‘;(2)输出电阻Ro‘;(3)电压增益AU。解：为求hie1和hie2，先求相应的IBQ或IEQ【例题】解：直接耦合放大电路如图所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。试求:(1)输入电阻Ri‘;(2)输出电阻Ro‘;(3)电压增益AU。【例题】画出交流等效电路如图（1）输入电阻Ri’直接耦合放大电路如图所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb‘=200Ω，UBE1=0.7V,UBE2=-0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，RB2=50，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。试求:(1)输入电阻Ri‘;(2)输出电阻Ro‘;(3)电压增益AU。解：【例题】直接耦合放大电路如图所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb'=200Ω，UBE1=0.7V，UBE2=－0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，

RB2=500Ω，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。试求（1）输入电阻Ri'；（2）输出电阻Ro'；(3)电压增益AU。（2）输出电阻Ri’Ro’（3）电压增益第一级电压增益解：【例4】一直接耦合放大电路如图所示，已知hfe1=25，hfe2=100，rbb'=200Ω，UBE1=0.7V，UBE2=－0.3V，UCC=9V，RB1=5.8kΩ，

RB2=500Ω，RC1=1kΩ，RE2=500Ω，RC2=5.1kΩ。试求（1）输入电阻Ri'；（2）输出电阻Ro'；(3)电压增益AU。Ri’Ro’第二级电压增益总电压增益解：多级放大电路的频响设第k（k=1,2….n）级放大器的高频增益函数为:则多级放大电路的高频增益函数为:则高频截频为1.转换效率η：η＝Po/PDC2.非线性失真：在大信号下，晶体管、变压器等非线性元件

的特性不呈线性，而是非线性的，故非线性失真不可忽略。3.晶体管的安全运用：在功放中，晶体管工作时电压、电

流幅度变化大，接近极限运用，故应保证晶体管各电流、电

压及集电极耗散功率不超过规定的极限值。第十节低频功率放大电路功率放大器：放大设备中直接与负载相连并向负载提供信号功率的输出级及其推动电路。工作原理：实质是能量转换器。即在输入信号控制下，通过晶体管将直流电源供给的能量转换成输出信号功率。设计低频功放应考虑以下几个特殊问题导通角：<丙类：导通角：<<2ICQ甲乙类：导通角：=2ICQ甲类：4.三极管的工作状态为提高效率和改善失真，三极管可工作在不同的静态工作点，根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。导通角：=乙类：一、乙类互补推挽功率放大电路原理：当Ui为正弦信号正半周，T2截止，T1导通，Uo随Ui变化；结构：由T1(NPN管)和T2(PNP管)分别与负载RL连成射极跟随器，T1

、T2管的输出特性对称。故输出完整波形。当Ui为正弦信号负半周，T1截止，T2导通，Uo随Ui变化：1.乙类互补推挽功率放大电路的工作原理2.乙类互补推挽功放的功率分析（1）交流输出功率Po忽略三极管的饱和压降，UomUCC,负载上的最大不失真功率为：（2）电源提供的直流功率PDC电源供给每管的直流功率为:电源提供给双管的直流功率为:电源提供给双管的最大直流功率为:2PDC(单)每管半周平均电流为：（3）功率转换效率η当Uom=UCC

时效率最大，乙类推挽输出级的最大效率可达78.5%，考虑到损耗和改善波形失真问题，实际<70%。（4）晶体管集电极功耗Pc

电源输入的直流功率，有一部分通过三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管上，形成三极管的管耗。

令，可求得pc=pcmax时的将此式代入上式可求得集电极最大功耗为：每个管子的集电极最大功耗为：5.PC与Po关系曲线（如图）

P

Cmax=Po

η=50%O→MPo↑,PC↑;N点

Po=Pomax,η=ηmax=78.5%

此时，Pc仅为0.273Po。M→NPo↑PC↓,η↑;M点Pc与Po的关系poPCPc=Po,=0.5Pc=0.273Po=0.785MN3.乙类互补推挽功放电源与功率管选择为确保功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：（1）已知Pomax与RL，选择电源UCC（2）已知Pomax，选择管子允许的最大功耗PCM3.乙类互补推挽功放电源与功率管选择（3）管子的反向击穿电压UCEO,B当信号最大时,一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为UCC－(－UCC)=2UCC,（4）管子允许的最大集电极电流ICM1.乙类推挽输出级传输特性二、甲乙类互补推挽功率放大电路（也称OCL电路）当时,Uo

0,

因此在Ui正、负半周交替过零处会出现非线性失真，这个失真称为交越失真，如图所示。输入信号Ui很大时,T1

、T2进入饱和,造成输出信号顶部失真,称为饱和失真。2.消除交越失真的方法给两个管子的发射结提供小的正向偏压，使其工作在微导通状态，即使电路工作在甲乙类。3.消除交越失真常用的直流偏置电路（a）利用T1的静态电流流过T4、T5产生的直流压降为T2、T3提供小的直流偏压，即UBEQ4=UBEQ2,UBEQ5=UBEQ3。

（b）利用

T4、R1、R2组成的恒压源电路为T2、T3管提供直流偏压，UCEQ4=UBEQ2+UBEQ3。

三、准互补推挽功率放大电路（1）复合管的形式和参数由于推挽管的对称性和大功率要求，通常将两只及以上的晶体管进行合理的复合、等效为一个管子，称为复合管（或达林顿管）。T1T1T1T1T2T2T2T2NPNNPNPNPPNP一般有四种复合形式：复合后分别等效为：结论：

1)复合管的管型与T1相同；2)复合管的参数分别为：hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2（2）准互补推挽功率放大电路准互补推挽功率输出级只要求上下两个复合管在总特性上相互匹配，不必一一对应匹配，也不强求上下两个复合管管子数目相等。

T1、T2复合成NPN管T3、T4复合成PNP管图中的R1和R2是为了给T2、T4的反向饱和电流提供泄放通道而加的电