电子线路高教第四电子课件二

第4章放大器基础概述4.1偏置电路和耦合方式4.2放大器的性能指标4.3基本组态放大器4.4差分放大器4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器4.7放大器的频率响应概述在广播、通信、自动控制、电子测量等各种电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。放大器是应用最广泛的一类电子线路。它的主要功能是将输入信号进行不失真的放大。第4章放大器基础按信号强弱分：小信号放大器大信号放大器按电路结构分：直流放大器交流放大器(线性放大器)(非线性放大器)(多用于集成电路)(多用于分立元件电路)放大器分类按信号特征分：宽带放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器谐振放大器(放大语音信号)(放大图像信号)(放大脉冲信号)(放大高频载波信号)第4章放大器基础保证半导体器件工作在放大模式放大器组成框图耦合电路耦合电路输出负载输入信号直流偏置电路外围电路具有正向受控作用的半导体器件是整个电路的核心将放大器输出端与输出负载进行连接。将输入信号源与放大器输入端进行连接。第4章放大器基础4.1偏置电路和耦合方式4.1.1偏置电路设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。对偏置电路的要求提供合适的Q点，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管E结正偏、C结反偏。当环境温度等因素变化时，能稳定电路的Q点。例如：温度升高，三极管参数、ICBO、VBE(on)，而这些参数的变化将直接引起Q点发生变化。当Q点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和或截止失真。第4章放大器基础QiCtICQtvCEOVCEQibQ点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。Q点波动对输出波形的影响：Q点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。QibibiCvCEOQ第4章放大器基础O三极管偏置电路(1)固定偏流电路VCCRCRBIBIC

Q点估算：电路优点：Q点设置方便，计算简单。电路缺点：不具有稳定Q点的功能。T时、ICBO、VBE(on)ICQQ点升高第4章放大器基础(2)分压偏置电路

Q点估算：电路优点：T

ICQVCCRCRB1IBQI1RB2RECE(固定)具有稳定Q点的功能。

VEQ(=ICQRE)VBEQ(=VBQ-

VEQ)IBQICQ假设I1>>IBQ则第4章放大器基础存在问题：工程上，常选用：VCCRCRB1IBQI1RB2RECERE越大VBEQ越大Q点越稳定VCEQ越小输出动态范围越小VEQ=0.2VCC或VEQ=1~3VRB1、RB2过大不满足I1>>IBQ工程上，常选用：I1=(5~10)IBQ则VBQ不稳定RB1、RB2过小放大器Ri

减小第4章放大器基础场效应管偏置电路(1)分压偏置电路

Q点估算：电路特点：分压偏置电路不仅适用于三极管，同时适用于各种类型的场效应管。VDDTSRG1RG2RDRSGID第4章放大器基础(2)自偏置电路

Q点估算：电路特点：故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管。VDDSRGRDRSGID由于VDS与VGS极性始终相反，例如，JFET、DMOS管。第4章放大器基础(3)零偏置电路

Q点估算：电路特点：由于VGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。VDDSRGRDGID由于RS=0，故该电路不具有稳定Q点的功能。第4章放大器基础4.1.2耦合方式放大器与信号源、放大器与负载以及放大器级与级之间的连接方式称为耦合方式。交流信号正常传输。为保证交流信号正常传输、不失真放大，耦合方式必须保证：尽量减小有用信号在传输过程中的损失。实际电路常采用两种耦合方式：集成电路中广泛采用的一种耦合方式——直接耦合。具有隔直流作用的耦合方式——电容耦合、变压器耦合。第4章放大器基础电容耦合VCCR3R1R2R4RSvS+--+CBviT1+R7R5R6R8CCT2+直流工作时：由于CB、CC具有隔直流作用，因此信号源不影响放大器Q点正常设置，且各级Q点相互独立。交流工作时：由于CB较大，在信号频率上近似看作短路。因此，CB的接入不会影响信号的正常传输。电路缺点：体积大，不易集成。第4章放大器基础直接耦合各级之间不经过任何元件直接相连。直接耦合方式：电路优点：频率特性好，便于集成。存在问题：级间直流电平配置问题。零点漂移问题。第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn级间直流电平配置问题一

结果：T1管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。由图若RE2=0，后级接入RE，扩大前级动态范围。解决方法：第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn级间直流电平配置问题二工作在放大模式时：加电平位移电路解决方法：由图越往后级VBQ3ICQ3VCEQ3输出动态范围第4章放大器基础VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn采用PNP管的电平位移电路：利用NPN管与PNP管电位极性相反的特点，将直流电平下移，扩大后级的输出动态范围。VCCRC2RET2RC1T1RB+--+VBQ1VCQ2+-VCQ1VCQ1

>VBQ1放大模式NPN管放大模式PNP管VCQ2<VBQ2=VCQ1第4章放大器基础零点漂移问题零点漂移：指vi

=0时，输出端静态电压的波动。

第一级采用低温漂的差分放大器。解决方法：则第一级Q点变(VCEQ1+V)，温度漂移：因温度变化引起的漂移，简称温漂。温漂危害：若温度变淹没有用信号。例如：假设直接耦合放大器原输出端静态电压为VCEQn，V

经后级逐级放大输出静态电压变为(VCEQn

+

AvnV)当漂移严重即V

较大时，温漂信号有可能淹没有用信号，使电路丧失对有用信号的放大能力。电容耦合放大器由于电容的隔直作用，温漂很小，可忽略。第4章放大器基础放大器的组成原则：直流偏置电路(即直流通路)要保证器件工作在放大模式。交流通路要保证信号能正常传输，即有输入信号vi时，应有vo输出。判断一个电路是否具有放大作用，关键就是看它的直流通路与交流通路是否合理。若有任何一部分不合理，则该电路就不具有放大作用。元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，即电路需提供合适的Q点及足够的放大倍数。第4章放大器基础就信号而陪言，各种衬小信号放壶大器均可拆统一表示寺为有源线算性四端网猎络：4.2字放大器的运性能指标线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放沉大器性享能的主导要指标董有：增益A。输入电阻Ri、输出电阻Ro、第4融章恭放大器惑基础4.2.靠1输入钓电阻、输贪出电阻、扑增益输入电飞阻对输入诉信号源谎而言，尺放大器别相当于巡寿它的一术个负载享，而这督个等效贵负载电益阻就是寻放大器估输入电白阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定义上式中，Ri表示本甲级电路混对输入建信号源奶的影响胀程度。第4访章放大肌器基础输出电心阻对输出押负载而糟言(根据段戴维宁焰定理和尤诺顿定近理)，任何放害大器均舅可看作洞它的信稼号源，粉该信号可源内阻尼即放大牲器输出饲电阻Ro。或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voiovot：负载开拔路时vi或ii在电路输灵出端产生地的开路电转压。ion：负载短路凤时vi或ii在电路好输出端是产生的歌短路电阶流。第4责章庭放大器科基础输出电阻Ro计算：RLvS+-vo放大器RS+-(放大器一般框图)iv+-放大器RS(

Ro的定义)令负载鸦电阻RL开路，额信号源完为零。在输出端归外加电压v，则产生顺电流i。定义Ro反映放树大器受首负载电返阻RL的影响程帽度。第4肤章撇放大器袖基础小信号驴放大器怀四种电拢路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器RSRivS+-+-vi互导放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器第4胃章放大遗器基础放大器启的增益散：增益(放大倍熔数)不同类吃型放大怀器输入渠、输出浅电量不冤同，故然增益的浪含义不描同。即放大补器输出费信号变扬化量与跑输入信宾号变化百量的比摸值。A=xo/xi电压放大受器RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压增源益：开路电压培增益：源电压增的益：Ro越小，RL对Av影响越小泳。Ri越大，RS对Avs影响越旋小。第4帅章放大击器基础电流放吧大器电流增栗益：短路电懒流增益唇：源电流增竟益：RoRLionioRSRiiSiiRi越小，RS对Ais影响越刑小。Ro越大，RL对Ai影响越待小。互导放大诊器互导增益店：互阻放匠大器互阻增益脚：第4墨章放大堪器基础理想放渠大器性吧能特点电压放大咱器：Ri0饼、Ro葛、Ai大且不混随RL和信号延源而变拼化。电流放袄大器：Ri灭、Ro0、Av大且不随RL和信号船源而变趋化。互导放歌大器：Ri、Ro涉、Ag大且不怠随RL和信号源秧而变化。互阻放膜大器：Ri0、Ro0、Ar大且不随RL和信号源盗而变化。第4关章担放大器嫩基础多级放大脸器可拆分敬成单级电姐路进行分笋析：将后级沾输入电坑阻作为禾前级的毯负载电阵阻。多级放大零器RLvS+-voRS+-A1vi+-A2将前级带浇负载后的婶输出电压惧作为后级劲输入电压情。Ri2+-+-vo1=vi2第4孝章希放大器训基础4.2.犯2放大肃器的失真频率失款真放大器腹的失真梳是指输拉出信号尚不能重销现输入萝信号波葡形的一朗种物理话现象。失真类屑型频率失真瞬变失真线性失真非线性失真一般而言延，放大器稀中含有电症抗元件。拖在正弦信装号激励下尊，不同频胜率呈现不捐同电抗，垂因而放大跳器增益应成为频率的宰复函数：第4跨章笑放大器携基础波特图在半对龄数坐标因纸上描府绘的频故率特性醒曲线即窄波特图钟。Of/HzA(f)/dBOf/HzA(f)幅频特性相频特性(对数刻蝴度)(对数刻权度)(线性刻辨度)(线性锤刻度)增益分贝校值：通频带步：对应上衣限频率fH及下限频培率fL。AIAI2fHfL第4泳章程放大器悔基础频率特宁性的三锅个频段中频段：浮通频带以曾内的区域唱。放大器的致增益、相希角均为常植数，不随f变化。特点：原因：所有电炊抗影响厕均可忽茫略不计练。高频段梁：f>钞fH的区域架。频率增大租，增益减军小并产生膝附加相移拣。特点：原因：极间电圆容容抗分流不能视成为开路测。即极间专电容开其路、耦纲合旁路河电容短蹦路。低频段帅：f<廉fL的区域素。频率减宴小，增危益降低恼并产生罪附加相凝移。特点：原因：耦、旁电来容容抗分压不能视为缓短路。第4终章谜放大器期基础幅度失真霉与相位失织真实际输形入信号被含有众抖多频率旨分量，抢当通过序放大器甩时：若不同次频率信态号呈现劫不同增于益幅度失战真相位失真幅度失真冷与相位失貌真统称放田大器的频灾率失真。若不同嚷频率信辈号呈现隙不同相黎角由于频品率失真恢由线性部电抗元反件引起适，故称哑线性失醉真。注意：线性失真建不产生新紫的频率成细分。一般音频猫放大器的违频率失真框主要指幅兽度失真。视频放大槽器的频率森失真则包丈括幅度失搁真与相位左失真。第4算章放大届器基础指放大罚脉冲信交号时，知电抗元民件上的洒电压或傍电流不悦能突变均而引起该的失真恭。瞬变失真RC+-vi-vo+vit1Ovot0.10.9trRC+-vi-vo+vitOvott1vot1第4胜章遍放大器敞基础非线性号失真非线性失耀真由三极机管产生，捏它产生了绢新的频率务成份。假设三两极管基宾射间外揪加电压峰：则利用傅厉里叶级露数展开术得：非线性芹失真系女数：第4舅章岂放大器帮基础根据三氧极管(波场效应巷管)在饿放大器水中的不贡同接法瞧，放大扔器分为扔三种基晒本组态义。4.3绑基本似组态放项大器T+-+-VCCRCvivo(共发)T+-+-VCCREvivo(共集)T+-+-VCCRCvivo(共基)无论何志种组态识放大器耀，分析览方法均任相同。1)由直牺流通路顾确定电沈路静态牵工作点纠。注意：2)由交寺流通路鹊画出小班信号等胞效电路姥，并进刊行分析列。第4名章爸放大器沃基础共发射鞠极放大弊器4.3最.1三种组芒态放大谷器的实抵际电路VCCRCRB1RB2RE直流通路第4次章放大胞器基础RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C2共基极放赛大器VCCRCRB1RB2RE直流通路第4悟章疫放大器食基础RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC共集电极耳放大器VCCRB1RB2RE直流通路第4吹章放大悉器基础交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RSVCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2共发电路性槽能分析4.3厨.2共发、蔬共基和益共集放涉大器的泥性能画微变等效电眯路分析电予路输入巡寿、输出秒电阻故rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib第4湾章络放大器禾基础RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-vi共发电路拣电流增益rbegmvbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib通常RB>>rbe第4飘章放大往器基础短路电郑流增益共发电盖路电压趴增益rbegmvbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virce开路电压笋增益源电压增邻益第4惑章放大煌器基础1)既有电压罗放大作用垦、又有电眨流放大作硬用。2)输出电朝压与输逼入电压邮反相。共发电童路提供里的最大格电压增垂益若采用有讯源负载作康为RC，可使RC>>rce因此由于厄尔挽利电压局|VA|>>VT，因此匆共发电竞路提供章的Av很大，倍且其值视与静态钓电流ICQ无关。共发电路两特点第4群章放大珠器基础共基电路峰性能分直析画微变等效阳电路(忽略rce影响)共基电路脸输入电阻vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibecii因此(小)Ri第4柜章摧放大器欺基础vs+-RL+-voRERSRCvi+-共基电帆路输出凡电阻共基电路诊电流增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmvebiiio+-vibeciiRi

短路电揪流增益第4零章范放大器够基础共基电路怪电压增益vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibec共基电路云特点1)有电压仍放大作用遇、但无电零流放大作垒用。2)输出冻电压与音输入电崇压同相念。3)输入电赶阻低、输歇出电阻高桨。第4米章少放大器扩基础考虑rce时共基电荣路输出电肉阻令vs=0、RL开路，磨画出求Ro的等效挽电路。vs+-RL+-voRERSRCrbegmveb+-vibecrce则得因此+-vRERSRCrbegmvbeberceiiRoRS=RS//RE第4催章裕放大器孕基础共集电路梯性能分烛析画微变等效电路共集电路机输入电绢阻(忽略rce)因此(大)第4配章床放大器士基础RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-virbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-Ri共集电路输纹出电阻令vs=0童、RL开路，镇画出求Ro的等效电虚路。rbeibiRERB+vRSrce-iibRoRS=RS//RB则得因此(小)第4轨章放大草器基础rbeibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-共集电路悬电流增益(忽略rce)短路电流增益共集电路插电压增起益(忽略rce)1其中第4纠章放大唯器基础rbeibiiioRERBvs+-RL+voRS+-virceib-三种组态钱电路性能盛比较小大小大大小大大1大中中共发共基共集RiRoAvAin第4组章放大监器基础RCvs+-RL+-voRBRS+-vivs+-RL+-voRERSRCvi+-REvs+-RL+-voRBRS+-vi三种组态洗电路的应鹿用共发放际大器广泛应用否于多级放杆大器提供困增益的增慢益级中。共基放大廊器由于频诊率特性啦好，故灶常与共指发电路放配合，算组成宽赠带放大占器。共集放大半器利用Ri高的特点识，常作多牺级放大器桃输入级；利用Ro低的特点每，常作多饺级放大器争输出级，贞提高带负泄载能力。利用Ri高、Ro低的特糠点，常牺作缓冲倘级(隔离级才)，以提高前缓级电路的腿增益。第4斜章放大挣器基础共发-共基组张合放大蕉器4.3.爹3改进型放饰大器三种基本船组态放大送器的性能尺特点各不丛相同，若概将它们适古当组合，割可使放大辟器的性能流更接近理差想化。组合放大没器第4僻章拼放大器奇基础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共发组圾合放大艰器利用共玩发电路夸增益高驾、共基腊电路Ri低、Ro高的特沾性，使鼓共发-黑共基组宅合电路辛更接近脉理想的尿电流放薯大器。利用共发便电路增益设高、共集赛电路Ri高、Ro低的特性典，使共集拢-共发组剥合电路更妈接近理想名的电压放欲大器。第4爆章放大就器基础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2共集-共基组足合放大亲器由于则(假设抄两管参盆数相同淘)其中(假设覆两管参滔数相同雹)第4桐章放大雷器基础vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2接RE的共发放闪大器其中第4屑章放大类器基础rbeibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE(微变等效电路)RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE(交流通路)共发电路锐射极接电援阻RE后：由于RE的负反羊馈作用杀，使Ri增大、Ro增大，放胆大器更接近臂理想的撒互导放骑大器。由于RE的负反馈尚作用，不州仅增益稳脏定性提高福，而且且还便增于集成叉化。当RE时，此时，Avt近似等于截两电阻的脱比值，与墙三极管参旗数无关。存在问屯题：交流工作槽时：RCAv但集成转困难；直流工奋作时：RCVCEQ易饱和晕失真。第4督章涌放大器失基础采用有宗源负载册的共发火放大器解决方鸡法：用虾恒流源(有源负载)取代电阻RC。恒流源水特点：强直流电的阻小，轮交流电普阻大。RLvoviVCCR1R2RET1T2RLvoviVCCT1ICQ其中等效为第4佣章币放大器骑基础共源放大厌器4.3.隶4共源、共烟栅和共漏诸放大器的喉性能场效应逝管电路季性能特斯点、分涌析方法泰与三极赵管放大迎器相似凯。不同协之处仅弦在于，俭FET箩或场渴效晶体咬管的ig=0抓。gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo第4型章放大愿器基础RDRGvs+-RL+-voRS+-vi接RS的共源放吃大器不变经推导则增大减小第4佣章放大控器基础RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSgmvgsRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoRSRo共栅放大器vs+-RL+-voRSRSRDgmvgsiiio+-vigsRiii因为所以而第4躬章胸放大器月基础vs+-RL+-voRSRSRDvi+-共漏放大溉器经推导第4欧章廉放大器策基础RGvs+-RL+-voRS+-viRSgRSRGvs+-RL+voRS+-virds-gmvgssFET货三种组态绑电路性能秧比较小大小大大1大大大共源共栅共漏RiRoAv第4残章放大朴器基础RDRGvs+-RL+-voRS+-viRSvs+-RL+-voRSRSRDvi+-RGvs+-RL+-voRS+-viRS4.3宴.5集成M键OS放隙大器集成纷MOS坛放大缓器与分劳立M激OS辱放大器塌电路结义构相同羡，只是草为了提畜高集成锄度，集孕成M沸OS副放大器睁中的负诱载电阻犯采用了虑以不同喉方法实句现的有伙源电阻值。集成M因OS放套大器类型歉：NMO础S放火大器CMO坊S放僵大器放大管NEMOS负载管NEMOS放大管NEMOS负载管NDMOSE/EMOS放大器E/DMOS放大器放大管、负载管均为E型但沟道互补第4洒章放大始器基础E/E矮MOS放大器VDD+-vo+viT2T1-要求两辰管工作盛在饱和域区，由