模拟电子技术基础（第4版） 课件 第3、4章 晶体管放大电路基础、模拟集成基本单元电路

第三章模拟电子技术基础(第4版)晶体管放大电路基础“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材01放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的模型、基本组成和工作原理基本放大器及其模型1.电压放大器电压放大器将电压输入信号放大，提供电压输出信号，相当于一种电压控制电压源。2.电流放大器电流放大器的输入信号是电流，输出信号也是电流，相当于一种电流控制电流源。放大电路的模型、基本组成和工作原理基本放大器及其模型3.跨阻放大器跨阻放大器的输入信号是电流，输出信号是电压，相当于一种电流控制电压源。4.跨导放大器跨导放大器的输入信号是电压，提供电流输出信号，相当于一种电压控制电流源。放大电路的模型、基本组成和工作原理基本放大器及其模型5.四种基本放大器的区别与联系在前述四种基本放大器的模型电路中，各有三个直流(或低频)的模型参数，即增益、输出电阻和输入电阻。它们的区别与联系如表3-1所示。放大电路的模型、基本组成和工作原理基本放大器及其模型放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的组成及其直流、交流通路1.放大器组成的基本原则图3-5是常见的阻容耦合放大器电路，以它为例进行讨论。可将它分成7个部分，每部分作用如下。放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的组成及其直流、交流通路放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的组成及其直流、交流通路2.直流通路与静态工作点的估算(1)直流通路的画法；(2)BJT放大电路静态工作点的估算法；(3)BJT放大电路静态工作点的电源等效法；(4)FET的直流偏置电路及静态分析；放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的图解法1.作直流负载线——图解静态工作点Q放大电路的模型、基本组成和工作原理放大电路的图解法2.作交流负载线——图解动态工作状态(1)输入回路交流负载线；(2)输出回路的动态方程与交流负载线；(3)动态工作状态的图解分析法；(4)放大电路失真的图解分析；02三类基本组态放大电路的交流特性分析三类基本组态放大电路的交流特性分析如前所述，BJT在放大电路中有三种基本连接方式，如图3-24所示的共射、共基和共集组态。三类基本组态放大电路的交流特性分析共射和共源放大电路1.交流小信号动态分析放大电路的交流小信号动态分析方法，通常也可称为微变等效电路分析法，它是基于放大电路交流通路上的动态分析，是分析晶体管(BJT和FET)线性小信号放大电路的基本方法，也是本课程的核心内容，希望读者能认真掌握这部分的内容。三类基本组态放大电路的交流特性分析共射和共源放大电路三类基本组态放大电路的交流特性分析共射和共源放大电路2.交流参数分析采用分贝作为单位可以将很大的倍数变为较小的分贝数，可以将多级放大器中增益的倍数相乘变为增益的分贝数相加，使得电路分析和设计更为方便。此外，在绘制频率特性曲线时(第5章),采用分贝作为单位就可以使用对数坐标，使得作图方便容易。三类基本组态放大电路的交流特性分析共集和共漏放大电路1.共集和共漏放大器的电路结构共集(CC)放大器中，信号加到基极，从发射极输出(又称射极输出器),集电极为公共点。共漏(CD)放大器中，以栅极作为输入端，源极作为输出端(又称源极输出器),漏极为公共点。图3-35给出了共集和共漏放大器的工程应用电路。三类基本组态放大电路的交流特性分析共集和共漏放大电路三类基本组态放大电路的交流特性分析共集和共漏放大电路2.交流参数的分析图3-37分别是共集和共漏放大器的交流通路和微变等效电路，其中图(b)的共集微变等效电路忽略了rce。由图中所示的微变等效电路就可以求得共集和共漏放大器的交流参数。三类基本组态放大电路的交流特性分析1.电路结构图3-41示出的就是一种采用分压偏置的阻容耦合共基(CB)和共栅(CG)放大电路。共基和共栅放大电路三类基本组态放大电路的交流特性分析2.交流参数的分析共基和共栅放大电路三类基本组态放大电路的交流特性分析共基和共栅放大电路12共栅放大器与共基放大器的管端输入电阻都较小，这是共基和共栅组态放大器的重要特性之一。同样，共栅放大器的输出电阻也很大，对于负载而言，可以等效为一个内阻很大的信号电流源，向负载提供较稳定的输出电流。三类基本组态放大电路的交流特性分析三类基本组态放大电路的比较综合上面所得结果，把放大电路6种基本组态的特点列于表3-3和表3-4中，以便比较。三类基本组态放大电路的交流特性分析三类基本组态放大电路的比较三类基本组态放大电路的交流特性分析三类基本组态放大电路的比较三类基本组态放大电路的交流特性分析三类基本组态放大电路的比较03多级放大电路多级放大电路多级放大器耦合方式多级放大器级与级之间，信号源与放大器之间，放大器与负载之间的连接方式，或者说信号传输方式，称为耦合方式。耦合方式有电容耦合(又称阻容耦合)、变压器耦合、直接耦合和光电耦合等类型。多级放大电路多级放大器耦合方式123电容耦合因此，电容耦合放大器不能放大变化十分缓慢的直流信号。电容耦合放大器是一种交流放大电路。变压器耦合变压器耦合是利用电磁感应原理将变压器初级绕组上的交流电压传送到次级绕组。直接耦合多级放大电路多级放大器耦合方式多级放大电路多级放大器性能指标的计算如图3-52所示为多级放大器的通用模型。多级放大电路多级放大器性能指标的计算多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻，而未级放大器的输出电阻就是多级放大器的输出电阻。因此，求解多级放大器输人电阻和输出电阻的方法与单级放大器相同。即多级放大电路组合放大器组合放大器是一些常用的双管级联放大器，但这些级联放大器的目的并不是为了提高电压增益，而是为了改善放大器的其他指标，如展宽放大器的频率范围，防止自激等。多级放大电路组合放大器1.共射-共基(CE-CB)组合放大器图3-53是共射-共基组合放大器的一种电路结构。多级放大电路组合放大器多级放大电路组合放大器2.共源-共栅(CS-CG)组合放大器图3-57是共源-共栅组合放大器的一种电路结构。多级放大电路组合放大器多级放大电路组合放大器3.共射-共集(CE-CC)组合电路图3-61是共射-共集组合放大器的一种电路结构。多级放大电路组合放大器多级放大电路组合放大器4.共源-共漏(CS-CD)组合电路图3-65是共源-共漏组合放大器的一种电路结构。多级放大电路组合放大器感谢观看模拟电子技术基础(第4版)“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材第四章模拟电子技术基础(第4版)模拟集成基本单元电路“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材01半导体集成电路概述半导体集成电路概述归纳起来，模拟IC工艺大致有以下特点：(1)晶体管按标准工艺制作，成本低且占用硅片面积小。(2)生产电阻的工艺不比生产晶体管的工艺简单，而且电阻值越大，占用硅片面积越大。(3)制造数十皮法以上的电容将占用很大的硅片面积，集成电路中使用电容非常不合算。(4)部分工艺支持制作电感，但是制作nH以上电感将占用很大比例的芯片面积。(5)集成电路易于生产配对的元件(相对误差1%以下),但元件的绝对误差较大(绝对误差20%)。半导体集成电路概述02恒流源和稳定偏置电路恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性1.β的温度特性恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性2.Icbo的温度特性恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性3.UBE的温度特性恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性4.温度对放大电路静态工作点的影响一般由于放大器外电路元件(如电源E。、电阻等)的参数受温度的影响较小，所以放大器输入和输出回路的直流负载线几乎是不变的恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性恒流源和稳定偏置电路BJT恒流源(3)电路工作原理分析1.基本镜像恒流源(1)晶体管的基本恒流原理;(2)镜像恒流源的电路结构;(3)电路工作原理分析;(4)电路性能的讨论;恒流源和稳定偏置电路BJT恒流源恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性2.精密镜像恒流源恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性3.高输出阻抗串接镜像恒流源从图4-9(a)所示电路的结构中不难看出，该电路是由两个基本镜像恒流源上下串接而成的。恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性4.威尔逊(Wilson)恒流源威尔逊恒流源是具有闭环电流负反馈特性的高动态输出电阻的精密镜像恒流源。恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性5.比例恒流源比例恒流源的电路结构如图4-12所示。恒流源和稳定偏置电路BIT参数的温度特性(3)电路工作原理分析6.微恒流源(Widlar恒流源)恒流源和稳定偏置电路MOS恒流源(3)电路工作原理分析1.MOS有源电阻;2.基本MOS恒流源电路(电流镜);3.MOS比例恒流源;4.共源-共栅MOS恒流源;5.MOS威尔逊(Wilson)恒流源恒流源和稳定偏置电路MOS恒流源03带恒流源负载的放大电路带恒流源负载的放大电路BJT有源负载放大电路1.有源负载共射放大电路这种用恒流源作为负载的放大器称为有源负载放大器，采用有源负载的目的是为了提高电压增益。带恒流源负载的放大电路BJT有源负载放大电路带恒流源负载的放大电路BJT有源负载放大电路2.有源负载射随器在模拟集成(IC)电路中常用有源负载射极跟随器。带恒流源负载的放大电路BJT有源负载放大电路带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路在MOS集成电路中，由NMOS管和PMOS管可组成各种形式的单级放大器，一般有共源、共栅和共漏三种组态。由于MOS管的转移跨导gm较低，故为提高增益并避免制作大电阻RD,MOS集成电路中的放大电路大都采用有源负载。带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路1.EE型共源放大电路图4-26(a)是以两个增强型(E型)NMOS管构成的EE型共源放大电路。带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路2.ED型共源放大电路带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路(3)电路工作原理分析3.固定栅压负载式MOS放大器图4-28(a)给出了一种采用固定栅压MOS管做有源负载电阻的MOS放大器，它实际上是EE型源跟随器的一种。带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路(3)电路工作原理分析4.CMOS共源放大电路带恒流源负载的放大电路MOS有源负载放大电路04差动放大器差动放大器差放的偏置、输入和输出信号及连接方式1.差动放大电路的特点差动放大器差放的偏置、输入和输出信号及连接方式2.差模信号与共模信号差动放大器差放的偏置、输入和输出信号及连接方式3.静态工作点的估算差动放大器差放的偏置、输入和输出信号及连接方式4.恒流源偏置的差动放大器差动放大器差放的偏置、输入和输出信号及连接方式5.差动放大器的性能指标由上式可知：Kcw越大，差动放大器放大差模信号和抑制共模信号的能力就越强。差动放大器差动放大器差动放大器的微变等效分析123低频单纯差模微变等效分析低频单纯共模微变等效分析单端输入差动放大器差动放大器有源负载差动放大器在模拟IC中，往往使用镜像恒流源作为差动放大器的有源负载，如图4-45所示。差动放大器MOS差动放大电路1.MOS源耦对的大信号差模传输特性;2.MOS源耦对差动放大电路;3.有源负载MOS源耦对差动放大电路;05功率输出级电路功率输出级电路功率放大器的特点、指标和分类1.功放的特点和指标;2.功率放大器工作状态的分类;3.甲类放大器的输出功率;功率输出级电路互补推挽乙类功率放大器1.电路构成及工作原理;2.乙类互补推挽放大器的图解分析;功率输出级电路1.变压器耦合推挽功放;2.单电源互补推挽功放;其他乙类推挽功率放大器功率输出级电路1.MOS源极输出电路