第4章：放大器基础(已修改)教材

4.0概述4.2放大器的性能指标4.4差分放大器4.3基本组态放大器4.7放大器的频率响应4.1偏置电路和耦合方式4.5电流源电路及其应用4.6集成运算放大器第4章放大器基础主要内容：3/20/20241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。4.0概述3/20/20242放大器分类按信号强弱分：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）按信号特征分：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）4.0概述：3/20/20243放大器组成框图保证半导体器件工作在放大模式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。4.0概述：3/20/20244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。4.0概述：3/20/202454.0概述：3/20/202464.0概述：修正为：

3/20/202474.0概述：3/20/202484.0概述：修正为：

3/20/202494.0概述：3/20/2024104.0概述：修正为：

3/20/2024114.0概述：3/20/2024124.0概述：修正为：

3/20/2024134.1.1偏置电路（即直流通路）设置静态工作点的电路称放大器的偏置电路。1、对偏置电路的要求提供合适的静态工作点Q，保证器件工作在放大模式。例如：偏置电路须保证三极管JE正偏、JC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)

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。4.1偏置电路和耦合方式3/20/202414Q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(底部失真)。Q点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真(顶部失真)。QiCtICQtvCE0VCEQibQibibiCvCE0Q4.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/2024152、三极管偏置电路（1）固定偏流电路VCCRCRBIBQICQ

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)

ICQ

Q点升高4.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202416第四章放大器基础（2）分压偏置电路

Q点估算：

电路优点：T

ICQ

VCCRCRB1IBQI1RB2RECE（固定）具有稳定Q点的功能。(结合管子的输入特性进行分析）

VEQ

(≈ICQRE)

VBEQ

(=VBQ-VEQ)IBQ

ICQ

假设I1>>IBQ

(RB1//RB2<<(1+ß)

RE就满足该条件）则3/20/202417

存在问题：工程规定：RE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工程规定：I1=（5~10）IBQ则VBQ不稳定RB1、RB2过小

放大器Ri减小4.1.1偏置电路（即直流通路）：VCCRCRB1RB2RE3/20/2024183、场效应管偏置电路（1）分压偏置电路

Q点估算：VDDTSRG1RG2RDRSGIDQ4.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202419

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。VDDTSRG1RG2RDRSGIDQN沟道：VDS>0VGS(th)VGS(th)VGS(off)ID(mA)VGS(V)结型耗尽型增强型P沟道：VDS<04.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202420（2）自偏置电路

Q点估算：VDDSRGRDRSGIDQ4.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202421

电路特点：故自偏置电路只适合于耗尽型场效应管，VDDSRGRDRSGIDQ

由于VDS与VGS极性始终相反，

例如：JFET、DMOS管。N沟道：VDS>0VGS(th)VGS(th)VGS(off)ID(mA)VGS(V)结型耗尽型增强型P沟道：VDS<04.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202422（3）零偏置电路

Q点估算：VDDSRGRDGIDQ4.1.1偏置电路（即直流通路）：3/20/202423

电路特点：由于VGS=0，故零偏置电路只适合耗尽型MOS管。VDDSRGRDGIDQ由于RS=0，故该电路不具有稳定Q点的功能。4.1.1偏置电路（即直流通路）：N沟道：VDS>0VGS(th)VGS(th)VGS(off)ID(mA)VGS(V)结型耗尽型增强型P沟道：VDS<03/20/2024244.1.2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。4.1.2耦合方式：3/20/2024251、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。（低频特性差）4.1.2耦合方式：3/20/2024262、直接耦合VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn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。4.1.2耦合方式：3/20/202427级间直流电平配置问题一

RE2RE3REnVCCRC2T2RC1T1RC3T3RCnTn结果：T1管Q点靠近饱和区，输出易出现失真。后级接入RE，扩大前级动态范围。解决方法：4.1.2耦合方式：3/20/202428级间直流电平配置问题二VCCRC2RE2T2RC1T1RC3RE3T3RCnREnTn工作在放大模式时:加电平位移电路解决方法：由图有：越往后级VBQ

ICQ

VCEQ

输出动态范围

4.1.2耦合方式：3/20/202429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=VCQ14.1.2耦合方式：3/20/202430零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+

Avn

V）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。4.1.2耦合方式：3/20/202431就信号而言，各种小信号放大器均可统一表示为有源线性四端网络：线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-RiRo反映放大器性能的主要指标（即基本性能指标）有：增益A输入电阻Ri

、输出电阻Ro、除此外还有其他的性能指标：失真、带宽、输出功率等。4.2放大器的性能指标3/20/2024324.2.1输入电阻、输出电阻、增益1、输入电阻对输入信号源而言，放大器相当于它的一个负载，而这个等效负载电阻就是放大器输入电阻Ri。或RSRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii定义：

Ri表示本级电路对输入信号源的影响程度。Ri越大说明该电路对信号电压源的影响小，在测量电路中要求Ri越大越好。4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：3/20/2024332、输出电阻对输出负载而言（根据戴维宁定理和诺顿定理），任何放大器均可看作它的信号源，该信号源内阻即放大器输出电阻Ro

。或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voio负载开路时vi或ii在电路输出端产生的开路电压。vot：负载短路时vi或ii在电路输出端产生的短路电流。ion：4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：3/20/202434RLvS+-vo放大器RS+-（放大器一般框图）iv+-放大器RS（Ro

的定义）

令负载电阻RL开路，信号源为零。在输出端外加电压v，则产生电流i0。定义：

Ro与RL无关,它反映放大器受负载电阻RL的影响程度。对电压放大器来说Ro越小，放大器带负载的能力越强。输出电阻Ro计算：4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：3/20/2024353、增益（放大倍数）放大器的增益：不同类型放大器输入、输出电量不同，故增益的含义不同：即放大器输出信号变化量与输入信号变化量的比值。A=xo/xi线性有源四端网络RSRLvS+-+-viiiiovo+-电压增益：电流增益：互导增益：互阻增益：4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：3/20/202436源增益或RsRivS+-+-viiiRSRiiS+-viii源电压增益：源电流增益：Ri越大，RS对Avs影响越小。Ri越小，RS对Ais影响越小。4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：3/20/202437开路电压增益、短路电流增益开路电压增益：RL

→∞时的增益RO越小，RL对Av影响越小。短路电流增益：RL=0

时的增益RO越大，RL对Ai影响越小。4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：或RoRLvot+-+-voioRoRLion+-voio3/20/202438小信号放大器四种电路模型RSRivS+-+-viRoRLvot+-+-vo电压放大器RoRLionioRSRiiSii电流放大器4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：理想电压放大器性能特点

：Ri

0、Ro

Ri

、Ro0Av大且不随RL和信号源而变化。理想电流放大器性能特点

：Ai大且不随RL和信号源而变化。3/20/202439Ri

、Ro

Ri

0、Ro0RSRivS+-+-vi互导放大器RoRLionioRoRLvot+-+-voRSRiiSii互阻放大器小信号放大器四种电路模型4.2.1输入电阻、输出电阻、增益：理想互导放大器性能特点

：Ag大且不随RL和信号源而变化。理想互阻放大器性能特点

：Ar大且不随RL和信号源而变化。3/20/2024404.2.2放大器的失真放大器的失真是指输出信号不能重现输入信号波形的一种物理现象。失真类型频率失真瞬变失真线性失真非线性失真饱和失真截止失真频率失真：（对三极管而言）由线性电抗元件引起，故称线性失真。瞬变失真：指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。非线性失真：注意：线性失真不产生新的频率成份。进入管子的非线性区域，会产生新的频率分量4.2.2放大器的失真：3/20/202441

频率失真一般而言，放大器中含有电抗元件。在正弦信号激励下，不同频率呈现不同电抗，因而放大器增益应为频率的复函数：在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。4.2.2放大器的失真：3/20/202442在半对数坐标纸上描绘的频率特性曲线即波特图。通频带：增益下降到时，对应的上、下限频率fH、fL之差，即：(对数刻度)(对数刻度)(线性刻度)(线性刻度)AIfHfL4.2.2放大器的失真：3/20/202443

幅度失真与相位失真实际输入信号含有众多频率分量，当通过放大器时：若不同频率信号呈现不同增益幅度失真相位失真幅度失真与相位失真统称放大器的频率失真。若不同频率信号呈现不同相角由于频率失真由线性电抗元件引起，故称线性失真。注意：线性失真不产生新的频率成份。一般音频放大器的频率失真主要指幅度失真。视频放大器的频率失真则包括幅度失真与相位失真。4.2.2放大器的失真：3/20/202444

瞬变失真指放大脉冲信号时，电抗元件上的电压或电流不能突变而引起的失真。RC+-vi-vo+vit10vot0.10.9trRC+-vi-vo+vit0vott1

vot

14.2.2放大器的失真：3/20/202445根据三极管（场效应管）在放大器中的不同接法，放大器分为三种基本组态。T+-+-VCCRCvivo（共发）T+-+-VCCREvivo（共集）T+-+-VCCRCvivo（共基）无论何种组态放大器，分析方法均相同。1)由直流通路确定电路静态工作点。注意：2)由交流通路画出小信号等效电路，并进行性能分析。4.3基本组态放大器3/20/2024464.3.1三种组态放大器的实际电路及其性能分析1、共发射极放大器VCCRCRB1vs+-RL+-voRB2RECERS+++C1C2VCCRCRB1RB2RE直流通路RCRB1vs+-RL+-voRB2RS交流通路4.3.1三种组态放大器的实际电路及其性能分析：3/20/202447共发放大电路的性能分析RCRB1vs+-RL+-voRB2RS+-vi画微变等效电路分析电路输入电阻其中Ri4.3.1三种组态放大器(共发)：rbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib

ib3/20/202448rbeRCRBvs+-RLRS

rceib

ibRo外加激励法求输出电阻：令且令负载电阻RL开路，在原RL处外加一电压V,故4.3.1三种组态放大器(共发)：V+—3/20/202449共发电路电压增益其中此符号表示输出电压与输入电压反相。说明具有电压放大作用4.3.1三种组态放大器(共发)：rbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib

ib3/20/202450开路电压增益源电压增益4.3.1三种组态放大器(共发)：rbeRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib

ib3/20/202451共发电路提供的最大电压增益：若采用有源负载作为RC,可使RC>>rce

因此由于厄尔利电压|VA|>>VT，因此共发电路提供的Av很大，且其值与静态电流ICQ无关。4.3.1三种组态放大器(共发)：3/20/202452共发电路电流增益通常RB>>rbe短路电流增益:则说明具有电流放大作用rbeiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceib

ib4.3.1三种组态放大器(共发)：3/20/2024531）既有电压放大作用、又有电流放大作用。2）输出电压与输入电压反相。共发电路特点4.3.1三种组态放大器(共发)：3/20/2024542、共基极放大器VCCRCRB1RB2RE直流通路RB1vs+-RL+-voRB2RECBRSC1C2VCCRC交流通路vs+-RL+-voRERSRC4.3.1三种组态放大器(共基)：3/20/202455共基电路性能分析画微变等效电路(忽略rce影响)

共基电路输入电阻:因此Ri

vs+-RL+-voRERSRCvi+-Ri（小）（小，只有几～几十Ω）vsRS+-RL+-voRERCrbeβibiiio+-vibecii

ib4.3.1三种组态放大器(共基)：3/20/202456共基电路电压增益vsRS+-RL+-voRERCrbeβibiiio+-vibecii

ib4.3.1三种组态放大器(共基)：说明具有电压放大作用，且输出与输入同相。3/20/202457共基电路电流增益由于因此短路电流增益说明无电流放大作用vsRS+-RL+-voRERCrbeβibiiio+-vibecii

ib4.3.1三种组态放大器(共基)：Ri

3/20/202458共基电路输出电阻（用外施激励法）令且令负载电阻RL开路，在原RL处外加一电压V,Ro(与rce几乎无关。)4.3.1三种组态放大器(共基)：βibvs+-RL+-voRERSRCrbe+-vibecrce

ibRo

RERSRCrbeberceII

RS=RS//REβib

ibV+—3/20/2024591）有电压放大作用、但无电流放大作用。2）输出电压与输入电压同相。3）输入电阻低、输出电阻高。共基电路特点：4.3.1三种组态放大器(共基)：3/20/202460共集电极放大器VCCRB1vs+-RL+-voRB2RERS++C1C2VCCRB1RB2RE直流通路交流通路RERB1vs+-RL+-voRB2RS4.3.1三种组态放大器(共集)：3/20/202461共集放大电路的性能分析画微变等效电路共集电路输入电阻(忽略rce)因此（大）RERB1vs+-RL+-voRB2RS+-viRi

rbe

ibiiioRERBvs+-RL+voRS+-viib-Ri4.3.1三种组态放大器(共集)：3/20/202462共集电路输出电阻rbe

ibioRERBvs+-RL+voRS+-virce-令vs=0、RL开路，画出求Ro的等效电路。4.3.1三种组态放大器(共集)：rbe

ibi

RERBRSrceiibRo

RS=RS//RBRoV+—3/20/202463共集电路电流增益(忽略rce)若短路电流增益：说明具有电流放大作用Ri

rbe

ibiiioRERBvs+-RL+voRS+-viib-4.3.1三种组态放大器(共集)：3/20/202464共集电路电压增益(忽略rce)<

1其中说明无电压放大作用，且输出与输入同相Ri

rbe

ibiiioRERBvs+-RL+voRS+-viib-4.3.1三种组态放大器(共集)：3/20/202465共集电路特点：1）无电压放大作用、但有电流放大作用。2）输出电压与输入电压同相。3）输入电阻高、输出电阻低。（带负载能力强）4.3.1三种组态放大器(共集)：3/20/202466三种组态电路性能比较(1)小大小大大小大大1大中中共发共基共集RiRoAvAin只有共发放大电路输出电压与输入电压是反相的，而共集和共基放大电路则是同相的。4.3.1三种组态放大器(总结)：3/20/202467三种组态电路性能比较(2)小大小大大小大大1大中中共发共基共集RiRoAvAin只有共发放大电路输出电压与输入电压是反相的，而共集和共基放大电路则是同相的。4.3.1三种组态放大器(总结)：小3/20/202468三种组态电路的应用共发放大器广泛应用于多级放大器提供增益的增益级中。共基放大器由于频率特性好，故常与共发电路配合，组成宽带放大器。共集放大器利用Ri高的特点，常作多级放大器输入级；利用Ro低的特点，常作多级放大器输出级，提高带负载能力。利用Ri高、Ro低的特点，常作缓冲级（隔离级），以提高前级电路的增益。4.3.1三种组态放大器(总结)：3/20/202469

多级放大器的分析方法多级放大器可拆分成单级电路进行分析:将后级输入电阻作为前级的负载电阻。RLvS+-voRS+-A1vi+-A2将前级带负载后的输出电压作为后级输入电压。Ri2+-+-vo1=vi2Ri2RiΣ

=

Ri1RoΣ=Ro24.3.2改进型放大器4.3.2改进型放大器：3/20/202470共发-共基组合放大器三种基本组态放大器的性能特点各不相同，若将它们适当组合，可使放大器的性能更接近理想化。1、组合放大器vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T2利用共发电路增益高、共基电路Ro高的特性，使共发-共基组合电路更接近理想的电流放大器。4.3.2改进型放大器：3/20/202471共集-共发组合放大器利用共发电路增益高、共集电路Ro低的特性，使共集-共发组合电路更接近理想的电压放大器。vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T24.3.2改进型放大器：3/20/202472共集-共基组合放大器由于则（若两管参数相同）其中vs+-RL+-voRS+-viioiiT1T24.3.2改进型放大器：若两管参数相同3/20/2024732、接RE的共发放大器RCRBvs+-RL+-voRS+-viRE（交流通路）rbe

ibiiioRCRBvs+-RL+-voRS+-virceibRE（微变等效电路）其中4.3.2改进型放大器：（忽略rce）3/20/202474共发电路射极接电阻RE后：由于RE的负反馈作用，使Ri增大、Ro增大，放大器更接近理想的互导放大器。由于RE的负反馈作用，不仅增益稳定性提高，而且还便于集成化。因为当RL

时此时，Avt近似等于两电阻的比值，与三极管参数

无关。

4.3.2改进型放大器：3/20/2024753、采用有源负载的共发放大器解决方法：用恒流源（有源负载）取代电阻RC。恒流源特点：直流电流恒定，交流等效电阻大。RLvoviVCCR1R2RET1T2其中：共发电路存在问题：RC

Av

但集成因难交流工作时：直流工作时：RC

VCEQ

易饱和失真4.3.2改进型放大器：3/20/2024764.3.3共源、共栅和共漏放大器的性能1、共源放大器场效应管电路性能特点、分析方法与三极管放大器相似。不同之处仅在于，FET管的ig=0。

RDRGvs+-RL+-voRS+-vi4.3.3共源、共栅和共漏放大器的性能：gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRo3/20/202477接R

S的共源放大器RDRGvs+-RL+-voRS+-viR

S不变增大减小4.3.3共源、共栅和共漏放大器的性能：gmvgxRDRGvs+-RL+-voRS+-virdsgsRiRoR

SR

o3/20/2024782、共栅放大器vs+-RL+-voR

SRSRDvi+-因为所以输出电阻：4.3.3共源、共栅和共漏放大器的性能：vs+-RL+-voR

SRSRDgmvgsiiio+-vigsRi

i

i3/20/2024793、共漏放大器RGvs+-RL+-voRS+-viR

SgR

SRGvs+-RL+voRS+-virds-gmvgss4.3.3共源、共栅和共漏放大器的性能：3/20/202480FET三种组态电路性能比较小大小大大1大大大RDRGvs+-RL+-voRS+-viR

Svs+-RL+-voR

SRSRDvi+-RGvs+-RL+-voRS+-viR

S共源共栅共漏RiRoAv3/20/202481差分放大器具有抑制零点漂移的作用，广泛用于集成电路的输入级，是另一类基本放大器。4.4.1差分放大器电路结构由两完全对称的共发电路，经射极电阻REE耦合而成。采用正负双电源供电：VEE=-VCC具有两种输出方式：双端输出、单端输出。4.4差分放大器T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL3/20/202482令vi1=vi2=0，画出电路直流通路。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLT1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ24.4.2差分放大器Q点估算（即静态分析）：4.4.2差分放大器Q点估算（即静态分析）因电路采用正负双电源供电，且两边完全对称则流过电阻RL的电流为0。3/20/202483T1VCCREEVEERCRCT2IEEICQ1ICQ24.4.2差分放大器Q点估算（即静态分析）：3/20/202484差模信号和共模信号4.4.3电路性能特点差模信号：指大小相等、极性相反的信号。表示为vi1=-vi2=vid

/2差模输入电压vid

=vi1-

vi2共模信号：指大小相等、极性相同的信号。表示为vi1=vi2=vic共模输入电压vic

=(vi1+vi2)/2任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。vi1=vic+vid

/2vi2=vic

-

vid

/2即4.4.3电路性能特点：3/20/202485差放半电路分析法因电路两边完全对称，因此差放分析的关键，就是如何在差模输入与共模输入时，分别画出半电路交流通路。在此基础上分析电路各项性能指标。分析步骤：差模分析画半电路差模交流通路

计算Avd、Rid、Rod

共模分析画半电路共模交流通路

计算Avc、KCMR、Ric

根据需要计算输出电压

双端输出：

计算vo单端输出：

计算vo1、

vo23/20/202486

差模特性（只有差模信号作用下的性能特点）

共模特性（只有共模信号作用下的性能特点）

差动特性（两个任意信号作用下的性能分析）差分放大器的交流通路4.4.3电路性能特点：T1+-+-REEvi1vo+-vi2RCRCT2RLT1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL3/20/202487差模性能分析双端输出电路REE对差模视为短路。RL中点视为交流地电位，每管负载为RL/2。直流电源短路接地。1）半电路差模交流通路注意：关键在于对公共器件的处理。3/20/202488差模性能分析3/20/2024892）差模性能指标分析差模输入电阻差模输出电阻半电路差模交流通路RC+-vod1+-vid1RL2T1ii3/20/202490差模电压增益注意：电路采用了成倍元件，但电压增益并没有得到提高。RC+-vod1+-vid1RL2T1ii3/20/202491单端输出电路与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RLRC+-vod1=

vod+-vid1RLT1ii半电路差模交流通路3/20/202492共模性能分析T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL双端输出电路每管发射极接2REE。RL对共模视为开路。直流电源短路接地。1）半电路共模交流通路因为流过RL的共模电流为0。半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE3/20/2024932）共模性能指标分析共模输入电阻共模输出电阻共模电压增益电路特点半电路共模交流通路RC+-voc1+-vic1=vicT12REE双端输出电路利用对称性抑制共模信号。3/20/202494单端输出电路T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL与双端输出电路的区别：仅在于对RL的处理上。半电路共模交流通路

RC+-voc1=voc+-vic1=vicT12REERL修改到此3/20/202495单端输出电路特点单端输出电路利用REE的负反馈作用抑制共模信号。T1+-+-VCCREEvi1voVEE+-vi2RCRCT2RL一般射极电阻REE取值较大因此很小。结论无论电路采用何种输出方式，差放都具有放大差模信号、抑制共模信号的能力。3/20/202496差放性能指标—归纳总结

Rid、

Ric与电路输入、输出方式无关。

Rod、

Roc仅与电路输出方式有关。

Avd仅与电路输出方式有关。

Avc仅与电路输出方式有关。双端输出单端输出双端输出单端输出双端输出单端输出其中其中Ric3/20/202497第四章放大器基础

为了衡量差分放大器对共模信号抑制能力和对差模信号的发达能力，引入另一个性能指标共模抑制比----KCMR(其值越大越好)

。定义:双端输出电路单端输出电路提高IEE（即增大gm）、增大REE提高KCMR共模抑制比3/20/202498第四章放大器基础

普通差放存在的问题：采用恒流源的差分放大器REE

KCMR

抑制零点漂移能力

但IEEQ点降低

输出动态范围

T1VCCvi1voVEEvi2RCRCT2R1R2R3T3其中很大3/20/202499第四章放大器基础

差动特性（两任意输入时，输出信号的计算）任意信号：均可分解为一对差模信号与一对共模信号之代数和。即：

大小相等，极性相反，即为差模信号大小相等，极性相同，即为共模信号3/20/20241003/20/2024101第四章放大器基础

差动特性（两任意输入时，输出信号的计算）输出只与两输入信号的差值有关————差动特性3/20/2024102双端输出时单端输出时

任意输入时，输出信号的计算其中其中3/20/2024103第四章放大器基础

例：图示电路，已知

=100，vi=20sin

t(mV)，求vo解：T1VCCREEvivoVEERCRCT2RL22.6k

10k

10k

(12V)(-12V)（1）分析Q点（2）分析Avd2

、Avc2则（3）计算vo由于则3/20/2024104第四章放大器基础4.4.3差模传输特性完整描述差模输出电流随任意输入差模电压变化的特性。双极型差放__差模传输特性T1VCCIEEVEERCRCT2iC1iC2+-vId假设电路对称则得3/20/2024105第四章放大器基础差模传输特性曲线10iC/IEEvID/VT0.5QiC1/IEEiC2/IEE0iC1-

iC2vID/VTIEE-IEE可以证明：

当|vID

|

26mV时，差放线性工作（单管电路vI<26mV）。|vID

|

>104mV后，一管截止、另一管导通，差放非线性工作。说明：若在两管发射极上串联电阻RE，则利用RE的负反馈作用，可扩展线性范围。RE

线性范围

但

Avd

3/20/2024106第四章放大器基础4.5电流源电路及其应用直流状态工作时，可提供恒定的输出电流IO。

交流工作时，具有很高输出电阻RO，可作有源负载使用。+-VQ+vRiB恒定iC外电路（电流源电路）+-VQR电流源IO（直流状态）+-R电流源ROv（交流状态）电流源电路特点：对电流源电路要求：直流状态工作时，要求IO精度高、热稳定性好。交流状态工作时，要求RO大（理想情况RO

）。利用iB恒定时，iC接近恒流特性而构成。电流源电路原理：3/20/20241074.5.1镜像电流源电路

第四章放大器基础假设T1、T2两管严格配对基本镜像电流源T1VCCiC1RT2IRiC2=IOvBE1=vBE2由于根据得知因此，称iC2是iC1的镜像。参考电流由于因此（>>2）3/20/2024108第四章放大器基础

IO精度及热稳定性当温度变化时，由于

、VBE(on)的影响，IO热稳定性降低。由得知：当

较小时，IO与IR之间不满足严格的镜像关系，IO精度降低。输出电阻RO由得知：当考虑基宽调制效应时，根据得则

VA除了降低IO精度外，还造成RO较小，IO恒流特性变差。RO=rce23/20/2024109第四章放大器基础

减小

影响的镜像电流源T1VCCiC1RT2IRIOiRET3结构特点T1管c、b之间插入一射随器T3。电路优点减小分流

i，提高IO作为IR镜像的精度。由图整理得式中RO=rce2输出电阻3/20/2024110第四章放大器基础

比例式镜像电流源T1VCCiE1RT2IRIOR1R2iE2结构特点两管射极串接不同阻值的电阻。电路优点RO增大，IO恒流特性得到改善。由（较大）（较大）得当时得式中3/20/2024111

微电流源

根据集成工艺的要求，电阻R不易做太大，故前述电流源的IO只能做到mA量级。T1VCCRT2IRIOR2iE2令比例镜像电流源中的R1=0

。由式中得输出电阻电路优点：可提供

A量级的电流，且RO大，精度高。第四章放大器基础3/20/20241124.5.2MOS镜像电流源(了解）

MOS镜像电流源与三极管基本镜像电流源结构相似，只是原参考支路中的电阻R被有源电阻T3取代。T1VCCT2IRIOT3VSS若T1T2性能匹配，工作在饱和区宽长比分别为(W/l)1、(W/l)2根据，得其中3/20/20241134.5.3有源负载差分放大器T1、T2构成的镜像电流源代替RC4。T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2电路组成：T3、T4构成双端输入单端输出差放。

电路特点：

由镜像电流源知则差模输出电流当共模输入时则共模输出电流当差模输入时3/20/2024114T1VCCiC3T2vi1T3T4IEEVEEiOiC4iC2vi2性能分析：

结论：该电路不仅具有放大差模、抑制共模的能力，在单端输出时，还获得双端输出的增益。由于则差模增益差模输入电阻差模输出电阻3/20/2024115补充内容功率放大电路

功率放大电路一般接在集成电路的输出级，其主要作用是为负载提供足够大的输出功率。因而我们希望它带负载的能力强些，从性能指标来看，就要求电路的输出电阻小，共集（或共漏）放大电路的输出电阻在几种基本组态电路中是最小的，所以输出级电路多采用共集（或共漏）组态。

一、功率放大电路的要求（在管子安全应用前提下）1、尽可能地提高输出功率2、转换效率高3、非线性失真小第四章放大器基础3/20/2024116二.功率放大电路的主要特点

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。三.要解决的问题输出功率要大减小失真一般直接驱动负载，带载能力要强。四.提高效率的途径降低静态功耗，即减小静态电流。转换效率要高~前置放大器功率放大器负载信号源放大器框图管子的保护3/20/2024117二、功率放大电路的种类甲类甲类：功率管在一个周期内导通

(非线性失真小,但效率低)。

Q′乙类乙类：功率管仅在半个周期内导通(非线性失真较大,但效率较高)。

丙类Q〞丙类：功率管小于半个周期内导通(非线性失真大,但效率高)。

Q〞甲乙类甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。

(非线性失真和效率介于甲类和乙类之间.)

根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等多种。第四章放大器基础3/20/2024118变压器耦合乙类推挽功率放大电路3/20/2024119OTL（OutputTransfomerLess）电路3/20/2024120三、乙类互补对称功率放大电路（OCL）(1)

原理电路及电路特点T1

与

T2——功率管互补配对(2)

工作原理(忽略发射结压降)

vi(t)＞0

时，T1

管(NPN型)

导通，T2管(PNP型)

截止，iC1(≈iE1)

得到正半周的半个正弦波；

vi(t)＜0

时，T2

管导通，T1

管截止，iC2(≈iE2)得到负半周的半个正弦波。通过

RL

的电流

，合成完整的正弦波。

静态即

vi=0

时，vO=0

即T1、T2管轮流导通得到完整的输出信号。第四章放大器基础3/20/2024121（3）、性能分析与计算当vi不够大时，根据射随特性有：vo(t)≈vi(t)，则Vom≈Vim当输入信号足够大时，可得到最大不失真输出电压，此时有

Vommax≈Vcc-VCES3/20/2024122（3）、性能分析与计算1、RL上的输出功率：2、正负电源总的直流功率PV：

3、管子消耗的功率PC

：4、效率η：第四章放大器基础设：3/20/2024123讨论当Vom=Vommax≈Vcc–VCES时，Po=Pom且η=当（4）、非线性失真及其消除措施1.交越失真

上节分析乙类对称电路性能时，忽略了晶体管发射结导通电压的影响。实际上，在零偏置情况下，考虑到导通电压的影响，输出电压波形在在衔接处出现严重失真，称交越失真。第四章放大器基础3/20/20241242.

克服交越失真的基本途径

在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在甲乙类。

由传输特性图可见：只要VBB

取值合适，上下两路传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特性趋近于直线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。第四章放大器基础3/20/2024125

实际电路中，不是直接加电源电压VBB

，而是接电阻或二极管。由于二极管的正向交流结电阻很小，可认为交流短路，因此偏置电路不影响输入信号vi(t)

的传输。

在集成电路中偏置二极管会由三极管取代，见图

(b)、(c)

第四章放大器基础3/20/2024126☆单电源供电的互补推挽电路(OTL)

1.电路特点

(1)

单电源供电；

(2)

负载串接大容量隔直电容CL。VCC

与两管串接，若两管特性配对，则VK=VCC/2，CL

实际上等效为电压等于VCC/2的直流电源。2.

工作原理T1

管的直流供电电压：VCC

VK＝VCC/2T2

的供电电压：0

VK＝

VCC/2

单电源供电电路等效为VCC/2

和

VCC/2

的双电源供电电路。

第四章放大器基础3/20/2024127作业：电路如图，已知VCES=1V，RL=8Ω，VCC=15V1、当vi(t)足够大时的Pomax，ηmax2、D1，D2的作用是什么？3、静态时K点对地电位VK为多少？4、当vi(t)>0时，是T1管导通还是，

T2管导通5、当vi(t)=100sinωt（mV），且

AV3=-20时，

Po=？PC=？η=？第四章放大器基础3/20/2024128（1）静态时VK=Vcc

/2，（2）当vi(t)=100sinωt（mV），因

AV3=-20，故解：（要点）

单电源供电电路等效为VCC/2

和

VCC/2

的双电源供电电路。

3/20/20241294.6

集成运算放大器在线性集成电路中发展最早、应用最广的是：集成运算放大器，集成运放是实现高增益放大功能的一种集成器件。集成运放性能特点Avd很大：（104~107或

80~140dB）Ri

很大：（几k

~105M

）Ro很小：（几十

）静态输入、输出电位均为零。集成运放电路符号反相输入端同相输入端输出端v-v+vo+-第四章放大器基础3/20/2024130集成电路的特点第四章放大器基础随着半导体技术的飞速发展，集成电路在电子设备中的应用越来越广。集成电路：就是在一硅单晶片上，采用硅平面技术制造出各种元器件，并将它们连接在一起，并能完成某种完整功能的电路。集成电路在结构上的特点：1、只能采用直接耦合方式（因大电阻、大电容不能集成）3、用恒流源电路代替大阻值的电阻。4、用复合管的接法改进单管的性能。2、为克服直接耦合电路的温漂采用温度补偿的手段：输入级电路采用差动放大器3/20/2024131复合管又称为达林顿管，它可由两个或两个以上的三极管复合，也可由场效应管和晶体三极管复合。构成复合管的原则是:①复合管外加电压的极性应保证复合中的管子都工作在放大区;②若把两只管子或多只管子正确连接成复合管，必须保证每只管子各电极的电流都能顺着各个管子的正常工作方向流动，否则将是错误的;③复合后的管子类型和第一个管子的类型相同。3/20/2024132复合后的等效互补管3/20/2024133复合后的等效互补管3/20/2024134复合后管子的电流放大系数：上式表明，复合管的电流放大系数约等于两只管子电流放大系数的乘积。3/20/2024135常用复合管结构3/20/2024136一、集成运放的简化原理框图：第四章放大器基础差分输入级同相输入端反相输入端中间电压放大级输出功放级输出端即集成运放由三个放大环节构成：差分输入级、中间电压放大级和输出功放级另：每一级电路要能正常工作必须给它们加合适的偏置电路及保护电路、电平位移电路等偏置电路及其辅助电路3/20/2024137第四章放大器基础集成运放电路组成由于实际电路较复杂，因此读图时，应根据电路组成，把整个电路划分成若干基本单元进行分析。输入级中间增益级输出级偏置电路采用改进型差分放大器采用1~2级共发电路采用射随器或互补对称放大器采用电流源3/20/2024138二、通用集成运放F007内部电路简介（一）F007电路的外表及外接电路双列直插式封装：圆形外壳封装：外接电路：调零电阻第四章放大器基础3/20/2024139第四章放大器基础输入级组成：由T1、T3和T2、T4组成的共集—共基组合电路构成双入单出差放。T5、T6、T7组成的改进型镜像电流源作T4管的有源负载。T8、T9组成的镜像电流源代替差放的公共射极电阻REE。输入级特点：改进型差放具有共模抑制比高、输入电阻大、输入失调小等特点，是集成运放中最关键的一部分电路。F007集成运放内部电路中间级组成：

T17构成共发放大器。

T13B、T12组成的镜像电流源作有源负载，代替集电极电阻RC。电路特点：

中间级是提供增益的主体，采用有源负载后，电压增益很高。隔离级：

T16管构成的射随器作为隔离级，利用其高输入阻抗的特点，提高输入级放大倍数。输出级组成：T14与T20组成甲乙类互补对称放大器。该放大器采用两个射随器组合而成。电路特点：输出电压大，输出电阻小，带负载能力强。过载保护电路：T15、R6保护T14管，T21、T22、T24、R7保护T20管。正常情况保护电路不工作，只有过载时，保护电路才启动。隔离级：T23A管构成的有源负载射随器作为隔离级，可提高中间级电压增益。T13A与T12组成的镜像电流源作有源负载，代替T23A的发射极电阻RE。偏置电路：偏置电路一般包含在各级电路中，采用多路偏置的形式。T10、T11构成微电流源，作为整个集成运放的主偏置。电平位移电路：输入级共集—共基组合电路中，采用极性相反的NPN与PNP管进行电平位移。不专门另设电平位移电路。

将上述单元电路功能综合起来可见，F007是实现高增益放大功能的一种集成器件。

它具有高Ri、低Ro、高Av、高KCMR

、低失调、零输入时零输出等特点，是一种较理想的电压放大器件。3/20/2024140（二）、识图步骤：第四章放大器基础前面我们学习了二极管、三极管、场效应管等器件，以及由它们构成的电压电流放大器、功率放大器、差分放大器等单元电路。今天我们通过对F007电路的了解来复习、巩固、深化所学知识，并把认识从孤立的单元上升到实际电路的目的。读图的方法：读图就是看懂电子电路的原理，弄清它的组成及功能，进而进行必要的定量估算。由于电子电路是对信号进行处理的电路。因而读图时应以信号流向为主线，以基本单元电路为依据，沿主要通路，将整个电路划分成具有独立功能的若干部分进行分析。具体步骤3/20/2024141识图的具体步骤：第四章放大器基础1、了解用途、找出通路：为有助于弄清电路的工作原理，避免走弯路，读图前，应先了解电路用于何处，起什么作用。在此基础上，找出信号的传输通路，由于信号的流通枢纽是有源器件，因此应以它为中心连线查找。2、对照单元、化整为零：通路找出后，电路的主要部分就显露出来了，为此对照所学的基本单元电路，将原理图分成若干个具有单一功能的部分，画出单元框图，并定性分析每个部分的工作原理及功能。3、统观整体，估算性能：沿信号流向，用带箭头的线段把单元框图连接成整体框图，由此可看出各单元怎样配合起来实现电路功能的。最后对各单元电路的性能进行定量的估算。以得到整个电路的性能指标。进而加深对电路的认识，找到影响性能的主要环节，为调试、维修，甚至改进打下基础。3/20/20241421、了解用途、找出通路：第四章放大器基础为有助于弄清电路的工作原理，避免走弯路，读图前，应先了解电路用于何处，起什么作用。在此基础上，找出信号的传输通路，由于信号的流通枢纽是有源器件，因此应以它为中心连线查找。简化电路3/20/2024143简化电路图：第四章放大器基础3/20/20241442、对照单元、化整为零：第四章放大器基础通路找出后，电路的主要部分就显露出来了，为此对照所学的基本单元电路，将原理图分成若干个具有单一功能的部分，画出单元框图，并定性分析每个部分的工作原理及功能。3/20/2024145第四章放大器基础3/20/20241463、统观整体，估算性能：第四章放大器基础沿信号流向，用带箭头的线段把单元框图连接成整体框图，由此可看出各单元怎样配合起来实现电路功能的。最后对各单元电路的性能进行定量的估算。以得到整个电路的性能指标。进而加深对电路的认识，找到影响性能的主要环节，为调试、维修，甚至改进打下基础。3/20/20241474.7

放大器的频率响应一、放大器频率特性的概念二、放大器频率特性的表示方法4.7.1放大器频率特性概述四、系统的频率特性分析方法三、放大器A的波特图及波特图的画法4.7.2、共发放大电路的高频特性第四章放大器基础3/20/20241484.7.1放大器频率特性概述一、放大器频率特性的概念第四章放大器基础前面我们在介绍放大器的性能时，认为放大器的放大倍数A为一个常数，即不随信号频率