《电工电子学》课件第10章

第10章基本放大电路

10.1基本放大电路简介

10.2放大电路的静态分析

10.3放大电路的动态分析

10.4放大电路静态工作点的稳定

10.5射极输出器

10.6多级放大电路

10.7差分放大电路

10.8功率放大电路

10.9场效应管放大电路

10.1基本放大电路简介

1.共发射极基本放大电路的组成

图10-1是一个简单的单管共发射极基本放大电路。输入端接需要放大的信号(通常可用一个电动势eS与电阻RS串联表示)，它可以是收音机自天线收到的包含声音信号的微弱电信号，也可以是某种传感器根据被测量转换出的微弱电信号。信号源的输出电压即放大器的净输入电压为ui，放大器的输出端接负载电阻RL，输出电压为uo。图10-1共发射极基本放大电路

2.共发射极基本放大电路各元件的作用

放大器中各元件的作用如下：

(1)晶体管V：

(2)集电极电源EC：

(3)集电极负载电阻RC：

(4)基极电源EB和基极电阻RB：

(5)耦合电容C1和C2：

(6)负载电阻RL：

3.放大电路中各变量的表示方法

由图10-1电路可见，由于放大电路中同时存在着直流电压源(EB、EC)和交流电压源(es)，因此晶体管各极之间的电压、电流既含有直流分量，又含有交流分量。为了分析方便，特规定用下列表示方法加以区别：

用大写字母及大写字母脚标表示直流量。例如：IB、IC、UBE，UCE等。

用小写字母及小写字母脚标表示交流量的瞬时值。例如：ib、ic、ube、uce等。

用大写字母及小写字母脚标表示交流量的有效值。例如：Ib、Ic、Ube、Uce等。

用小写字母及大写字母脚标表示既含有直流分量又含有交流分量的总电压或总电流。例如：iB=IB+ib，iC=IC+ic，uBE=UBE+ube等。

4.放大电路的习惯画法

在如图10-1所示的放大电路中，用了EC和EB两个直流电源，使用不便。在实际的放大电路中都采用单电源供电，可将RB的一端改接到EC的正极上，只用EC供电，只要适当地调整RB的阻值，仍可保证发射结正向偏置，产生合适的基极偏置电流。此外，在放大电路中，通常把公共端设为参考点，设其为零电位，而该端常接“地”。同时为了简化电路的画法，习惯上常不画电源EC的符号，而只在连接其正极的一端标出它对参考点“地”的电压值UCC和极性(“+”或“-”)。如忽略电源EC的内阻，则UCC=EC，因此图10-1可改画为图10-2所示的习惯画法形式。图10-2单电源供电时常用的画法

10.2放大电路的静态分析

1.用放大电路的直流通路确定静态值

做静态分析是在放大电路的直流通路中进行的。在画直流通路时，令输入信号为零，es=0(保留内阻RS)，所有电容视为开路。图10-3所示的电路是图10-2所示基本共发射极放大电路的直流通路。这种方法也称为估算法，使用此方法的条件：已知电路中各元件的参数值，以及晶体管的β值。从直流通路可以看出，由于C1、C2的“隔直”作用，静态工作点与信号源内阻和负载电阻无关。图10-3基本共射放大电路的直流通路由图10-3所示的直流通路可得出静态时的基极电流为

(10-1)

由IB可得出静态时的集电极电流为

(10-2)

静态时的集-射极电压则为

UCE=UCC－RCIC(10-3)

【例10-1】在图10-2所示的放大电路中,设UCC=12V,RC=3kΩ，RB=280kΩ，β=50，试求放大电路的静态值。

解根据图10-3的直流通路可得出

2.用图解法确定静态值

根据图10-3的输入回路，UBE和IB之间的关系既要符合输入特性曲线，又要满足电路的基本电压方程：

(10-4)

这是一条关于UBE与IB关系的直线方程，称为输入直流负载线。在输入特性曲线上作出这条直线，则这条直线与输入特性曲线交于Q点(如图10-4所示)，由Q点对应的坐标值可得到电路的UBE和IB。图10-4用图解法求IB、UBE同理，在输出回路中，IC与UCE间的关系既要符合对应上面求出的IB的这条输出特性曲线，又应满足电路的基本电压方程：

(10-5)这是一条关于IC与UCE关系的直线方程，称之为输出直流负载线，其斜率为tanα=，仅与集电极电阻RC有关。分别令IC=0，得UCE=UCC，即M点，令UCE=0，得，即N点，连接MN的直线与对应于iB=IB的这条输出曲线交于Q点，把Q点称为静态工作点，如图10-5所示，其中坐标值IC与UCE及IB统称为静态值。图10-5用图解法求IC和UCE

【例10-2】在图10-3所示的放大电路中，已知UCC=

12V，RC=3kΩ，RB=280kΩ。晶体管的输出特性曲线如图10-5所示。用图解法求静态值。

解根据式(10-1)可算出根据图10-3所示的直流通路，可得

则直流负载线与电压轴的交点M的坐标为与电流轴的交点N的坐标为

这样就可在图10-5所示的晶体管输出特性曲线上作出直流负载线。由此得出静态工作点Q(见图10-5)的静态值为

10.3放大电路的动态分析

当放大电路有输入信号，即ui≠0时的工作状态称为动态。动态分析的目的主要是获得用元件参数表示的放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro这三个主要技术指标，以便知道该放大电路对输入信号的放大能力以及与信号源及负载进行最佳匹配的条件。10.3.1图解分析法

画出放大电路的交流通路。方法是令UCC=0，并把所有电容视为短路。基本共发射极放大电路图10-2的交流通路如图10-6所示。根据交流通路求出以混合量uCE、iC为变量的

交流负载线方程，进而在晶体管输出特性曲线上绘制交流负载线。图10-6基本共射放大电路的交流通路图由图10-6可知，晶体管c、e之间的交流电压分量

uce=－icRL′，其中RL′=RC∥RL。

又因为uce=uCE－UCE和ic=iC－IC，通过运算，可以求得交流负载线方程为

(10-6)知道了方程，就不难作出它的图像。令iC=0，则uCE=

UCC′，可求出曲线上的一个点M′。另外，当输入信号为零时，放大电路仍应工作在静态工作点Q，可见，交流负载线也要通过Q点。画出通过M′、Q两点的直线即可得到交

流负载线，如图10-7所示。图

10-7直流负载线和交流负载线把ΔiB移植到输出曲线上，从而确定输出信号变化范围，如图10-8中Q1、Q2两点之间线段所示。读出ΔiC和ΔuCE的坐标值，则交流电压放大倍数为

(10-7)

通过上述作图，可以清楚地观察到，Q点在交流负载线上的位置不同时，对输出信号的影响。图10-8用图解法求ΔuCE10.3.2微变等效电路法

1.晶体管的微变等效电路

如图10-9(a)所示为晶体管的输入特性曲线，当uCE为常数时，ΔuBE与ΔiB为线性关系，它们之比近似为一常数，用rbe表示。由于输入信号ui很小，ΔuBE与ΔiB可用交流量ube和ib来代替，即

(10-8)

由式(10-8)可见，用rbe可确定ube和ib之间的关系。因此，晶体管的输入电路可用rbe等效代替，如图10-10(b)所示。图10-9从晶体管的特性曲线求rbe、β和rce低频小功率晶体管的输入电阻常用下式来进行估算：

(10-9)

式中，IE是发射极电流的静态值，rbb′为基区体电阻，常取100～300Ω，如不加以说明可取200Ω；UT为电压当量，常取26mV。在室温下，上述公式可改写为

(10-10)由图10-9(b)所示晶体管的输出特性曲线可以看出，在输入信号微小变化时，输出特性在线性工作区是一组近似与横轴平行且等距离的直线。当uCE为常数时，ΔiC只受ΔiB的控制，与ΔuCE无关，即

(10-11)在小信号的条件下，β近似为一常数，由β来确定ic受

ib的控制关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源ic=βib来代替，以表示晶体管的电流控制作用，如图10-10(b)所示。β即为晶体管的电流放大倍数。图10-10晶体管及其微变等效电路另外，从图10-9(b)中还可见到，晶体管的输出特性曲线并不完全与横轴平行，当IB为常数时，ΔuCE与ΔiC之比称为晶体管的输出电阻，用rce表示。即

(10-12)

在小信号的条件下，rce也是一个常数，由它表示uce与ic之间的关系。rce的阻值很高，约为几十千欧到几百千欧，所以其在微变等效电路中通常忽略不计。图10-10晶体管及其微变等效电路

2.放大电路的微变等效电路

由放大电路的交流通路和晶体管的微变等效电路可得出放大电路的微变等效电路。首先画出放大电路的交流通路，对交流分量来说，电容C1和C2可视作短路，直流电源也可以认为是短路的。据此就可画出交流通路，如图10-11(a)是图10-2所示放大电路的交流通路。再把交流通路中的晶体管用它的微变等效电路来代替，即可得到放大电路的微变等效电路，如图10-11(b)所示。电路中的电压和电流都是交流分量，标出的是参考方向。当输入的是正弦信号时，图10-11(b)中的电压和电流也可用相量来表示。

分析图10-11(b)所示电路,计算放大电路的主要性能指标。图10-11放大电路及其微变等效电路

3.电压放大倍数的计算

以基本共发射极放大电路为例，用它的微变等效电路10-11(b)来计算电压放大倍数。

根据微变等效电路，有

ui=ibrbe

uo=－icRC∥RL=－βibRC∥RL=－βibRL′

由电压放大倍数的定义，可得

(10-13)当放大电路RL=∞(未接RL)时，

(10-14)

比较式(10-14)与式(10-13)可见，接入负载RL会使共发射极放大电路的放大倍数降低，且RL愈小，则电压放大倍数

愈低。

【例10-3】在图10-2中，UCC=12V，RC=3kΩ，

RB=280kΩ，β=50，RL=6kΩ，试求电压放大倍数Au。

解在例10-1中已求出由式(10-10)可得

则

4.输入电阻的计算

由输入电阻的定义及图10-11(b)所示电路，可得

(10-15)

它是对交流信号而言的一个动态电阻。可见这种放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电阻，是不高的。在实际电路中，输入电阻ri与信号源内阻RS是串联关系，由于

所以

Aus称为源电压的放大倍数，当信号源内阻Rs=0时，

Aus=Au。

5.输出电阻的计算

通常计算ro的方法是将信号源短路(如es=0，但要保留信号源内阻)，将负载RL开路，在输出端加一交流电压uo，以产生一个电流io，则放大电路的输出电阻为ro=uo/io。共发射极放大电路的输出电阻是从放大电路的输出端看进去的一个电阻。从图10-11(b)所示的微变等效电路看，当ui=0时，ib=0，βib和ic也为零。故

ro≈RC

(10-16)

【例10-4】如图10-12所示为发射极加电阻的共发射极放大电路，试求该放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri及输出电阻ro。

解利用微变等效电路法求解该放大电路的动态性能指标。该放大电路的微变等效电路如图10-13(a)所示。图10-12例10-4图由图10-13(a)可得

则电压放大倍数又由图可得

则输入电阻图10-13例10-4中计算ri和ro用图10.3.3放大电路的非线性失真

1.由晶体管特性曲线非线性引起的失真

这主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性间距不均匀，当输入信号又比较大时，将使ib、uce和ic正、负半周不对称，即产生了非线性失真。

2.工作点不合适引起的失真

设输入信号ui为正弦电压，静态工作点Q的位置选择太低，在ui的负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管进入截止区工作，iB、uCE和iC都严重失真了，对于NPN型晶体管共发射极放大电路，iB、iC的负半周和输出电压uCE的正半周将被削平，如图10-14(a)所示。这是由于工作点进入晶体管的截止区而引起的，故称为截止失真。只有减小基极电阻RB，才能消除截止失真现象。图10-14静态工作点不合适产生的非线性失真在图10-14(b)中，静态工作点Q太高，在输入电压ui的正半周靠近峰值的某段时间内，晶体管进入饱和区工作，此时，iB继续增大，而iC不再随之增大。这时iB不失真，但是uCE和iC都严重失真了。对于NPN型晶体管共发射极放大电路，集电极动态电流iC产生顶部失真，输出电压uCE的波形出现底部失真。这是由于工作点进入晶体管的饱和区而引起的失真，故称为饱和失真。

10.4放大电路静态工作点的稳定

前面介绍的共发射极放大电路(见图10-2)的Q点是由IB来决定的，电路的偏置电流为

当RB一经选定后，IB也就基本固定不变，故称为固定偏置放大电路，但这种电路在环境温度变化时，Q点也随之移动，而使放大电路不能稳定工作。10.4.1稳定静态工作点的原理

图10-15所示为分压式偏置放大电路，上偏置电阻RB1和下偏置电阻RB2构成一个分压电路，以固定晶体管基极的电位VB。再利用回路中的电阻RE获得反映集电极电流变化的电压VE，使之与VB相比较得出差值来控制IB，以维持IC的基本稳定。图10-15分压式偏置放大电路

1.静态工作点稳定的条件

由图10-15(b)所示的直流通路可知

I1=I2+IB

(1)若使I1≈I2>>IB，则可忽略IB的分流作用，这时基极电位基本不变，即

可认为VB与晶体管的参数无关，不受温度的影响，而仅由RB1和RB2的分压电路所固定。

(2)若使VB>>UBE，则可忽略UBE，这时发射极电流基本不变，即

而IC≈IE，可认为IC也不受温度的影响。

2.稳定静态工作点的物理过程

若温度升高，则会引起IC增大，发射极电流IE及发射极电位VE也会随之增加，由于VB是固定的，因此VE的增加将会导致UBE的减小，从而使IB自动减小以限制IC的增大，即IC随温度的升高而增大的部分几乎被由于IB减小而减小的部分相抵消，使IC和UCE保持基本不变，从而使静态工作点Q得以稳定。此过程可简写为10.4.2分压式偏置电路的计算

1.静态分析

静态分析通常采用估算法，如图10-15(b)所示的分压偏置电路的直流通路，在已知电源电压UCC、RB1、RB2、RC、RE及晶体管的电流放大倍数β的情况下，当满足稳定工作点的条件时，可以求出它的静态值。基极电位

(10-17)

(10-18)基极电流

(10-19)

(10-20)

2.动态分析

在估算动态值时，可以画出电路的微变等效电路，如图10-16所示。图10-16图10-15(a)电路的微变等效电路当输入信号电压为时，电压放大倍数为

(10-21)

当放大电路输出端开路(未接RL)时，电压放大倍数为

(10-22)当考虑信号源有内阻RS时，电源电压放大倍数为

(10-23)

由微变等效电路图10-16可知，放大电路输入电阻为

ri=RB1∥RB2∥rbe(10-24)

从微变等效电路图中的负载左边看进去，输出电阻仍等于集电极电阻，即

ro≈RC(10-25)

【例10-5】在图10-15(a)的分压式偏置放大电路中，已知：UCC=12V，RB1=48kΩ，RB2=20kΩ，RC=3kΩ，RE=1.5kΩ，RL=6kΩ，β=50。

(1)求放大电路的静态工作点。若更换β=100的同类管子，静态工作点是否发生了变化?如果将例10-1中的固定偏压式的共发射极放大电路更换β=100的同类管子，将会怎样？

(2)计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。

(3)如果将旁路电容CE去掉，再求解(2)。

解

(1)由直流通路确定静态工作点。若更换β=100的同类管子，静态工作点不变。如果将例10-1中的固定偏压式的共发射极放大电路更换β=100的同类管子，则静态工作点可变为而更换β之前，电路的集电极电流为

由此可见，更换β后，集电极电流IC比原来增大一倍，UCE大大减小，Q点进入饱和区。说明固定偏压式的共射极放大电路在元件参数改变时，将不能正常工作。

(2)从如图10-16所示的微变等效电路可以计算电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。

式中，RL′=RC∥RL。

(3)将发射极电容CE去掉后，其微变等效电路如图10-17所示，计算Au、ri、ro。图10-17带RE的共射放大电路的微变等效电路因为

式中，所以

(1+β)RE表示RE折算到输入端时扩大了(1+β)倍，如图10-18所示。若(1+β)RE>>rbe且β>>1，则例题中的

可见，虽然在交流通路中引入了RE使Au减小了，但由于Au仅取决于电阻值，所以不受环境温度的影响，而且可以使ri大大增加。图10-18

RE折算到输入端时扩大了(1+β)倍10.4.3稳定静态工作点的措施

分压式偏置电路中是利用负反馈稳定Q点，而图10-19(a)中则采用温度补偿的方法来稳定Q点。图10-19静态工作点稳定电路使用温度补偿方法稳定静态工作点时，必须在电路中采用对温度敏感的器件，如二极管、热敏电阻等。在图10-19(a)所示电路中，电源电压UCC远大于晶体管b-e间导通电压UBEQ，因此RB中的静态电流为

节点B的电流方程为

式中，IZ为二极管的反向电流，IBQ为晶体管基极静态电流。当温度升高时，一方面IC增大，另一方面由于IZ增大而导致

IB减小，从而IC随之减小。当参数合适时，IC可基本不变。其过程简述如下：从上述分析可知，温度补偿的方法是靠温度敏感器件直接对基极电流产生影响，使之产生与IC相反方向的变化。图10-19(b)所示电路同时使用引入直流负反馈和温度补偿两种方法来稳定Q点。设温度升高时二极管内电流基本不变，因此其压降UD必然减小，稳定过程简述如下：

10.5射极输出器

前面所讲的放大电路都是从集电极输出，采用共发射极接法。而图10-20所示电路，它的输出是从发射极取出的，故称之为射极输出器。

如果画出射极输出器的交流通路，因直流电源相对于交流信号来说是短路的，则可以看到，电路的输入回路和输出回路共用的电极是集电极，因此射极输出器在接法上是一个共集电极电路。图10-20射极输出器10.5.1静态分析

静态分析采用估算法，由图10-21所示的射极输出器的直流通路可以确定静态值。图10-21射极输出器的直流通路由输入回路可列出电压方程为

UCC=RBIB+UBE+RE(1+β)IB

由上式可求出

(10-26)

则

IC=βIB

(10-27)

由输出回路则可求得集-射极电压为

UCE=UCC－REIE(10-28)10.5.2动态分析

动态分析采用微变等效电路法。射极输出器的微变等效电路如图10-22所示。

图10-22射极输出器的微变等效电路

1.电压放大倍数

由图10-22可知

其中则电压放大倍数为

(10-29)

2.输入电阻

从图10-22所示的微变等效电路输入端看进去求射极输出器的输入电阻，即有

(10-30)

由此可见，射极输出器的输入电阻较高，可高达几十千欧到几百千欧。

3.输出电阻

计算射极输出器输出电阻ro的等效电路如图10-23所示，由输出电阻的定义式出发来求得。将信号源短路，保留其内阻RS。在输出端将负载电阻RL去掉，外加一交流电压

产生电流则可得其中，RS′=RS∥RB。则输出电阻为图10-23计算ro的等效电路

通常，且β>>1。故有

(10-31)

10.6多级放大电路

实际上，放大器的输入信号都很微弱，一般为毫伏级或微伏级，输入功率常在1mW以下。单级放大电路的放大倍数是不够的，必须将多个放大电路连接起来对微弱信号进行连续放大，方可在输出端获得必要的电压幅值或足够的输出功率，去驱动负载工作。多级放大电路组成的方框图如图10-24所示，含有输入级、中间级和输出级。图10-24多级放大电路组成的方框图10.6.1多级放大电路的耦合方式

1.阻容耦合

图10-25为两级共发射极阻容耦合放大电路，两级之间通过耦合电容C2及下级输入电阻连接。C1为信号源与第一级放大电路之间的耦合电容，C3是第二级放大电路与负载(或下一级放大电路)之间的耦合电容。耦合电容通常取几微法到几十微法。信号源或前级放大电路的输出信号在耦合电阻上产生压降，作为后级放大电路的输入信号。图10-25两级共发射极阻容耦合放大电路

2.直接耦合

将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端的方式称为直接耦合。两级直接耦合放大电路如图10-26所示。图10-26两级直接耦合放大电路

1)前级与后级静态工作点的相互影响

提高后级V2的发射极电位，是兼顾前、后级工作点和放大倍数的简单有效的措施。在图10-26中，是利用电阻RE2上的压降来提高发射极的电位。这样一方面能提高V1的集电极电位，增大其输出电压的幅度，另一方面又能使V2获得合适的工作点。RE2的大小可根据静态时前级的集-射极电压UCE1和后级的发射极电流IE2来决定，即

(10-32)

2)零点漂移

理想的直接耦合放大电路是当输入信号为零时，其输出电压应保持不变(不一定是零)。但实际上，把一个多级直接耦合放大电路的输入端短接(ui=0)，其输出端电压却会如图10-27中记录仪所显示的那样，在缓慢地、无规则的变化，它并不保持恒值，这种现象称为零点漂移。所谓漂移，就是指输出电压偏离原来的初始值而上下波动，看上去像个输出信号。其实它是个假“信号”。图10-27零点漂移现象为了比较放大电路由于温度造成的零点漂移，应排除电压放大倍数的影响，把温度每变化1℃时，放大电路输出端的漂移电压折算到输入端的电压作为评价放大电路零点漂移的指标，即

(10-33)10.6.2多级放大电路的分析方法

以阻容耦合放大电路为例，阻容耦合放大电路画出直流通路后，各级Q点相互独立，可以分别按单级放大电路计算即可。这里主要讨论其动态分析。

图10-28是图10-25所示阻容耦合的两级共发射极放大电路的微变等效电路。图10-28图10-25电路的微变等效电路对两级或多级放大电路的分析方法是前一级的输出是后一级的信号源，后一级的输入电阻看做是前一级的负载。所以两级放大电路的电压放大倍数为

(10-34)

若扩大到n级放大电路，则总的电压放大倍数为

Au=Au1Au2…Aun

(10-35)

多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，输出电阻就是末级(最后一级)的输出电阻。即

ri=ri1

ro=ron

(10-36)

【例10-6】如图10-29所示是阻容耦合两级放大电路。已知：UCC=12V，β1=60，RB1=200kΩ，RE1=2kΩ，Rs=100Ω，RC2=2kΩ，RE2=2kΩ，RB1′=2kΩ，RB2′=

10kΩ，RL=6kΩ，β2=37.5。试求：

(1)前后级放大电路的静态值；

(2)放大电路的输入电阻ri和输出电阻ro；

(3)各级电压放大倍数Au1、Au2及两级电压放大倍数Au。图10-29阻容耦合两级放大电路

解

(1)各级的静态值:

前一级后一级

(2)放大电路的输入电阻:晶体管V1的输入电阻为

晶体管V2的输入电阻为后级输入电阻为

前级负载电阻为

后级负载电阻为则放大电路的输入电阻为

输出电阻为

(3)计算电压放大倍数:

前级

后级两级电压放大倍数为

由此可见，输入级采用射极输出器主要是为了提高放大电路的输入电阻。

10.7差分放大电路

10.7.1差分放大电路的工作原理

差分放大电路的基本形式如图10-30所示。电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相同，因而它们的静态工作点也相同。输入信号ui1和ui2由两管基极输入，输出电压uo则取自两管的集电极电位之差。这种输入输出方式称为双端输入-双端输出。图10-30差分放大电路原理电路图

1.零点漂移的抑制

在静态时，ui1=ui2=0，即在图10-30中将两边输入端短路，由于电路对称，则两管的集电极电流相等，集电极电位也相等,即IC1=IC2，VC1=VC2,所以输出电压uo=VC1－VC2=0。

当温度变化等原因引起两个管子的基极电流变化时，两管的集电极电流的变化量必然相等，方向相同，集电极电位的变化量也相同，即温度变化引起两个管子的集电极电流变化时(如温度上升)，电路中的变量有下列变化过程：

所以输出电压为

(10-37)

2.信号输入

1)共模输入

当晶体管V1和V2的输入端加入的信号电压的大小相等、极性相同时，这样的输入称为共模输入信号，用uic表示，即ui1=ui2=uic。

2)差模输入

差模信号是指差分放大电路两个输入端的信号电压之差，用uid表示。在电路完全对称时，V1和V2管输入信号电压的大小相等，而极性相反，这样的输入称为差模输入信号，即当uid增大时，则ui1也增大，同时使V1的集电极电流

增大了ΔiC1，V1的集电极电位因而下降了ΔVC1；而ui2却下降，同时也使V2的集电极电流减小了ΔiC2，V2的集电极电位因而上升了ΔVC2。这样，两个集电极电位变化量大小相同，极性相反，则输出电压为

3)任意输入

若两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，这种输入称为任意输入信号。因它们通常作为比较放大来运用，故又称为比较输入。

例如，ui1是给定信号电压(或称基准电压)，ui2是一个缓慢变化的信号，两者在放大电路的输入端进行比较后得出偏差值，经放大后，输出电压为

(10-38)由叠加原理，任意信号总可以分解成共模信号uc和差模信号ud的组合，即

(10-39)

其中，

(10-40)10.7.2长尾式差分放大电路

长尾式差分放大电路又称为发射极耦合放大电路，如图10-31所示。两管通过公共的发射极电阻RE和负电源－UEE耦合，拖一个尾巴，故称为长尾式放大电路。电位器RP的作用是调零，以改善电路的不对称情况，在静态时用它来将输出电压调为零。RP值在几十欧到几百欧之间。图10-31长尾式差分放大电路

RE的主要作用是限制每个管子的漂移范围，进一步减小零点漂移，稳定电路的静态工作点。例如，当温度升高使IC1和IC2均增加时，则有如下抑制漂移的过程：

可见，由于RE上电压

的增高，使每个管子的漂移得到抑制。

1.典型差分放大电路对共模信号的抑制作用

为了描述差分放大电路对共模信号的抑制能力，引入了共模电压放大倍数，记为Ac，定义为

2.典型差分放大电路对差模信号的放大作用

由于差模信号使两管的集电极电流产生相反方向的变化，只要电路的对称性足够好，两管发射极差模电流一增

一减，其变化量相等，通过RE中的电流就几乎不变，这样

RE两端无差模电压降，即RE对差模信号不起作用，基本上

不影响放大电路对它的放大效果。因此，在画差模交流通路时，应将RE视为短路。10.7.3差分放大电路的静态分析

图10-31是双端输入-双端输出的差分放大电路。由于电路对称，故只需计算一个管的静态值即可。图10-32是图

10-31所示电路的单管直流通路。因为RP很小，故可略去。

又因两个管子合用一个发射极电阻RE，所以流过它的电流

为二倍的IE。图10-32单管直流通路在静态时，设

IB1=IB2=IB；IC1=IC2=IC

则由基极电路可列出电压方程为

RBIB+UBE+2REIE=UEE

则得则每管的集电极电流为

每管的集-射极电压是差分放大电路常作为电路的输入级，通常IB很小，当

2REIE>>UBE+RBIB时，则有

(10-41)

(10-42)

(10-43)10.7.4差分放大电路的动态分析

因差分放大电路对共模信号具有抑制作用，而对差模信号具有放大作用，故对差分放大电路的动态分析是指当输入信号方式为差模输入时的分析。由于电路的对称性，调零电位器忽略其电阻值，差模信号在RE上不产生压降，这样差模放大电路可看成两个单管电压放大电路。输入差模信号时的放大倍数称为差模放大倍数，记作Ad。图10-33是单管差模信号通路，由图可得出每个管子的差模电压放大倍数为

(10-44)图10-33单管差模信号通路同理可得

(10-45)

双端输出电压为则双端输入-双端输出差分电路的差模电压放大倍数为

(10-46)

Ad与单管放大电路的电压放大倍数相等。可见接成差分放大电路只是为了能抑制零点漂移。当在两管的集电极之间接入负载电阻RL时，由于uo2=

－uo1，一管的集电极电位减低，另一管增高，必有RL的中心位置为差模电压输出的交流“地”。因此对每个单管放大电路而言，负载为则

(10-47)两输入端之间的差模输入电阻为

(10-48)

两集电极之间的差模输出电阻为

(10-49)对共模信号，因为流过RE上的发射极电流是同方向的，所以在RE两端的反馈电压为2iERE，在计算时必须考虑这一项，则共模电压的放大倍数为

(10-50)10.7.5差分放大电路输入、输出的连接方式

差分放大电路有两个输入端和两个输出端，在实际应用时因放大的是差模信号，故输入信号可从一个输入端加入，另一个输入端接地，也可从两个输入端同时加入，因此形成了单端输入和双端输入两种方式。而输出也可有双端输出和单端输出两种方式。所以组合起来有四种输入、输出方式。

四种差分放大电路的比较见表10-1。10.7.6共模抑制比

对差分放大电路来说，差模信号是有用信号，要求它有较大的放大倍数；而共模信号是需要抑制的，要求它的放大倍数要越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零

点漂移越小，抗共模干扰能力越强，当用做比较放大时，就越能准确、灵敏地反映出信号的偏差值。为了定量说明差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入了共模抑制比KCMRR。其定义为：放大电路对差模信号的放大倍数Ad和对共模信号的放大倍数Ac之比称为共模抑制比，即

(10-51)工程上常用对数形式来表示KCMRR，符号为KCMR，即

(10-52)

其单位为分贝(dB)。

10.8功率放大电路

1.功率放大电路的特点

通常功率放大电路工作在大信号状态，与工作在小信号状态下的电压放大电路相比，有其自身的特点。

(1)输出尽可能大的功率。

(2)非线性失真较小。

(3)效率较高。

(4)要考虑功率管的散热和保护问题。

2.功率放大电路的工作状态

1)甲类工作状态

如图10-34(a)所示，静态工作点Q大致在交流负载线的中点，功放管在输入信号的整个周期内均导通，这种状态称为甲类工作状态。前面所讲的电压放大电路就是工作在这种状态。这种状态的特点是静态电流IC大，故管耗大，功率放大电路效率低，波形无失真。可以证明，在理想的情况下，甲

类功率放大电路的最高效率也只能达到50%。图10-34放大电路的工作状态

2)乙类工作状态

如图10-34(b)所示，静态工作点Q大致设在截止区的边缘上，功放管在输入信号的正(或负)半个周期内导通，这种状态称为乙类工作状态。其特点是静态电流IC≈0，故管耗小，功率放大电路效率高，非线性失真严重。

3)甲乙类工作状态

如图10-34(c)所示，静态工作点Q介于甲类和乙类之间，功放管在输入信号的一个周期内有半个以上的周期导通，这种状态称为甲乙类工作状态。其特点是静态电流较小，效率较高，非线性失真介于甲类和乙类之间。

3.无输出变压器(OTL)的互补对称功率放大电路

无输出变压器(OTL)的互补对称功率放大电路的原理图如图10-35(a)所示，V1(NPN型)和V2(PNP型)是两个不同类

型的晶体管，两管特性基本相同。电路把负载电阻RL作为两个晶体管的共同负载，可看成是由两个射极输出器组合而

成的。当输入正弦交流信号ui，在它的正半周时，V1导通，V2

因反偏截止，电容CL充电，电流iC1流过负载RL，RL两端获