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1、第4章 放大器基础,放大器：用来放大电信号的装置，是电子设备中使用最广泛的电路。,内容: 1、放大电路的组成原理 2、基本放大电路的性能特点 3、改进性能的基本途径 4、集成运算放大器,放大电路应遵循以下原则: 第一，要有直流通路(偏置电路)，并保证合适的直流偏置。 第二，要有交流通路，即待放大的输入信号能加到晶体管的发射结或场效应管栅源极之间，放大了的信号能从电路中取出。,4.1偏置电路和耦合方式,一、偏置电路（设置合适Q点） 1、 对Q点要求,Q点不合适产生的非线性失真（1）Q点过低产生截止失真；,工作点Q过高产生饱和失真,Q点位置决定 动态范围：最大不失真输出电压幅度 小信号参数放大性能
2、,非线性失真（饱和失真、截止失真),结论：1、Q点一定要合理 2、Q点一定要稳定（外界因素变化：环境温度、电源电压、更换管子),2、Q点的热稳定性,固定偏置电路,管子参数随温度变化： 温度升高 增加1.0 / V BE(on ) ：减少2.5mV/ T10 ICBO增一倍,结论：固定偏置电路工作点不稳定； 稳定Q点关键稳定ICQ；,当T升高30：ICQ=2.59mA，IBQ=19.9A，VCEQ =0.82V Q点移向饱和区,3、分压式偏置（高稳定性，广泛应用于分立元件放大器）,增加一个电阻RB2，可将基极电位VB固定。由ICQ引起的VE变化就是VBE的变化，因而增强了VBE对ICQ的调节作用
3、，有利于Q点的稳定。,自动调节过程：,工程上，一般取,4.场效应管偏置电路,零偏压,自偏压,分压式,分压式偏置适用于各种场效应管；自偏置和零偏置不适用增强型MOS管；零偏压电路热稳定性差。,5.双电源偏置电路 利用RE来提高偏置的热稳定性。（b）图为原理图）,二、耦合方式 放大器与信号源、与负载、放大器各级之间连接的方式称为耦合方式。耦合时，一方面要确保放大器有合适的直流工作点，另一方面应使前级输出信号尽可能不衰减地加到后级输入。常用的耦合方式有三种，即电容耦合、变压器耦合和直接耦合。 1、电容耦合 电容耦合是通过电容器将信号源与放大器、放大器与负载、后级电路与前级相连接。,单级电容耦合放大器
4、,由于电容器隔直流而通交流，所以各级的直流工作点相互独立，这样就给设计、调试和分析带来很大方便。而且，只要耦合电容选得足够大，则信号能由前级几乎不衰减地加到后级，实现逐级放大。 缺点：耦合电容选得足够大， 不易集成，不能用于集成电路,两级电容耦合放大器,2、直接耦合 直接连接称为直接耦合。缺点：各级Q点互相影响，温漂。 （1）级间电平配置 (a)垫高后级的发射极电位,由于在以后各级电路中，VCQ不断提高，则在某些级间必须接入电平位移电路，将不断提高的静态电位下移到较低电位上。 (b)NPN、PNP管级联 (c)电阻和恒流源电平移位；,（2）工作点漂移产生的有害影响 外界环境因素变化造成静态工作
5、点移动。温度变化而引起的漂移简称为温漂。直接耦合会将温漂传送到后级，并不断地放大，在输出信号中产生干扰。 措施：采用小温漂的放大器；特别是第一级（危害最大） 低漂移特性的放大器差分放大器,3、变压器耦合放大器,4.2 放大器的性能指标,放大器表示为有源四端网络,对输入信号源而言，放大器可看作它的负载；对输出负载RL而言，放大器可看作它的信号源。,一、输入电阻、输出电阻,二、增益（Gain） 增益就是放大倍数，用A表示，定义为放大器输出量与输入量的比值，用来衡量放大器放大电信号的能力。 1、四种增益 根据需要处理的输入量和输出量不同，增益有四种形式。 电压增益 （ 无量纲） 互导增益 西门子（S
6、） 电流增益 （无量纲） 互阻增益 欧姆（）,四种增益可以互相转换，例如,2、负载开路和短路时的增益（讨论RL对增益的影响）,讨论,要求：,带负载能力：负载对增益的影响，影响大带负载能力弱 影响小带负载能力强,讨论,要求：,输出电压量时，输出电阻越小，带负载能力越强； 输出电流量时，输出电阻越大，带负载能力越强。,3、 源增益（信号源内阻RS的影响）,可见,要求：,可见,要求：,四种类型放大器 (a)电压放大器；(b)电流放大器；(c)互导放大器；(d)互阻放大器 （掌握各放大器设计时对输入电阻和输出电阻的要求。）,三、多级放大器 多级放大器方框图。由图可知：（1）后级输入电阻作前级负载； （
7、2）前级作后级的信号源，则前级的输出电阻为此信号源内阻； （3）总输入电阻就是第一级输入电阻，总输出电阻就是最后一级输出电阻。,四、失真 输出信号不能重现输入信号波形的现象失真 失真分线性失真和非线性失真。 1、线性失真（频率失真） 放大器中含有电抗元件，因而增益与频率有关。,电容耦合放大器的幅频特性,幅频特性 相频特性,线性系统不失真传输的条件是: (1)放大倍数大小与频率无关，即要求放大倍数的幅频特性A()是一常数。 (2)放大器对各频率分量的滞后时间相同,即要求放大器的相频特性()正比于角频率。,不失真传输时放大器的幅频、相频特性,频率失真,幅度失真:对各频率分量放大倍数不同失真,相位失
8、真：对各频率分量相位非线性失真,相位失真,频率失真属于线性失真 线性失真：由线性元件引起的，没有产生新的频率分量。,注意： （1）信号幅度变化、相位变化不是失真 （2）考虑频率失真的前提是输入信号为非正弦波，即 单一频率的信号（正弦信号）不会产生频率失真。,2、非线性失真 由器件的非线性引起的，如饱和失真、截止失真。非线性失真是由于产生新的频率分量造成的。这是非线性失真和线性失真的本质区别。,4.3 基本组态放大器,三种基本组态：共射（共源）、共集（共漏）、共基（共栅）,一、共射放大器,分压式偏置电容耦合共射放大器 直流通路,交流通路：电容短路，直流电源短路。 交流通路决定放大器的组态。直流通
9、路与组态无关。 一个实际放大电路的组成是否正确，就要看它的直流通路和交流通路是否正确。,性能分析：画出交流等效电路（将三极管用模型等效）,按照Ro的定义，在上图电路的输出端加一电压vo，并将vs短路时，因ib=0，则受控源ib=0。这时，从输出端看进去的电阻近似为RC。,式中，,称为等效负载,负号表示输出电压与输入电压反相，共射放大器为反相放大器,特点： 既有电压放大，又有电流放大，输入电阻和输出电阻适中。 多用于多级放大器中的增益级。,二、共基放大器,（b）交流通路,（a）实际电路,（c）交流等效电路,则 可忽略,1、输入电阻,所以,折算关系：基极电阻折算到射极应除以（1+） 共基电路输入电
10、阻远小于共射电路输入电阻,2、输出电阻 画出求输出电阻等效电路,其中,共基输出电阻,远大于共射输出电阻,3、增益,共基放大器为同相放大器，增益大小与共射放大器相同。但由于输入电阻很低，共基放大器源增益远小于共射放大器源增益。 特点： 与 同相；输入电阻低；输出电阻高（不计 ）,三、共集放大器（射极输出器）,(a)实际电路 (b)直流通路 (c)交流通路,性能分析 1、输入电阻 从定义出发，先求,射极电阻折算到基极应乘以（1+）；共集放大器输入电阻远大于共射放大器。,2、输出电阻,基极电阻折算到射极除以（1+）,共集输出电阻远小于共射和共基放大器的输出电阻。,3、增益,上式表明，增益为正值，且其
11、值小于1，一般情况下，其值接近于1。 共集电极电路特点：,大 小 小,三种基本组态放大器的性能比较 共基：Ri小，Ro大，Ain1，适合作电流接续器。 电流接续器：将低阻输入端电流接续到高阻输出端。 共集：Ri高，Ro小，Av1，适合作电压跟随器。 电压跟随器：将高阻输入端电压跟随到低阻输出端。,共射极电路: 既有电压增益，又有电流增益，所以应用最广，常用作各种放大器的主放大级。 缺点： 输入电阻和输出电阻比较适中。 作为电压或电流放大器，它的输入和输出电阻并不理想即在电压放大时，输入电阻不够大且输出电阻又不够小； 而在电流放大时，则输入电阻又不够小且输出电阻也不够大。,四、改进型放大器 1、
12、组合放大器 根据三种基本放大电路的特性，将它们适当组合，取长补短，可以获得各具特点的组合放大器。 （1）共射共基(CECB)组合放大器,由于共基放大器的输入电阻很小，将它作为负载接在共射电路之后，致使共射放大器只有电流增益而没有电压增益。而共基电路只是将共射电路的输出电流接续到输出负载上。因此，这种组合放大器的电压增益相当于负载为RL的一级共射放大器的增益，输出电阻大大提高。 另一方面明显改善了放大器的频率特性。正是这一特点，使得CECB组合放大器在高频电路中获得广泛应用。,（2）共集共射(CCCE)组合放大器（达林顿电路） CCCE组合放大器利用共集放大器输入电阻大而输出电阻小的特点，将它作
13、为输入级时，放大器具有很高的输入电阻，这时信号源电压几乎全部输送到共射电路的输入端，电压增益是一级共射放大器的增益，输入电阻大大提高。,（3）共集共基(CCCB)组合放大器 设两管具有相同的小信号模型参数，,增益为一级共射增益一半， 与 同相。,2、发射极接电阻RE的共射放大器,输入电阻大大提高,电压增益下降，且稳定,求输出电阻,结论: 接入RE后 优点： （1）Ri和Ro均提高（理想互导放大器）。,（2）电压增益稳定，与、电阻大小无关。 （3）只与电阻比值有关易集成 缺点：电压增益降低。,3、采用有源负载的共射放大器 目的：提高增益,点近饱和,有源电阻（直流电阻小，交流电阻大）代替RC。 有
14、源电阻电流源电路：施加恒定偏置，工作在放大区的晶体管电路。,图(a)是一共射有源负载放大器电路，T1组成共射放大器，T2、T3组成电流源，T2对直流呈现小电阻，而对交流呈现大电阻，如图(b)所示。,静态时，ICQ1=ICQ2 VCEQ1=VCC-VECQ2,（a）电路；（b）工作点的直流电阻和增量电阻,交流性能分析 画出交流通路,对负载的要求: RL足够大,五、共源和共漏放大器的性能 1、共源放大器,2、共漏放大器（源极输出器）,4.4 差分放大器 一、电路结构（对称性） 它由两个性能参数完全相同的共射放大电路组成，通过两管射极连接并经公共电阻RE将它们耦合在一起。,双电源供电 VCC=VEE
15、 两个输入端 两个输出端,静态分析：,二、性能特点 1、差模信号和共模信号,大小相等,极性相反,为一对差模输入信号 大小相等,极性相同,为一对共模输入信号,差模输入电压 共模输入电压 对任意输入信号,2、差模等效电路及其性能特点 如果在差分电路的两个输入端加上一对大小相等、相位相反的差模信号，由电路可知，这时一管的射极电流增大，另一管的射极电流减小，且增大量和减小量时时相等。因此流过REE的信号电流始终为零，公共射极端电位将保持不变。所以对差模输入信号而言，公共射极端可视为差模地端，即REE相当对地短路。,差模等效电路由左右两个相同的射极无射极电阻的共射电路组成,差模等效电路,(1)、差模输入
16、电阻,(2)、差模输出电阻 单端输出,双端输出,单端输出,T1管为反相输出端 T2管为同相输出端,(3)、差模增益,3、共模等效电路及其性能特点 如果在差分放大器的两个输入端加上一对大小相等、相位相同的共模信号，即vi1=vi2=vic,由电路可知，此时两管的射极将产生相同的变化电流iE，使得流过REE的变化电流为2iE，从而引起两管射极电位有2REEiE的变化。因此，从电压等效的观点看，相当每管的射极各接有2REE的电阻。,共模等效电路是由两个左右相同的射极接电阻2REE共射放大器组成,共模等效电路,(1)、共模输入电阻 任一输入端看进去 (2)、共模输出电阻 任一输出端呈现,很大,(3)、共模电压增益 双端输出时，两管共模电压相消 单端输出,结论
