模拟电子技术第三章放大电路基础

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1、第三章 放大电路基础,模拟电子技术,第三章 放大电路基础,3.1、放大电路的基本知识 3.2、三种基本组态放大电路 3.3、差分放大电路 3.4、功率放大电路 3.5、多级放大电路,3.1 放大电路的基本知识,放大的本质是,一、放大基本知识,放大的对象是变化量；,放大的前提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。,对能量的控制和转换,二 放大电路的组成,uS为信号源，RS为信号源内阻，RL为负 载，ui 和ii为放大电路的输入电压和输入电流、uo和io为放大电路的输出电压和输出电流。,三 放大电路的性能指标,将放大电路用有源四端网络表示,电压放大倍数（增益）,电流放大倍数（增益）,互阻放大

2、倍数（增益）,互导放大倍数（增益）,1、放大倍数,放大电路的交流输出量和交流输入量之比。,三 放大电路的性能指标,工程上常用分贝表示电压、电流、功率增益。,功率放大倍数（增益）,三 放大电路的性能指标,1、放大倍数,RiRS，此时为恒压输入,输入电阻Ri等于交流输入电压与交流输入电流的比值。即,2、输入电阻,三 放大电路的性能指标,RiRS，此时为恒流输入,Ri=RS，此时输入功率最大,输出电阻Ro为从放大器的输出端看进去的等效电阻。,3、输出电阻,三 放大电路的性能指标,首先，令us=0，即电压源短路（或Is=0 ，电流源开路）, 保留信号源内阻。,输出电阻的计算方法,三 放大电路的性能指标

3、,其次将负载RL去掉，在输出端加一个信号电压U，若输出端电流为I，则输出电阻为：,放大器对负载而言，就相当于负载的信号源。而放大器的输出电阻就相当于信号源的内阻。,三 放大电路的性能指标,4、通频带,通频带是衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。,三 放大电路的性能指标,三 放大电路的性能指标,3dB,高端半功率点,低端半功率点,3.2 三种基本组态放大电路,一 共发射极放大电路 二 共集电极放大电路 三 共基极放大电路 四 场效应管放大电路,RB1、RB2分压电阻， 保证VB恒定。,RE稳定电路。,CE保证RE不影响交流参数。,一 共发射极放大电路,3.2 三种基本组态放大电路,1 电路组成

4、,C1 C2隔直通交，为耦合电容,分压偏置放大电路,T,分压偏置放大电路稳定静态工作点的过程,一 共发射极放大电路,由于电路设计时，应保证,即RB1和RB2近似串联，则,2 直流分析,一 共发射极放大电路,输入电阻,电压放大倍数,一 共发射极放大电路,3 动态分析主要性能指标分析,思考：发射极旁路电容去掉后，电路的动态参数,输出电阻,输入电阻,电压放大倍数,一 共发射极放大电路,共射放大电路的特点,1、既能放大电压又能放大电流，常作为放大电路的中间级。 2、输入电阻居中，输出电阻较大 3、频带较窄。,二 共集组态基本放大电路,1 电路组成,简单判断三种组态的方法,2 直流分析,(2)交流分析,

5、中频电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,射极输出器的特点,1、不能放大电压信号 2、具有很大的输入电阻，因此可以从电压信号源获得更多的信号，常用在放大电路的输入级。 3、具有较小的输出电阻，因此带负载能力较强，常用在放大电路的输出级。 4、由于其输入电阻高，输出电阻低常用来连接 电路，起到缓冲作用。,5、共集电极放大电路也称电压跟随器。,三 共基组态基本放大电路,共基放大电路的特点,1、只能放大电压不能放大电流。 2、输入电阻较小，输出电阻和电压放大倍数和共射级放大电路相当。 3、频带较宽。,复合管,1、每只管子均工作在放大区。,2、将第一管子的集电极或发射极电流作为第二管子的基极电流。,复合管

6、的组成原则,1、提高电流放大系数。,2、提高输入电阻。,复合管的作用：,下面哪些接法可以构成复合管？标出它们的等效类型及管脚。,解,1、晶体管正常工作时的电流方向如图所示。,2、发现结点A只有流出的电流，没有流入的电流。,这种接法不能构成复合管。,例题,解,1、晶体管正常工作时的电流方向如图所示。,2、发现每个管子的电流的流向都很顺畅,3、该复合管等效于NPN管子。1对应基极、2对应集电极、3对应发射极。,解,1、晶体管正常工作时的电流方向如图所示。,2、发现第2管脚的电流不能确定。,3、第1管子正常放大时第二个管子的VE2VB2,第二管子截止。,解,1、晶体管正常工作时的电流方向如图所示。,

7、2、发现每个管子的电流的流向都很顺畅。,3、该复合管等效于PNP管子。1对应基极、3对应集电极、2对应发射极。,几个晶体管能构成复合管，则它的等效类型与第一个管子的类型相同。,总结,四 场效应管放大电路,场效应管是通过栅-源电压来控制漏极电流的器件。它的栅-源之间的电阻非常大，所以用场效应管的放大电路常做为高阻抗放大器的输入级。,场效应管放大电路按交流信号的输入端和输出端的连接方式分共源放大电路、共栅放大电路、共漏放大电路。,共源电路,1) 自给偏压放大电路,UG=UGS+IDQRS =0IDQ= IDSS1(UGSQ /UGS(off)2 UDSQ= UDDIDQ(RD+RS)可以解出UGS

8、Q、IDQ和UDSQ,静态分析,动态分析,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,微变等效电路,2) 分压式自偏压放大电路,(1)直流分析,直流通道,UG=VDDRG2/(RG1+RG2) UGSQ= UGUS= UGIDQRS IDQ= IDSS1(UGSQ/UGS(off)2 UDSQ= VDDIDQ(RD+RS) 于是可以解出UGSQ、IDQ和UDSQ,(2)交流分析,画出微变等效电路,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,2 共漏组态基本放大电路,直流通路,(1)直流分析 UG=UDDRg2/(Rg1+Rg2) UGS= UGUS= UGIDRID= IDSS1(UGS /UGS(off)2UD

9、S= UDDIDR 由此可以解出UGS、ID和UDS,(2)交流分析,画出微变等效电路,电压放大倍数,输入电阻,输出电阻,3.3 差分放大电路,一 工作原理,二 差分放大电路的输入、输出方式,三 差分放大电路的分析,两半电路完全对称， 有两个输入端，两个输出端,1)结构特点：,1 原理电路,2） 对零点漂移的抑制作用,T,UO=UC1 - UC2 =0,零点漂移:放大电路的输入端短路时，输出端还有缓慢变化的电压产生，即输出电压偏离原来的起点而上下漂动。温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，因而也称温度漂移，简称温漂。,3）对信号的作用,输入信号加在1端和2端 有两种输入

10、方式,差模信号输入：ui1=-ui2，即ui1和ui2为大小相等，相位相反的一对信号。,ui20,uod=uo1- uo2 0,差模电压放大倍数,差模电压放大倍数等于单管电压放大倍数， 说明用了两倍的电路并没有提高电压放大倍数,ui1=ui2，即ui1和ui2为大小相等，相位相同的一对信号。,ui20,ui10,uoc=uo1- uo2 =0,(2)对共模信号输入：,3）对信号的作用,共模电压放大倍数,对共模电压放大倍数抑制,4）共模抑制比,理想：KCMR,5）原理电路存在的问题,静态没有调零 每个管子的漂移没有被抑制,6) 典型的差动放大电路长尾电路,（1）增加元件的作用,调零电位器，使vi

11、=0时vo=0,共模反馈电阻，能区别对待共模和差模信号,提供RE上的直流压降，,对共模信号有很强的负反馈作用，对差模信号短路,二 差分放大电路的分析,1 差分放大电路的输入输出方式,2 差分放大电路静态计算,3 差分放大电路的差模动态计算,1） 差分放大电路的输入方式,若信号加到1端和2端之间，称为双端输入.,1 差分放大电路的输入输出方式,信号仅从一个输入端和地之间加入，另一端接地，称为单端输入。,2）差分放大电路的输出方式,仅从集电极C1或C2 对地输出，另一端开路， 称为单端输出。,从集电极C1和C2 输出，称为双端输出。,1 差分放大电路的输入输出方式,2 差分放大电路的静态计算,1）

12、双端输出时,T2管的静态工作点与T1管的相同,由IB的计算式可知，RE对一半差分电路而言，只有2RE 才能获得相同的电压降。,思考：接入负载后，静态工作点有无变化？,2)单端输出时,画半边电路的直流等效电路,3 长尾电路的差模动态计算,差分放大电路的差模工作状态分为四种:1. 双端输入、双端输出（双-双）2. 双端输入、单端输出（双-单）3. 单端输入、双端输出（单-双）4. 单端输入、单端输出（单-单）主要讨论的问题有：差模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻,a 双端输入双端输出,差模输入电阻,输出电阻,差模电压放大倍数,b 单端输入双端输出,单端输入信号可以转换为双端输入,ui1 = ui2

13、 = ui /2,单端输入双端输出与双端输入双端输出结果一样,差模输入电阻,差模电压放大倍数,输出电阻,半边电路的微变等效电路,差模信号输入时，RE上的交流信号抵消，虽然RE上没并联电容，但对交流信号仍短路。 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数。,c 双端输入单端输出,这种方式适用于将 差模信号转换为单 端输出的信号。,若从3端输出（反相输出）,若从4端输出（同相输出）,d 单端输入单端输出,单端输入单端输出与双端输入单端输出一样,输出电阻,差模电压放大倍数,差模输入电阻,1 RL对静态工作点有影响。 2 差模电压放大倍数=单管的电压放大倍数的一半。 3 Ad可正可负：若信号从3端输出，则1

14、端为反相输入端，2端为同相输入端。若信号从4端输出，则2端为反相输入端，1端为同相输入端。,例题4,已知Rc1=Rc2=2K、 Re=2 K、 Rb1=Rb2=1K、RL=4K、1=2=100、VCC=VEE=12V，rbe1=rbe2=1.1K ,VBE可忽略，求静态工作点，差模电压增益、差模输入电阻、输出电阻。,解,静态工作点,小信号模型,双端输出时对零点漂移抑制很强；单端输出时，只靠射极电阻RE来抑制零漂，两管零漂互相补偿的作用消失，故其零漂较大，共模电压放大倍数较大,共模信号输入,为更好的抑制共模信号，常采用恒流源 差分放大电路，恒流源的直流电阻很小，交 流电阻很大。,9.2.3 电流

15、源和具有电流源的差分放大电路,由图可得,UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2,由于 UBE1 UBE2 ，则,忽略基极电流，可得,两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，故称为比例电流源。,1、比例电流源,2. 镜像电流源(Current Mirror),基准电流：,由于 V1与 V2 参数基本相同，UBE1 = UBE2，则：,IB1 = IB2 = IB,所以,当满足 2 时，则,IC1 = IC2 = IC,3. 具有电流源的差分放大电路,简化电路图,总结：,二者比值为：,双端输出和单端输出时放大倍数的关系：,一 放大电路的工作状态 二 乙类双电源互补对

16、称功率放大电路 三 甲乙类互补对称功率放大电路 四 单电源互补对称功率放大电路,3.4 功率放大电路,多级放大电路的末级是功率放大电路，功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。该电路应达到的基本要求：,基本要求,1、为了获得尽可能大的输出功率，必须使输出信号电压和电流都要大；三极管工作在极限状态，要选用功率管，放大电路的输出电阻与负载匹配,概述,2、效率要高：放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命，放大电路的效率用表示，为： =POMAX/PE，其中POMAX为最大输出功率，等于输出电压和输出电流有效值的乘积，PE为电源提供的功率,