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1、第第10章基本放大电路章基本放大电路第第 10 章章 基本放大电路基本放大电路10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路第第 10 章基本放大电路章基本放大电路10.1共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成10.2共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析10.3静态工作点的稳定静态工作点的稳定10.4射极输出器射极输出器*10.5差分放大电路差分放大电路10.6互补对称放大电路互补对称放大电路*10.7场效晶体管及其放大电路场效晶体管及其放大电路10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.1共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成电路中各元件的作用：电路中
2、各元件的作用：C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB+ uBE iC+uCE T晶晶体体管管 T晶晶体体管管是是电电流流放放大大元元件件，在在集集电电极极电电路路获获得得放放大了的电流大了的电流 iC ，该电流受输入信号的控制。该电流受输入信号的控制。集电极电源电压集电极电源电压 UCC电电源源电电压压 UCC 除除为为输输出出信信号号提提供供能能量量外外，它它还还保保证证集集电电结结处处于于反反向向偏偏置置，以使晶体管具有放大作用。以使晶体管具有放大作用。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iB
3、+ uBE iC+uCE T 集集电电极极负负载载电电阻阻 RC将将 iC 的的变变化化变变换换为为 uC 的的变变化化，实实现现电压放大电压放大。偏偏置置电电阻阻 RB它它的的作作用用是是提提供供大大小小适适当当的的基基极极电电流流，以以使使放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。耦合电容耦合电容 C1 和和 C2 1起隔直作用起隔直作用；2起起交交流流耦耦合合的的作作用用，即即对对交交流流信信号号可可视视为短路。为短路。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.2共发射极放大电路的分析共发射极放大电路的分析10.2
4、.1静态分析静态分析10.2.1静态分析静态分析放放大大电电路路没没有有输输入入信信号号时时的的工工作作状状态态称称为为静静静静态态态态。静静态态分分析析是要确定放大电路的静态值是要确定放大电路的静态值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。1. 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流通路确定静态值RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE T 可可用用右右图图所所示示的的直直流流通通路路来来计计算静态值算静态值10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路RCRB+UCCIB+ UBE IC+UCE T硅硅管管的的 UBE 约约为为 0.6 V，比
5、比UCC 小得多小得多，可以忽略不计。可以忽略不计。 例例 1 在在共共发发射射极极基基本本交交流流放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ， 。试求。试求放大电路的静态值。放大电路的静态值。 解解 10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路2用图解法确定静态值用图解法确定静态值根据根据直线方程直线方程UCE = UCC RCIC可得出：可得出：IC = 0 时时， UCE = UCC 图解过程图解过程说明说明:在在晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线组组上上作作出出一一直直线线，它它称称为为直直流流负负载载线线，与与晶晶
6、体体管管的的某某条条( (由由 IB 确确定定) )输输出出特特性性曲曲线线的的交交点点 Q 称称为为放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点，由由它它确确定定放放大大电电路路的的电电压压和和电电流的静态值。流的静态值。基基极极电电流流 IB 的的大大小小不不同同，静静态态工工作作点点在在负负载载线线上上的的位位置置也也就就不不同同，改改变变 IB 的的大大小小，可可以以得得到到合合适适的的静静态态工工作作点点， IB称称为为偏偏置置电电流流，简简称称偏偏流流。通通常常是是改改变变 RB 的的阻阻值值来来调调整整 IB的大小。的大小。 10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路0IB
7、 = 0 A20A40 A60 A80 A123UCCRCN24681012UCCMQ直流负载线直流负载线图解过程图解过程: :IC / mAUCE /VQ1Q210基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路 例例 2 在在共共发发射射极极基基本本交交流流放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶晶体体管管的的输输出出特特性性曲曲线线如如上上图图。( (1) )作出直流负载线，作出直流负载线，( (2) )求静态值。求静态值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 时，时， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE
8、= 0 时，时， 可作出直流负载线可作出直流负载线( (2) )由由得出静态工作点得出静态工作点 Q，静态值为，静态值为IB = 40 AIC = 1.5 mAUCE = 6 V10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路0IB = 0 A20A40 A60 A80 A1231.524681012MQ静态工作点静态工作点求得静态值为：求得静态值为：IB = 40 A ，IC = 1.5 mA，UCE = 6 VIC / mAUCE /VN10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.2.2动态分析动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。放大电路有输入信号时的工作状态
9、称为动态。动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况动态分析是在静态值确定后，分析信号的传输情况。确定放大电路的确定放大电路的电压放大倍数电压放大倍数 Au ；输入电阻输入电阻 ri ； 输入电阻输入电阻 ro 。动态分析的两种基本分析方法：动态分析的两种基本分析方法：微变等效电路法微变等效电路法和和图解法图解法。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路1微变等效电路法微变等效电路法晶体管在小信号晶体管在小信号( (微变量微变量) )情况下工作时情况下工作时，可可以以在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内用用直直线线段段近近似似地地代替晶体管的特性曲线代替晶体管的特
10、性曲线， 晶体管就可以等效为一个线性元件。晶体管就可以等效为一个线性元件。这这样样就就可可以以将将非非线线性性元元件件晶晶体体管管所所组组成成的的放放大大电电路路等效为一个线性电路。等效为一个线性电路。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (1) )晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 IB UBE在在晶晶体体管管的的输输入入特特性性曲曲线线上上，将将工工作作点点 Q 附附近近的的工工作作段段近近似似地地看看成成直直线线，当当 UCE 为为常常数数时时， UBE 与与 IB 之比之比称称为为晶晶体体管管的的输输入入电电阻阻，在在小小信信号号的的条条件件下下，rbe 是是一
11、一常常数数，由由它它确确定定 ube 和和 ib 之之间间的的关关系系。因因此此，晶晶体体管管的的输入电路可用输入电路可用 rbe 等效代替。等效代替。OIB UBE UCEIB Q10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算Rbe 是对交流而言的一个是对交流而言的一个 动态动态 电阻。电阻。动态动态10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路 IB ICQIC UCE ICUCE晶晶体体管管输输出出特特性性曲曲线线是是一一组组近近似似等等距距离离的的平平行行直直线线，当当 UCE 为常数时，为常数时，
12、 IC 与与 IB 之比为之比为 。 即即为为晶晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数，在在小小信信号号的的条条件件下下， 是是一一常常数数，由由它它确确定定 ic 受受 ib 的的控控制制关系。关系。因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源因此，晶体管的输出电路可用一受控电流源 ic = ib 等效代替。等效代替。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路UCE IC UCEQIC IBICUCE晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行。在在小小信信号号的的条条件件下下，rce 也也是是一一常常数数，在在等等效效电电路路中中与与 ib 并并联联，由由
13、于于 rce的的阻阻值值很很高高，可可以以将将其其看看成成开路开路。当当 IB 为常数时，为常数时， UCE 与与 IC 之比之比称为晶体管的称为晶体管的输出输出电阻。电阻。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路由以上分析可得出晶体管的由以上分析可得出晶体管的简化简化微变微变等效电路等效电路。CBE+ube +uce icibTib ibBECicrbe +uce +ube 10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (2) )放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路对对交交流流( (动动态态) )分分量量而而言言，电电容容、直直流流电电源源也可以认为是短路。也可
14、以认为是短路。 C1RS+ui RCRB+UCCC2RL+es +uo +iBiCT基本放大电路基本放大电路可可画出放大电路的画出放大电路的交流交流通路通路。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路+ube TRCiiibicRLRSRBEBC+ui +es +uo +uce 将将交交流流通通路路中中的的晶晶体体管管用用其其微微变变等等效效电电路路来来代代替替，即即得得到放大电路的微变等效电路。到放大电路的微变等效电路。交流通路交流通路10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路rbe EBCRCRLRBRSiiib+ui +es +uo ui = ubeuo = ucei
15、c ib基本放大器的微变等效电路基本放大器的微变等效电路10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。( (3) )电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算rbe EBCRCRLRBRS+ + + 由上图可列出由上图可列出式中式中10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路故放大电路的电压放大倍数故放大电路的电压放大倍数当放大电路输出端开路当放大电路输出端开路( (未接未接 RL ) )时时可见可见， 接入接入 RL，电压放大倍数，电压放大倍数降降低。低。 例例 3 在在共发射极基本交
16、流放大电路中共发射极基本交流放大电路中，已知已知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，。试求电压放大倍数，。试求电压放大倍数 Au。 解解 在例在例 10.2.1 中已求出中已求出10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路所以所以( (4) )放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算放放大大电电路路对对信信号号源源( (或或对对前前级级放放大大电电路路) )来来说说，是是一一个个负负载载，可可用用一一个个电电阻阻来来等等效效代代替替。这这个个电电阻阻是是信信号号源源的的负负载载电电阻阻，也也就是放大电路的输入电阻就是放大电路的输入电阻 ri ，即，即
17、它是对交流信号而言的一个它是对交流信号而言的一个动态动态电阻。电阻。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路如如果果放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻较较小小：第第一一，将将从从信信号号源源取取用用较较大大的的电电流流，从从而而增增加加信信号号源源的的负负担担；第第二二，经经过过内内阻阻 Rs 和和 ri 的的分分压压，使使实实际际加加到到放放大大电电路路的的输输入入电电压压 ui 减减小小，从从而而减减小小输输出出电电压压；第第三三，后后级级放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻，就就是是前前级级放放大大电电路路的的负负载载电电阻阻，从从而而将将会会降降低低前前级级放放大大电电路
18、路电电压压放放大大倍倍数数。因因此此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些通常希望放大电路的输入电阻能高一些。以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为共共发发射射极极基基本本放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻基基本本上上等等于于晶晶体体管管的的输输入电阻，是不高的。入电阻，是不高的。注意：注意： ri 与与 rbe 意义不同不能混淆。意义不同不能混淆。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (5) )放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算放大电路对放大电路对负载负载( (或对后级放大电路或对后级放大电路) )来说来说，是一个信号源，
19、是一个信号源。其内阻即为放大电路的输出电阻其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电阻。，它也是一个动态电阻。 如果放大电路的输出电阻较大如果放大电路的输出电阻较大( (相当于信号源的内阻较大相当于信号源的内阻较大) )。当当负负载载变变化化时时，输输出出电电压压的的变变化化较较大大，也也就就是是放放大大电电路路带带负载的能力较差。负载的能力较差。因此，因此，通常希望放大电路输出级的输出电阻通常希望放大电路输出级的输出电阻小小一些一些。放放大大电电路路的的输输出出电电阻阻可可在在信信号号源源短短路路和和输输出出端端开开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，当路的条件下求得
20、。从基本放大电路的微变等效电路看，当，电流源相当于开路，故，电流源相当于开路，故RC 一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路*2图解法图解法首首先先在在输输入入特特性性上上作作图图，由由输输入入信信号号 ui 确确定定基基极极电电流流的的变变化化量量 ib ，再再在在输输出出特特性性上上作作图图，得得到到交交流流分分量量 ic 和和uce 即即( (uo) )。由图解分析可得出由图解分析可得出：( (1) ) 交流信号的传输情况交流信号的传输情况：10基本放大电路第第10章基本
21、放大电路章基本放大电路0uBE/VQ1QQ2604020006040200.580.60.62UBEttiB / A在输入特性上作图在输入特性上作图(ui )uBE/ViB / AIB(ib)10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路0IB = 40 A2060803Q1. 5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75IC39369交流负载线交流负载线接负载后，接负载后，Uom减小减小，Au下降。下降。 tQ1空载输出电压空载输出电压iC / mAuCE/VuCE/ViC / mA(ic)UCEuo = uce直直流负载线流负载线10基本放大电路第第10章基本放大电
22、路章基本放大电路( (2) )电压和电流都含有直流分量和交流分量电压和电流都含有直流分量和交流分量，即即( (3) ) 输入信号电压输入信号电压 ui 和输出电压和输出电压 uo 相位相反。相位相反。( (4) )失真现象失真现象失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。失真是指输出信号的波形不像输入信号的波形。原因：原因：1静态工作点不合适：静态工作点不合适：Q 点过低点过低，截止失真；截止失真；Q 点过高点过高，饱和失真。饱和失真。2信号太大，信号太大，超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。超出了特性曲线上的线性范围。称为非线性失真。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电
23、路10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.3静态工作点的稳定静态工作点的稳定由由于于某某种种原原因因，例例如如温温度度的的变变化化，将将使使集集电电极极电电流流的的静静态态值值 IC 发发生生变变化化，从从而而影影响响静静态态工工作作点点的的稳稳定定。上上一一节节所所讨讨论论的的基本放大电路偏置电流基本放大电路偏置电流当当 RB 一一经经选选定定后后，IB 也也就就固固定定不不变变，称称为为固固定定偏偏置置放放大大电电路，它不能稳定路，它不能稳定 Q 点。点。 +UCCRCC1C2TRLRE+CE+RB1RB2RS+ui +es +uo iBiC+uCE + uBE 分压式偏
24、置放大电路分压式偏置放大电路 放放大大电电路路不不仅仅要要有有合合适适的的静静态态工工作作点点 Q，而而且且要要保保持持 Q 点点的稳定的稳定。为为此此，常常采采用用分分压压式偏置放大电路。式偏置放大电路。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路+UCCRCTRERB1RB2IBIC+UCE + UBE I1I2IE直流通路直流通路由直流通路可列出由直流通路可列出若使若使则则基极电位基极电位可可认认为为 VB 与与晶晶体体管管的的参参数数无无关关，不不受受温温度度影影响响，而而仅仅为为 RB1 和和 RB2 的分压电路所固定的分压电路所固定。 若使若使VB UBE则则10基本放大电
25、路第第10章基本放大电路章基本放大电路因因此此，只只要要满满足足 I2 IB 和和 VB UBE 两两个个条条件件， VB 和和 IE或或 IC 就就与与晶晶体体管管的的参参数数几几乎乎无无关关，不不受受温温度度变变化化的的影影响响，使使静静态态工工作作点点能能得得以以基基本本稳稳定定。对对硅硅管管而而言言，在在估估算算时时一一般般可可取取 I2 = (5 10) IB 和和 VB = (5 10)UBE 。这这种种电电路路稳稳定定工工作作点点的的实实质质是是：当当温温度度升升高高引引起起 IC 增增大大时时，发发射射极极电电阻阻 RE 上上的的电电压压降降增增大大，使使 UBE 减减小小，从
26、从而而使使 IB 减小，以限制减小，以限制 IC 的增大的增大，工作点得以稳定。工作点得以稳定。电电容容 CE 的的作作用用是是使使交交流流旁旁路路，防防止止 RE 上上产产生生交交流流电电压压降降降低电压放大倍数，降低电压放大倍数，CE 称为交流旁路电容。称为交流旁路电容。 例例 1 在在分分压压式式偏偏置置放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12V，RC = 2 k ，RE = 2 k ，RB1 = 20 k ，RB2 = 10 k ，RL= 6 k ，晶晶体体管管的的。( (1) )试试求求静静态态值值；( (2) )画画出出微微变变等等效效电电路路；( (3) )计算该电路的计
27、算该电路的 Au， ri 和和 ro 。 解解 ( (1) )10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (2) )rbe EBCRCRLRB2RS+ + + RB110基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (3) )10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.4射极输出器射极输出器10.4.1静态分析静态分析射射极极输输出出器器是是从从发发射射极极输输出出。在在接接法法上上是是一一个个共共集集电电极极电电路。路。10.4.1静态分析静态分析RERB+UCCIB+ UBE +UCE TICIE直流通路直流通路C1RS+ui RERB+UCCC2RL+es
28、 +uo +iB+ uBE iE+uCE T射极输出器射极输出器用直流通路确定静态值用直流通路确定静态值10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.4.2动态分析动态分析rbe EBRERLRBRS+ + + C由射极输出器的微变等效电路可得出由射极输出器的微变等效电路可得出1电压放大倍数电压放大倍数10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路2输入电阻输入电阻射极输出器的输入电阻很高。射极输出器的输入电阻很高。3输出电阻输出电阻rbe EBRERBRS+ 计算计算 ro 的等效电路的等效电路C右右图图中中将将信信号号源源短短路路，保保留留其其内内阻阻 RS ， RS 与
29、与 RB 并并联联后后的的等等效效电电阻阻为为 R S 。在在输输出出端端将将 RL 取取去去，外外加加一一交交流流电电压压，产产生生电电流流。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路例如，例如， = 40，rbe= 0.8 k ，RS = 50 ， RB = 120 k ，由此得由此得10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路可见射极输出器的输出电阻是很低的。可见射极输出器的输出电阻是很低的。射射极极输输出出器器的的主主要要特特点点是是：电电压压放放大大倍倍数数接接近近 1；输输入入电电阻阻高高；输输出出电电阻阻低低。因因此此，它它常常被被用用作作多多级级放放大大电电路
30、路的的输输入入级级或输出级。或输出级。 例例 1 用用射射极极输输出出器器和和分分压压式式偏偏置置放放大大电电路路组组成成两两级级放放大大电电路路，如如下下图图所所示示。已已知知：UCC = 12V， 1 = 60，RB1 = 200 k ，RE1= 2 k ，RS = 100 。后后级级的的数数据据同同例例10.3.1，即即 RC2 = 2 k ， RE2 = 2 k ，R B1 = 20 k ，R B2 = 10 k ， RL = 6 k ， 2 = 37.5，试试求求：( (1) )前前后后级级放放大大电电路路的的静静态态值值；( (2) )放放大大电电路路的的输输入入电电阻阻 ri 和
31、和输输出出电电阻阻 ro ；( (3) )各各级级电电压压放放大大倍倍数数 Au1，Au2 及两级电压放大倍数及两级电压放大倍数 Au。 解解 由由于于电电容容有有隔隔直直作作用用，各各级级放放大大电电路路的的静静态态值值可可以以单单独独考考虑虑。同同时时耦耦合合电电容容上上的的交交流流电电压压降降可可以以忽忽略略不不计计，使使前前级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。级输出信号电压差不多无损失地传送到后级输入端。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路C1RSRE1RB1C2+es +T1+UCCRC2C3T2RLRE2+CE2+R B1R B2( (1) ) 前级前级静
32、态值静态值为为10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路后级后级静态值静态值同例同例 10.3.1，即，即( (2) ) 放大电路放大电路的的输入输入、输出、输出电阻电阻为为前前级级的的负负载载电电阻阻，其其中中 ri2 为为后后级级的的输输入入电电阻阻，已已在在例例10.3.1 中求得，中求得，ri2 = 0.79 k ，于是，于是10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路输出电阻输出电阻( (3) )计算电压放大倍数计算电压放大倍数前级前级后级后级( (见例见例10.3.1) )Au2 = 71.2两级电压放大倍数两级电压放大倍数Au = Au1 Au2 = 0.98
33、( 71.2) = 69.810基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路*10.5差分放大电路差分放大电路10.5.1静态分析静态分析T1T2RCRB+UCC+ui1 iBiCRCRB+ui2 iBiCRPREEEiEiE+ uO 差差分分放放大大电电路路用用两两个个晶晶体体管管组组成成，电电路路结结构构对对称称，在在理理想想情情况况下下，两两管管的的特特性性及及对对应应电电阻阻元元件件的的参参数数值值都都相相同同，因因此，两管的静态工作点也必然相同。此，两管的静态工作点也必然相同。10.5.1静态分析静态分析在静态时，在静态时，ui1= ui2 =0，则则IC1 = IC2 ， VC
34、1 = VC2 ，故输出电压故输出电压 uO = VC1 VC2 = 0 差差分分放放大大电电路路的的优优点点是是具具有有抑抑制制零零点点漂移的能力。漂移的能力。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路什么是零点漂移？什么是零点漂移？一一个个理理想想的的放放大大电电路路，当当输输入入信信号号为为零零时时，其其输输出出电电压压应应保保持持不不变变( (不不一一定定是是零零) )。但但实实际际上上，主主要要由由于于环环境境温温度度的的变变化化，输输出出电电压压并并不不保保持持恒恒定定，而而在在缓缓慢慢地地、无无规规则则地地变变化化着着，这这种种现象称为现象称为零点漂移零点漂移( (或称
35、温漂或称温漂) )，它影响放大电路的工作。，它影响放大电路的工作。对对差差分分放放大大电电路路，由由于于电电路路的的对对称称性性，当当温温度度变变化化时时，两两边的变化量相等，即边的变化量相等，即 IC1= IC2 ， VC1 = VC2 虽虽然然每每个个管管子子都都产产生生了了零零点点漂漂移移，但但是是，由由于于两两集集电电极极电电位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即位的变化是互相抵消的，所以输出电压依然为零，即 uO = VC1 + VC1 (VC2 + VC2 ) = VC1 VC2 = 0 零点漂移完全被抑制了。零点漂移完全被抑制了。电电位位器器 RP 起起调调零零作作用用，
36、因因为为电电路路不不可可能能完完全全对对称称，静静态态时时输出电压不一定等于零，可通过调节输出电压不一定等于零，可通过调节RP使静态输出电压为零。使静态输出电压为零。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路在在静静态态时时，设设 IB1= IB2 = IB， IC1= IC2 = IC，忽忽略略阻阻值值很很小小的的 RP 可列出可列出 上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流上式中前两项较第三项小得多，可略去，则每管的集电极电流发射极电位发射极电位 VE 0。每管的基极电流每管的基极电流每管的集每管的集 - 射极电压射极电压 接接入入 RE 是是为为了了稳稳定定和和获
37、获得得合合适适的的静静态态工工作作点点，负负电电源源 EE 用来抵偿用来抵偿 RE 上的直流压降。上的直流压降。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.5.2动态分析动态分析1共模输入共模输入两个输入信号电压的大小相等，极性相同，两个输入信号电压的大小相等，极性相同，即即ui1= ui2 ，这样的输入称为这样的输入称为共模输入共模输入。在在共共模模输输入入信信号号的的作作用用下下，若若电电路路完完全全对对称称时时，两两管管集集电电极极电电位位的的变变化化相相同同，因因而而，输输出出电电压压等等于于零零，所所以以对对共共模模信信号号没没有有放大能力，亦即放大倍数为零。放大能力，
38、亦即放大倍数为零。2差模输入差模输入两个输入信号电压的大小相等，而极性相反，两个输入信号电压的大小相等，而极性相反，即即ui1 = ui2 ，这样的输入称为，这样的输入称为差模输入差模输入。设设ui1 0，ui2 0， IC2 0， VC1 0 。故。故uO = VC1 VC2可可见见，在在差差模模输输入入时时，输输出出电电压压为为两两管管各各自自输输出出电电压压变变化化量的量的两倍两倍。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路T1RCibic+ui1 +uo1 RB单管差模信号通路单管差模信号通路由由于于差差模模信信号号使使两两管管的的集集电电极极电电流流一一增增一一减减，其其变
39、变化化量量相相等等，通通过过 RE 的的电电流流近近于于不不变变， RE 上上没没有有差差模模信信号号压压降降，故故 RE 对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。对差模信号不起作用，可得出下图所示的单管差模信号通路。单管差模电压放大倍数单管差模电压放大倍数同理可得同理可得双端输出电压为双端输出电压为10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路双端输入双端输入 - 双端输出差分电路的差模电压放大倍数为双端输出差分电路的差模电压放大倍数为当在两管的集电极之间接入负载电阻时，当在两管的集电极之间接入负载电阻时，式中式中两输入端之间的差模输入电阻为两输入端之间的差模输入电阻为两
40、集电极之间的差模输出电阻为两集电极之间的差模输出电阻为10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路 例例 1 在在前前图图所所示示的的差差分分放放大大电电路路中中，已已知知 UCC = 12 V， EE = 12 V， = 50，RC = 10 k ，RE = 10 k ，RB = 20 k ， RP = 100 ，并并在在输输出出端端接接负负载载电电阻阻 RL = 20 k ，试试求求电电路路的的静静态态值和差模电压放大倍数值和差模电压放大倍数。 解解 式中式中10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路3比较输入比较输入两两个个输输入入信信号号电电压压既既非非共共模模，又又
41、非非差差模模，它它们们的的大大小小和和相相对对极极性性是是任任意意的的，这这种种输输入入常常作作为为比比较较放放大大来来运运用用。差差值值电电压压(ui1 ui2 ) 经放大后经放大后，输出电压为输出电压为uO = Au(ui1 ui2)为了便于分析为了便于分析，可将这种信号分解为共模分量和差模分量可将这种信号分解为共模分量和差模分量，例如例如uI1 = 10 mV = 2 mV + 8 mVuI2 = 6 mV = 2 mV 8 mV其中，其中， 2 mV 是共模分量，是共模分量，8 mV 和和( ( 8 mV) )是差模分量。是差模分量。为为了了全全面面衡衡量量差差分分放放大大电电路路放放
42、大大差差模模信信号号和和抑抑制制共共模模信信号号的能力，通常引用的能力，通常引用共模抑制比共模抑制比 KCMRR 来表征来表征其值越大越好。其值越大越好。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.6互补对称放大电路互补对称放大电路10.6.1对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求10.6.1对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求在在多多级级放放大大电电路路的的末末级级或或末末前前级级是是功功率率放放大大级级对对功功率率放放大大电路的基本要求是：电路的基本要求是： ( (1) )在在不不失失真真的的情情况况下下能能输出尽可能大的功率。输出尽可能大的功率。( (
43、2) )效率要高。效率要高。放大电路放大电路有三种工作状态。有三种工作状态。( (1) ) 甲类工作状态甲类工作状态tiCQOOiCuCE甲类工作状态甲类工作状态静静态态工工作作点点 Q 大大致致在在负负载载线线的的中中点点。这这种种工工作作状状态态下下，放大电路的最高效率为放大电路的最高效率为 50%。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路( (2) ) 甲乙类工作状态甲乙类工作状态tiCQOOiCuCE甲乙类工作状态甲乙类工作状态静静态态工工作作点点 Q 沿沿负负载载线线下下移移，静静态态管管耗耗减减小小，但但产产生了失真。生了失真。( (3) )乙类工作状态乙类工作状态ti
44、CQOOiCuCE乙类工作状态乙类工作状态静静态态工工作作点点下下移移到到 IC 0 处处，管管耗耗更更小小，但但输输出出波波形只剩半波了。形只剩半波了。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路10.6.2互补对称放大电路互补对称放大电路1无输出变压器无输出变压器( (OTL) )的互补对称放大电路的互补对称放大电路OtuiR1iC2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+ui +uo OtuoiC1OTL电路电路图中两个晶体管图中两个晶体管 T1( (NPN 型型) )和和 T2( (PNP 型型) )的的特特性性基基本本相同。相同。静静态态时时，调调节节 R3，使
45、使 A 点点的的电电位位为。为。 输输出出耦耦合合电电容容 CL 上上的电压也的电压也为。为。R1 和和 D1 、D2 上上的的压压降降使使两两管管获获得得合合适适的的偏偏压压，工作在甲乙类状态。工作在甲乙类状态。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路iC2RL+UCCCL+OtuiiC1R1R3R2D1D2B1B2T1T2AC+ui OTL电路电路+uo 在在 ui 的的正正半半周周，T1 导导通通，T2 截截止止，电电流流 iC1 自自上上而而下下流流过过负负载载 RL ；在在 ui 的的负负半半周周，T1 截截止止， T2 导导通通，电电流流 iC2 自自下下而而上上流流过
46、负载过负载 RL ； 在在 ui 的的一一个个周周期期内内，电电流流 iC1 和和 iC2 以以正正反反方方向向交交替替流流过过负负载载 RL，在在 RL 上上合合成成而而得得出出一一个个交交流流输输出出信号电压信号电压 uo。 Otuo电电流流是是靠靠电电容容 CL 放放电电形形成成的的，为为了了使使输输出出波波形形对对称称，CL 的容量必须足够大。的容量必须足够大。这这种种功功率率放放大大电电路路在在理理想情况下的效率为想情况下的效率为 78.5%。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路2无输出电容无输出电容( (OCL) )的互补对称放大电路的互补对称放大电路R1RLR3R
47、2D1D2T1T2+UCCAC+ui +uo UCCOCL电路电路OCL 电电路路需需用用正正负负两两路路电电源源。其其工工作作原原理理与与 OTL 电路基本相同。电路基本相同。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路*10.7场效晶体管及其放大电路场效晶体管及其放大电路10.7.1绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管10.7.1绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管SiO2绝缘层绝缘层源极源极 S栅极栅极 G漏极漏极 D P 型硅衬底型硅衬底N+N+N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管沟道增强型绝缘栅场效晶体管结构示意图结构示意图DSG符号符号再再在在两两个个 N+ 型型区区之之间间的的二二氧氧
48、化化硅硅绝绝缘缘层层的的表表面面及及两两个个 N+ 型型区区的的表表面面分分别别安安置置三三个个电电极极：栅栅极极G、源极、源极 D 和漏极和漏极 D。并并在在表表面面生生成成一一层层薄薄薄薄的的二氧化硅绝缘层。二氧化硅绝缘层。由由于于柵柵极极电电流流几几乎乎为为零零，栅栅源源电阻电阻 RGS 很高，最高可达很高，最高可达 1014 。构构成成：用用一一块块杂杂质质浓浓度度较较低低的的 P 型型薄薄硅硅片片作作为为衬衬底底，其其上上扩扩散散两两个个相相距距很近的高掺杂很近的高掺杂 N+ 型区。型区。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层
49、ID = 0UGSN+N+UDS当当栅栅 - 源源电电压压 UGS = 0 时时，D 与与 S之之间间是是两两个个 PN 结结反反向向串串联联，无无论论 D 与与 S 之之间间加加什什么么极极性性的的电电压压，总总有有一一个个 PN 结结是是反反向偏置的，漏极电流向偏置的，漏极电流 ID 均接近于零。均接近于零。当当在在柵柵极极和和源源极极之之间间加加正正向向电电压压但但数数值值较较小小时时( (0 UGS UGS(th) )，在在栅栅极极下下 P 型型半半导导体体表表面面形形成成 N 型型层层，通通常常称称它它为为反反型型层层。这这就就是是沟沟通通源源区区和和漏漏区区的的 N 型型导导电电沟
50、沟道道( (与与 P 型型衬衬底底间间被被耗耗尽尽层层绝绝缘缘) )。UGS 正正值值越高，导电沟道越宽。越高，导电沟道越宽。P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。耗尽层耗尽层N 型导电沟道型导电沟道N+N+ UGS +EG10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路形形成成导导电电沟沟道道后后，在在漏漏-源源电电压压 UDS 的的作作用用下下，将将产产生生漏漏极极电电流流 ID ，管管子子导通。导通。在在一一定定的的漏漏 - - 源源电电压压 UDS 下下，使使管管子子由由不不导导通通变变为为导导通通的的临临界界栅栅 - - 源源电电压压称称为为开开启启电电压压，用用 UGS(th)表表示
51、。示。只只有有当当 UGS UGS(th) 后后， ID 才才随随栅栅 - - 源源电电压压的的变变化化而而变变化化，这这就就是是 N 沟沟道道增增强强型型绝绝缘缘栅栅场场效效晶晶体体管管的的栅极控制作用。栅极控制作用。P型硅衬底型硅衬底N+BSGD。UDSIDN+UGSN+N沟道沟道N 沟道增强型绝缘栅沟道增强型绝缘栅场效晶体管的导通场效晶体管的导通10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路N 沟道增强型绝缘栅场效晶体管的特性曲线沟道增强型绝缘栅场效晶体管的特性曲线( (1) )转移特性转移特性栅栅 - 源电压对漏极电源电压对漏极电流的控制特性流的控制特性( (2) )输出特性输出
52、特性ID /mAOUDS / VUGS = 1V2V4V3VN 沟道增强型沟道增强型管的输出特性管的输出特性曲线曲线ID /mAOUGS / V无沟道无沟道有沟道有沟道UGS(th)UDS = 常数常数N 沟道增强型沟道增强型管的转移特性管的转移特性曲线曲线10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路P 沟道增强型绝缘栅场效晶体管沟道增强型绝缘栅场效晶体管SiO2 绝缘层绝缘层结构示意图结构示意图N 型硅衬底型硅衬底源极源极 S栅极栅极 G漏极漏极 D P+P+其其工工作作原原理理与与 N 沟沟道道管管相相似似，接接线线时时应应调调换换电电源源的的极极性性，电电流流方方向向也也相相反。
53、反。跨跨导导是是表表示示场场效效晶晶体体管管放放大大能能力力的的参参数数，它它是是当当漏漏 - 源源电电压压 UDS 为为常常数数时时，漏漏极极电电流流的的增增量量 ID 与与引引起起这这一一变变化化的的栅栅源源电电压压的的增增量量 UGS 的的比比值值，即即DSG符号符号漏漏 - 源源击击穿穿电电压压 UDS (BR) 、栅栅 - 源源击击穿穿电电压压 UGS (BR) 以以及及漏漏极极最最大大耗耗散散功功率率 PDM 是是管管子子的的极限参数，使用时不可超过。极限参数，使用时不可超过。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路*10.7.2场效晶体管放大电路场效晶体管放大电路下图
54、是下图是 场效晶体管的分压式偏置共源极放大电路场效晶体管的分压式偏置共源极放大电路C1+UDD+SGDRDRG1RGRG2TRSRLCSC2+ui +uo 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路静静态态时时，电电阻阻 RG 中中无无电电流，栅流，栅 - - 源电压为源电压为式中，式中，VG 为栅极电位。为栅极电位。当当有有输输入入信信号号时时，由由交流通路可得输出电压为交流通路可得输出电压为10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路SGDRDRG1RGRG2TRL分压式偏置放大电路的分压式偏置放大电路的交流通路交流通路+ + 电压放大倍数为电压放大倍数为式式中中，的的负负号号表表示示输
55、输出出电压和输入电压反向。电压和输入电压反向。放大电路的输入电阻为放大电路的输入电阻为放大电路的输出电阻为放大电路的输出电阻为ro RD 。10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路 例例 1 在在分分压压式式偏偏置置共共源源极极放放大大电电路路中中，已已知知 UDD = 20 V，RD = 5 k ，RS = 1.5 k ，RG1 = 100 k ，RG2 = 47 k ，RG = 2 M ，RL = 10 k ，gm = 2 mA/V，ID = 1.5 mA。试试求：求：( (1) )静态值；静态值；( (2) )电压放大倍数。电压放大倍数。 解解 ( (1) )静态值静态值( (2) )电压放大倍数电压放大倍数10基本放大电路第第10章基本放大电路章基本放大电路下下图图是是由由场场效效晶晶体体管管构构成成的的源源极极输输出出器器，它它和和晶晶体体管管的的射射极极输输出出器器一一样样，具具有有电电压压放放大大倍倍数数小小于于但但近近于于 1 1，输输入入电电阻阻高高输出电阻低等特点。输出电阻低等特点。C1+UDDRG1RGRG2TRSC2+ui +uo 源极输出器源极输出器10基本放大电路
