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1、 第四章第四章 放大电路基础放大电路基础概论概论放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大成较大放大成较大的信号。的信号。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：如图：XiXoAu扩音机是怎样工作的扩音机是怎样工作的直流供电电源前置放大器功率放大器放大的概念放大的概念放大器的分类直流放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器信号的特征宽带放大器谐振放大器信号的大小小信号放大器大信号放大器（功率放大器）放大的概念放大的概念讨论放大器必须解决的问题1、设置合适静态工作点偏置电路2、输入信号、输
2、出负载、放大器三者之间的连接方式耦合方式偏置电路的要求：1、提供放大器所需要的工作点。2、工作点在外部条件变化时保持不变。iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号ib图解法：合适的偏置电路图解法：合适的偏置电路Q点合适时iCuCEQ点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形图解法：不合适的偏置电路图解法：不合适的偏置电路iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ib图解法图解法：不合适的偏置电路：不合适的偏置电路静态工作点的稳定性静态工作点的稳定性为
3、了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UBE、 和和ICEO 决定，这三个参数随温度而变决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE ICEOQiBuBE25C50CTUBEIBIC温度对的静态工作点的影响温度对的静态工作点的影响一、温度对一、温度对UBE的影响的影响T
4、其效应是使输出特性向左移载流子的运动加剧对相同的IB：UBE（-2mv/）Q点上移二、温度对二、温度对ICBO的影响的影响TICBOICQiCuCEQQ温度上升时，温度上升时，输出特性曲线输出特性曲线上移，造成上移，造成Q点点上移。上移。温度对的静态工作点的影响温度对的静态工作点的影响ICBO是基区和集电区的少子形成的温度每升高10，ICBO大约增大1倍。ICBO（T）=ICBO（T0）2又：ICEO=（1+）ICBOTICEOICBO硅IB即Rb1，Rb2较小。2、基本特点利用Rb1和Rb2组成的分压器固定基极电位使I2IBUB=I2Rb2=I1I2UEICIEIBUB分压式偏置电路：分压式
5、偏置电路：Q点稳定的电路点稳定的电路Rb1+ECRCRb2CEReRLuiuo利用Re将IE的变化转化为电压的变化。（UE=IERe）则：UBE=UB-UEUE=UB-UBE2、基本特点3、稳定过程TUBEIBICUEIE=IC+IBICIEReIEUBE=UB-UE本电路稳压的过程实际是由于加了本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了形成了负反馈负反馈过程过程I1I2UEICIEIBUB分压式偏置电路：分压式偏置电路：Q点稳定的电路点稳定的电路Rb1+ECRCRb2CEReRLuiuo4、讨论（1）条件：I2IBUBUBEI1I2UEICIEIBUBEC=常数，Rb1，Rb2要小，但Rb1，
6、Rb2不能太小。UB不能太大：UBUEUCE放大器的动态范围变窄一般要求：I2（510）IBUB（510）UBE（2）CE的作用：使ui几乎不受损失地加到be之间此外和Re配合，保持发射极一定的直流电位（I）使电流耗电增大；（II）Rb1,Rb2的分流使输入电阻变小I1I2IBRb1+ECRCTRb2Re分压式偏置电路：分压式偏置电路：Q点稳定的电路点稳定的电路5、Q点的计算Rb1+ECRCRb2CEReRLuiuoI1I2UEICIEIBUB分压式偏置电路：分压式偏置电路：Q点稳定的电路点稳定的电路6、加热敏电阻以保证Q点更稳定。TRt负温度系数Rb1+ECRCRb2CEReRLuiuoTR
7、tUBIBICIC耦合方式耦合方式音响源多级放大器扬声器实际的放大系统的组成1、换能器与放大器之间的连接。2、放大器与放大器之间的连接。3、放大器与输出负载之间的连接。连接形式：换能器与放大器之间的连接的要求：1、将换能器的信号（电压、电流或功率）有效地加到放大器。2、不改变（不影响）放大器的工作点2、耦合方式：、耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。级与级之间的耦合方式级与级之间的耦合方式3、多级放大电路对耦合电路要求：、多级放大电路对耦合电路要求：（1）它的加入应尽量不影响前、后级间的静态工作点；（2）把前一级的信号尽可能多地传到后一级；（3）失真小。第一级第一级放大电路放大
8、电路输输入入输输出出第二级第二级放大电路放大电路第第n 级级放大电路放大电路1、多级放大器所考虑的问题多级放大器所考虑的问题（1）级间耦合；即信号的传送。（2）估算整个放大器的放大倍数；（3）频率响应。耦合方式耦合方式一、阻容耦合一、阻容耦合利用电阻和电容将前一级和后一级联接起来。优点：各级直流通道相互独立、互不影响；只要耦合电容足够大，则信号能够顺利地加到后一级。缺点：不适合传送缓慢变化的信号；不适用于线性集成电路。典型电路典型电路前级前级后级后级+UCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2级与级之间阻容耦合方
9、式级与级之间阻容耦合方式耦合方式耦合方式二、直接耦合二、直接耦合1、直接耦合是将前一级的输出端直接（或经过电阻）接到下一级的输入端。2、直接耦合所带来的问题：直流电位相互牵制；零点漂移。3、适用场合：多用于直流信号的放大和集成电路中。耦合方式耦合方式三、变压器耦合三、变压器耦合通过变压器将前、后级连接起来的耦合方式。优点：它可以在传送信号的同时实现阻抗的变换，以获得较大的输出功率。另一方面，各级直流通道相互隔离。U1I2I1RLU2N1N2阻抗的变换：对于理想的变压器：P1=P2即I1U1=I2U2则I2/I1=U1/U2（1）而则（1）式变为缺点：频带窄，体积、重量大。用途：多用于功放、中频
10、调谐放大器以及多级放大器的输出级。（1）放大倍数）放大倍数4.2放大放大电路的性能指标电路的性能指标uiuoAu电压放大倍数电压放大倍数电流放大倍数电流放大倍数放放大大倍倍数数除除用用信信号号的的有有效效值值定定义义之之外外，还还可可以以根根据据需需要要用用信信号号的的峰峰值值或或者者峰峰峰峰值来定义。值来定义。放大器的一般模型IsARSRL4.2放大放大电路的性能指标电路的性能指标（1）放大倍数）放大倍数（2）输入电阻）输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大
11、电路从其前级取是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。小，对前级的影响越小。AuIiUSUi4.2放大放大电路的性能指标电路的性能指标（3）输出电阻）输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当而言，相当于信号源，我们可以将它等效于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电南等效电路的内阻就是输出电阻。阻。roUS4.2放大器的指标放大器的指标（3）输出电阻）输出电阻roAuUS如何确定电路的输出电阻如何确定电路
12、的输出电阻ro？roUS3、放大电路的性能指标：放大电路的性能指标：4.2.1放大的性能放大的性能方法一：方法一：计算。计算。步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，将独立源置零，保留受控源保留受控源)。2.加压求流法。加压求流法。UI方法二：方法二：测量。测量。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。roUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。roUsRLUo步骤：步骤：3.计算。计算。（3）输出电阻）输出电阻ro4.2.1放大的性能放大的性能3、放大电路的性能指标：放大电路的性能指标：（4）通频带）通频带fAuAum0.7AumfL下限截止下限截止频率频
13、率fH上限截止上限截止频率频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率放大倍数随频率变化曲线变化曲线4.2放大器的性能指标放大器的性能指标4.2.1放大器的性能指标放大器的性能指标（5）最大输出幅值）最大输出幅值(一般用电压表示一般用电压表示)（6）最大输出功率与效率）最大输出功率与效率最大输出功率（最大输出功率（POM）：）：输出波形输出波形基本不失真的情况下，能够向负载提供的最大功率。基本不失真的情况下，能够向负载提供的最大功率。效率：放大电路的最大输出功率与直流电源消耗的功率之比。效率：放大电路的最大输出功率与直流电源消耗的功率之比。（7）放大器的失真）放大器的失真1、频率失真：对
14、于不同的频率，放大器具有不同的增益，且产生不同的相移。由此产生的失真叫做频率失真。幅度失真：幅度失真： 对对不不同同频频率率的的信信号号增增益不同，产生的失真。益不同，产生的失真。基波基波二次谐波二次谐波输入信号输入信号输出信号输出信号基波基波二次谐波二次谐波4.2.1放大器的性能放大器的性能相位失真：相位失真： 对对不不同同频频率率的的信信号号延延迟时间不同，产生的失真。迟时间不同，产生的失真。4.2.1放大器的性能指标放大器的性能指标（7）放大器的失真）放大器的失真2、瞬变失真放大突变信号时由于电抗元件上的电压和电流不能突变引起的输出波形的失真叫做瞬变失真。衡量标准：上升时间tr，下降时间
15、，特定时间的跌落值viv03、非线性失真系数（、非线性失真系数（THD）：）：由于放大电路存在非线性由于放大电路存在非线性失真，当输入一定频率的正弦波信号时，放大电路的输出失真，当输入一定频率的正弦波信号时，放大电路的输出波形中，除了由输入信号频率决定的基波成分外，还可能波形中，除了由输入信号频率决定的基波成分外，还可能出现谐波。即出现谐波。即THD的定义是各次谐波总量与基波分量之比，的定义是各次谐波总量与基波分量之比，（7）放大器的失真）放大器的失真4.3基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基
16、放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成RLRB+ECEBRCC1C2Tui1、元件的作用、元件的作用放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。uo参考点参考点集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量。电路提供能量。并保证集电结反并保证集电结反偏。偏。4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成1、元件的作用、元件的作用RLRB+ECEBRCC1C2Tui集电极电阻，将集电极电阻，将变化的电流转变变化的电流转变为变
17、化的电压。为变化的电压。使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成1、元件的作用、元件的作用RLRB+ECEBRCC1C2Tui耦合电容耦合电容隔离输入输出与电路直流的联系，隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。同时能使信号顺利输入输出。4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成1、元件的作用、元件的作用RLRB+ECEBRCC1C2Tui2、单电源放大电路、单电源放大电路+ECRCRB4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成1
18、、元件的作用、元件的作用RLui2、单电源放大电路、单电源放大电路RB+ECRCC1C2T4.3.1共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成1、元件的作用、元件的作用2、单电源放大电路、单电源放大电路3、组成一个放大器的基本原则。、组成一个放大器的基本原则。（1）发射结必须正偏，集电结必须反偏，以保证放大器处）发射结必须正偏，集电结必须反偏，以保证放大器处于放大状态。于放大状态。（2）对输入回路，应当使输入的电压信号变成电流信号，）对输入回路，应当使输入的电压信号变成电流信号，因为因为ic=ib（3）对输出回路，应当尽可能将信号送到负载。对输出回路，应当尽可能将信号送到负载。（4）为保证放
19、大器不失真地放大，直流下的电流和电压必）为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压必须设置得合适。须设置得合适。4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）ui=0时时由于电由于电源的存源的存在在IB 0IC 0IBQICQ一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置1、静态工作点的概念、静态工作点的概念RB+ECRCC1C2T在没有输入信号时，晶体管各电极的直流电流和电压，即IBQ、ICQ 、 UBEQ 、UCEQUBEQUCEQ(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQ
20、UBEQICUCEQUCEQICQ4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置1、静态工作点的概念、静态工作点的概念(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。的一个点称为静态工作点。4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置1、静态工作点的概念、静态工作点的概念RLRB+ECEBRCC1C2TuiIBQICQUBEQUCEQ4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置2、静态工作点的估算、静态
21、工作点的估算IBQICQUBEQUCEQ解得IBQ=（EC-UBEQ）/RB因为发射结正偏时UBEQ0.7V或者0.3V，所以IBQEC/RBICQ=IBQUCEQ=ECICQRC由此得到Q点的四个值由输入回路EC=UBEQ+IBQRB由输出回路EC=ICQRC+UCEQ由电流分配的关系ICQ=IBQRB+ECRC4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置2、静态工作点的估算、静态工作点的估算（1）画出实际放大电路的直流通路。并在电路上标出IB、IC、UBE、UCE。（2）根据直流通路列出输入回路、输出回路的电压方程。（3）利用方程IC=IB。（4）解
22、方程组得到IB、IC、UCE。UBE用估算的方法写出。4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置2、静态工作点的估算、静态工作点的估算如图所示的电路，设=50，UBE（ON）=0.7v，若要求静态输出电压UOQ=0V，试求RB的值及相应的ICQ，UCEQ。 IBQ,UBEQUCEQEE=IBQRB+UBE(ON)+(1+)IBQREEE=UCEQ+(1+)IBQREICQ=IBQRC(1+)IBQ=ECICQRBEC=12VRLEE=-12VuiRC=12kRE=6k解得：UCEQ=6VRB=270k假设有一微小的输入假设有一微小的输入ui4.3.2静
23、态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置3、放大过程、放大过程输出的交流电压uo=-icRCRLRB+ECEBRCC1C2TuiIBQICQUBEQUCEQuBE=UBE+uiiB=IB+ibuCE=EC-iCRC=EC-(IC+ic)RC=EC-ICRC-icRC=UCE-icRCiC=iB=IB+ib=IC+ic各点波形各点波形4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置3、放大过程、放大过程Vi=0Vi=Vsin t各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB4.3.2静态
24、工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置3、放大过程、放大过程4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置3、放大过程、放大过程结论：（1）uo与ui的相位相反。（2）uBE、iB、uCE、iC都是由直流和交流两个部分组成的。（3）我们所说的放大作用是指输出与输入的交流成分的关系，不包括直流成分。4.3.2静态工作点（静态工作点（Q点）点）一、静态工作点的设置一、静态工作点的设置4、不设静态工作点带来、不设静态工作点带来的问题的问题RB+ECRCTuBEuiiBttt-uoiBRB+ECRCT这种失真称为非线性失真这种失真称
25、为非线性失真1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。经电容滤波只输出交流信号。4.3.3实现放大的条件实现放大的条件(a)(b)(c)(d)(f)(e)下列下列af电路哪些具有放大作用？电路哪些具有放大作用？放大电路的分析方法放大电路
26、的分析方法放放大大电电路路分分析析静态分析：确定不加输静态分析：确定不加输入信号时放大电路的工入信号时放大电路的工作状态，估算静态工作作状态，估算静态工作点即点即IB、IC、UBE、UCE。动态分析：计算出加动态分析：计算出加上输入信号后放大电上输入信号后放大电路的各项主要技术指路的各项主要技术指标，如电压放大倍数标，如电压放大倍数Au、输入电阻输入电阻Ri、输输出电阻出电阻Ro等。等。估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真4.3.4直流通道和交流通道直流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上
27、附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。1、对直流信号（只有、对直流信号（只有+EC）开
28、路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC4.3.4直流通道和交流通道直流通道和交流通道2、对交流信号、对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路交流通路4.3.4直流通道和交流通道直流通道和交流通道4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法2、输入电阻、输入电阻hie（rbe）的近似估算的近似估算cebre是发射区的体电阻，很小，通常可以忽略Rbb是基区的体电阻，在频率不太高时约为200发射结电阻re又因工作在Q点上，故4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放
29、大器的性能指标uirbe ibibiiicuoRBRCRL rcehreuceuirbe ibibiiicuoRBRL rcehreuce4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（1）求Au=U0/UiUbe=UiUce=Uo于是由输入回路：Ui=rbeIb+hreUo（1）由输出回路：（2）由（2）得：uirbe ibibiiicuoRBRL rcehreuce4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（1）求Au=U0/UiUbe=UiUce=Uo于是由输入回路：Ui=rbeIb+hreUo（
30、1）由输出回路：由（2）得：代入（1）中得：则得4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（1）求Au=U0/Uiuirbe ibibiiicuoRBRL rcehreucerbe103()102gce10-8(s)hre10-44.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（1）求Au=U0/Uiuirbe ibibiiicuoRBRL rcehreucerbe103()102gce10-8(s)hre10-4负号说明输出电压与输入电压是反向的Au与Rc有关，适当增加Rc，在一定范围内可以提高Au。A
31、u与hfe的关系：在hfe较小时，增加hfe，Au可以提高，但不是一个正比关系。在hfe较大时，Au与hfe基本无关。4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（1）求Au=U0/Uiuirbe ibibiiicuoRBRL rcehreuce用简化的h参数等效电路计算uirbe ibibiiicuoRBRL rce由输入回路：Ui=hieIb由输出回路：Uo=-ICRL=-hfeIbRL4.3.5微变等效电路分析法微变等效电路分析法3、计算放大器的性能指标计算放大器的性能指标（2）求Ai=IO/Ii由输出回路：-IO=IC=hfeIb+hoeU
32、O而UO=IORLIbIi-IO=hfeIi+hoeIORL则uihie ibibiiicuoRBRL rcehreuceuihie ibibiiicuoRBRL rce通常hoerbe2、求Ai=Io/Ii由于射极输出器的输入电阻Ri较大，RB的分流作用一般不能忽略，当考虑了RB的分流作用后RiIiuiRBIbRLuoIbIerbeIo3、求Ri4.3.6射极输出器射极输出器二、电路分析二、电路分析4、求RoRoIbIeIIcuiRBRERLIbrbeURo而RERo共集电极电路特点：共集电极电路特点：4.3.6射极输出器射极输出器三、特点：三、特点：1、Au小于1而接近于1，且Uo与Ui同
33、相，即输出电压与输入电压差不多，故又称为射极跟随器。2、射极跟随器有电流放大能力。3、输入电阻高、输出电阻低。四、四、应用应用射极跟随器通常用作隔离级，以及多级放大器的输入级和输出级。4.3.6射极输出器射极输出器举例分析：举例分析：电路参数如图，试计算其最大不失真输出电压是多少？RB+ECC1C2RERLuiuo=50，hie=1k40080018k24V（1）作直流负载线由输出端：EC=UCE+ICRE得IC=0时，EC=UCE=24vUCE=0时，IC=EC/RE=30mA作出直流负载线MNMNiCuCE2430（2）Q点IC=IB=500.4=20mAUCE=EC-ICRE=24-20
34、0.8=8vQ8204.3.6射极输出器射极输出器举例分析：举例分析：电路参数如图，试计算其最大不失真输出电压是多少？RB+ECC1C2RERLuiuo=50，hie=1k40080018k24V（3）根据交流负载线作动态范围MNiCuCE2430可以看到动态范围为：2U0m=10v2Icm=34mv因为两边不一定对称，所以只能是近似值。ICQRL=8v，作交流负载线Q820=RE/RL=800/400=266.61617mA5v因此输出电压的有效值为4.3.7共基极放大器共基极放大器一、电路形式一、电路形式：ui+ECRb2RCRsRb1CeReRLusuo二、分析计算二、分析计算：1、Q点
35、+ECRb2RCRb1ReI1I2IBRb1+ECRCTRb2Re4.3.7共基极放大器共基极放大器三、分析计算三、分析计算：2、动态分析+ECRb2RCRsRb1CeReRLuiuiuousRsReRLRCusRsReRLRCrbeIbIiIeIcIiuiuo短路短路IbRCRL4.3.7共基极放大器共基极放大器三、分析计算三、分析计算：2、动态分析usRsReRLrbeIbIiIeIcIiuiuoIb（1）电压放大倍数Au=Uo/UiUo=-IcRL（2）电流放大倍数Ai=Io/IiIo=-Ic=-IbIi=-Ie=-(Ib+Ic)=-(1+)IbAi=/(1+)=4.3.7共基极放大器共
36、基极放大器三、分析计算三、分析计算：2、动态分析usRsReRLrbeIbIiIeIcIiuiuoIb（3）求RiRi=Ui/(-Ie)=-Ibrbe/=rbe/(1+)usRsReRLRCrbe（4）求Ro当输入端短路时，电流源Ib不再输出电流，故Ro=RCRiUoRo# # 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？4.3.7共基极放大器共基极放大器三、分析计算三、分析计算：2、动态分析+ECRb2RC
37、RsRb1CeReRLuiuiuo3、特点：（1）uo与ui同相，Au的大小与共发射极电路相同。(2)输入电阻小，输出电阻大（3）工作频带宽，适用于高频电路。三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：电流增益：电流增益：4.3.7改进型放大器一、基本组合放大器1、共发共基组合2、共集共发组合理想的电压放大器：输入电阻无穷大，输出电阻为零的放大器。共集放大器相似理想的电流放大器：输入电阻为0，输出电阻为无穷大的放大器。共基放大器相似共发射极放大器既有电压增压，又有电流增益，但是其输入电阻和输出电阻和理想的电压放大器和电流放大器相差较大，经过组合可以达
38、到理想放大器相似的性质。电流放大倍数为第一极的放大器的放大倍数，但是输出电阻大大的提高电压放大倍数为第二极的放大器的放大倍数，但是输入电阻大大的提高3、三种阻态的组合CBCBCB电流增益小于1，不能提供电流增益；尽管电压增益大，但是后极的输入电阻小，作为前极的负载，严重的影响了分压比，不能又提供电压增益CCCCCCCECCCE电压增益小于1，不能提供电压增益；尽管电流增益大，但是后极的大的输入电阻作为前极的负载，严重影响了分流比，又不能提供电流增益。由共集联立的共射组合，既能提供电压增益，又能提供电流增益，是广泛使用的一种组态。4.3.7改进型放大器一、采用有源负载的共发射极放大器RCRLRL
39、4.3.8场效应管放大电路场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。区，场效应管的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。1、固定偏置电路固定偏
40、置电路4.3.8场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路+EDRdRgEgTuouiT：控制器件（N沟道耗尽型MOS管）ED、Eg：直流电源C1、C2：隔直流通交流Rd：将变化的电流转化为变化的电压为保证T工作是恒流区，必须满足：UGS始终为负；UDS始终为正，且UDGUP2、自偏压电路、自偏压电路3、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGS4.3.8场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定的电压：UGS=ISR=IDRUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以
41、：所以：UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k4.3.8场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k4.3.8共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析USUGUDS=UDD-US =20-5=15V4.3.8共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器
42、uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griroro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析输出电阻输出电阻ro加压求流法加压求流法gd微变等效电路微变等效电路roro R2R1RGsRS4.3.8共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器二、动态分析二、动态分析微变等效电路4.3.8共栅放大器共栅放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总Ii1、电压放大倍数Uo=Id=gmUgsUi=UgsAu=Uo/Ui=gm2、输入电阻Ui=I总R=(Ii+gmUgs)R=(IigmUi)R得3、
43、输出电阻Ro=Rd场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1；输出电；输出电阻阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。4.4.1基本电路基本电路特点：特点：结构对称。结构对称。4.4差动放大器差动放大器ui24.4.2性能特点性能特点2、工作原理当ui=0时，ui1=ui2=0，一方面uo1
44、=uo2=0，另一方面UC1=UC2，可见，在电路完全对称的情况下，输入信号为零时，输出信号也为零。当uI0时，ui1=-ui2，则uo1=-uo2，同时UC1=UC2，则输出信号uo=uo1-uo2=2uo1，即输入信号不为零时，输出信号也不为零。uiuo21、共模信号与差模信号共模信号：两信号的幅值相等，位相相同，频率相同。差模信号：两信号的幅值相等，位相相反，频率相同。ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuiuo1uo14.4差动放大器差动放大器4.4.2性能分析性能分析3、差模输入电阻：差模输入电阻是从差分对放大器两端看进去的电阻，它是两个发射极电路看进去的电阻之和。4、差模
45、输出电阻单端输出时的差模输出电阻为共发射极的输出电阻。双端输出时的差模输出电阻为两个共发射极的输出电阻之和ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuiuo1uo1ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuiuo1uo14.4.2性能分析性能分析5、差模放大倍数：4.4差动放大器差动放大器即这种电路的电压放大倍数与单管放大器的电压放大倍数相同。总的差模电压放大倍数：RLRL/2共模等效电路ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuo1uo1ECREE两边加相同的电压时，集电极电路同时增大，同时减小，流过REE的交流电流是单管的两倍，相当于发射极接有2REE。4.4差动放大器差动
46、放大器4.4.2性能分析性能分析6、共模输入电阻：7、共模输出电阻8、共模放大倍数差分放大器的任一端看进去的共模输入电阻差分放大器的任一端的共模输出电阻为单端输出时双端输出时4.4.2性能分析性能分析9、共模抑制比（Common-ModeRejectionRatio)4.4差动放大器差动放大器ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuiuo1uo1对理想的差动放大器：CMRR=一般的差动放大器：CMRR=60dB（左右）差分放大电路能有效地放大差模信号，而对共模信号有很强的抑制能力。这是它的主要优点。差模放大倍数越大，共模放大倍数越小，即对共模信号的抑制能力越强，说明放大器的性能越好。-
47、EC10、对零点漂移的抑制由于电路完全对称，当温度变化时，两管的零漂总是一样的，这相当于在两管的输入端加了一个共模信号，uic1=uic2，则uoc=Auuic=Au(uic1-uic2)=0差分放大器可以完全抑制共模信号。ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+ECuiuo1uo14.4差动放大器差动放大器4.4.2性能分析性能分析后面讨论4.4差动放大器差动放大器11、合成信号的输出在任意信号的作用下：差分放大器的输出可见，共模抑制比越大，差分放大器的任意一输出端的电压也就越反映两个输入电压的差值。可以看成是输入差模电压的误差电压。共模抑制比越大，差分输出端的任意一电压就越正确的反映两输
48、入电压的差值。4.4差动放大器差动放大器4.4.3电路不对称的影响电路不对称的影响2、双端输出时的共模抑制比理想对称时，输入差模信号只有差模信号输出，输入共模信号只有共模信号输出。实际输入时，无论输入差模还是共模信号，都出现差模信号和共模信号输出。4.4.3电路不对称的影响电路不对称的影响3、失调与温漂（1）、输入失调电压电路在两边不对称的条件下，零输入时，双端输出不为零的现象，叫做差分放大器的失调，输入失调电压定义为：输出电压除以差模放大倍数。实际的电路中的输入失调电压产生的原因是集电极的电阻不相等和两管的发射结的面积不相等，导致两管的恒流的分配不等。4.4差动放大器差动放大器（3）、失调模
49、型与调零电路（2）、输入失调电流：差分放大器的输入端一般都接有信号源内阻，由于两管的电流放大倍数不同，造出集电极电流不等，为了使集电极的电流相等，在输入端引入的电流不等，在信号源电阻上产生电压，其差值是作用在两个输入端的输入失调电压。通常在输入端引入的两个电流的差值称为输入失调电流（4）、失调电压与失调电流的温度漂移ui2ui1RCRsRCRs+VCC-VEEui1RCRsRCRs+VCC-VEEui2发射极调零电路集电极调零电路必须注意：调零电路不可能更随温度得变化而变化，故调零电路可以克服失调，但是不能消除温漂。当环境的温度变化时，失调电压与失调电流随着温度的变化而变化，且与失调电压与失调
50、电流成正比，要减小温度的漂移，就要减小失调电压与失调电流。4.4差动放大器差动放大器4.4.4差模传输特性差模传输特性ui2ui1uoRCR1RsRCR1Rs+VCCuiuo1uo1-VEE4.4差动放大器差动放大器4.4.4差模传输特性差模传输特性1、vid=0时2、当vid很小时3、当vid很大时4、当vid在26毫伏到104毫伏之间时利用其非线性可以实现非线性运算功能1、结构、结构为了使左右平衡，可设为了使左右平衡，可设置调零电位器置调零电位器:uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEE4.4.5典型电路分析典型电路分析长尾电路长尾电路4.4差动放大器差动放大器2、RE的
51、作用的作用设ui1=ui2=0抑制温度漂移，稳定静态工作点。温度温度TICIE=2ICUEUBEIBIC自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用1、结构、结构为了使左右平衡，可设为了使左右平衡，可设置调零电位器置调零电位器:uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEE4.4.5典型电路分析典型电路分析长尾电路长尾电路4.4差动放大器差动放大器2、RE的作用的作用两管的集电极电压的变化，也是大小相等，方向相反，当负载接在两管的集电极之间时，负载两端的输出电压是两管集电极的电位差，而不是相互抵消。RE对差模信号没有反馈作用。 ui1 ui2ib1, ic1ib2, ic
52、2ic1 =- ic2iRE = ie1+ ie2 =0uRE =0RE对差模信号对差模信号不起不起作用作用3、Q点的计算点的计算IBIC1IC2IBIE4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEEuoWP/2+ECRCRsRCRs2REEe2REWP/2Q点：IC1IE1IB1=IC1/1UCE1=EC-IC1(RC1+RE)-EeUEE-UBE1=IE1(WP/2+RE)+IB1Rs=IE1(WP/2+RE)+得：(1)差模输入差模输入均压器均压器RRuoui+UCCRCT1RsRCT2RsREUCC4、放大倍数的计
53、算放大倍数的计算4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器RL/2WP/2RCRs(1)差模输入差模输入RRuoui+UCCRCT1RsRCT2RsREUCC4、放大倍数的计算放大倍数的计算4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器在双端输出时：在单端输出时：(1)差模输入差模输入RRuoui+UCCRCT1RsRCT2RsREUCC4、放大倍数的计算放大倍数的计算4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器说明：差分电路的差模电压放大倍数与对应的单管放大器相等。选择较大的负载电阻和较高的管子，可以获得较大的放大倍数。WP对差模信号有负反馈作
54、用，故不能太大。单端输出的Aud是双端输出的Aud的一半。(2)共模输入共模输入4、放大倍数的计算放大倍数的计算4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEERW/22RERC2Rs说明：Auc在单端输出的情况下与对应的单管放大器相等，但很小。在双端输出时，由于电路的对称性，使Auc=0。因为零漂信号就是共模信号，故电路对零漂有抑制作用。在单端输出时：(1)差模输入差模输入RRuoui+UCCRCT1RsRCT2RsREUCC5、输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大
55、器RL/2WP/2RCRs两输入端之间的电阻(2)共模输入共模输入4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEERW/22RERC2Rs5、输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻每个输入端对地的电阻4.4.5典型电路分析典型电路分析4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEE6、四种接法、四种接法（1）双端输入，双端输出；（2）双端输入，单端输出；（3）单端输入，双端输出；虽是单端输入，但由于Re的负反馈作用，其实际效果等效于双端输入。（4）单端输入，单端输出；4.4.6差动放大器的改
56、进差动放大器的改进4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEE1、采用恒流源的差动放大器、采用恒流源的差动放大器已知Re对共模信号有反馈，对差模信号无反馈，故Re越大越好，但Re太大，必须电源电压很高。例如：设IRe=1mA，当Re=10k时，Ee=10.7V；当Re=100k时，Ee=100.7V。对晶体管的e极和c极之间，具有极高的等效阻抗而压降不大。IC(mA)UCE(v)QICUCE4.4.6差动放大器的改进差动放大器的改进4.4差动放大器差动放大器uoui1+UCCRCT1RsRCT2Rsui2REUEE1、采用恒流源的差动放大器、采用恒流源的
57、差动放大器电路结构电路结构:+ECR1T3uiR2-EeT2R3T1RCWPRCRsRs由于T3的恒流作用，当为共模信号时，T1、T2的e极电位，将随输入信号变化而变化，但两管的电流IC1、IC2却几乎不变，故UC1、UC2几乎不变。R3是负反馈电阻，提高了恒流源IC3的稳定性和进一步提高恒流源的交流输出电阻。4.4.6差动放大器的改进差动放大器的改进4.4差动放大器差动放大器2、采用共模负反馈的差动放大器、采用共模负反馈的差动放大器电路结构电路结构:+ECR1T3uiR2-EeT2R3T1RCWPRCRsRsUA+ECR1T3uiR2-EeT2R3T1RCWPRCRsRsT IC1IC2UA
58、 UBIE3IC3IC2IC1IRIo=IC2+ECT2T1R2IBIB2IB11、镜像恒流源电路IR基准电流I0提供给其他放大级的偏置电流T1、T2具有良好的对称性。4.5电流源与应用电流源与应用1、镜像恒流源电路T3IC3IRIo=IC2+ECT2T3R2IBIB2IB1UBE1=UBE2IC2=IC1=IR2IB=IR2IC1/则I0=IC2=当1时I0IR=特点：IR选定后，I0随之确定镜像恒流源；I0受电源EC变化的影响较大；要得到较小的电流，就需要较大的电阻R，故此电路适用于工作电流I0较大的场合（毫安级）；4.5电流源与应用电流源与应用镜像电流源IRIo=IC2+ECT2T1R2
59、IBIB2IB1可见，在计及VA后进一步降低了镜像电流的精度。在电流放大倍数不大时，电流源的精度不高，同时发射结的电压的热稳定性也影响了其精度。提高电流源精度的措施IRIo=IC2+ECT2T1RIE3IB2IB1T3在实际的电路中，为了防止在T3管的工作电流过小，使电流放大倍数降低，在T1、T2的基极加一个电阻使IE3适当的增大。2、比例电流源电路T3IC3T2T3IREFIo=IC2+ECR2IBIB2IB1IE1IE2R1R2由得由图知：UBE1+IE1R1=UBE2+IE2R2则：IE2R2=IE1R1+UBE1UBE2即若两管的足够大，可认为：I0IE2，IE1IC1=IREFIB1
60、IB2IREF如果可忽略4.5电流源与应用电流源与应用3、微电流源电路T3IC3T2T3IREFIo=IC2+ECR2IBIB2IB1IERe由得由图：UBE1=UBE2+IERe则：IERe=UBE1UBE2IS1IS2，IE1IC1IR，IE2IC2I0得（当IR、Re确定时，可求出I0）上式为超越方程，可用图解法或累式法求解。4.5电流源与应用电流源与应用3、微电流源电路T3IC3T2T3IREFIo=IC2+ECR2IBIB2IB1IERe由得由图：UBE1=UBE2+IERe则：IERe=UBE1UBE2IS1IS2，IE1IC1IR，IE2IC2I0得（当IR、Re确定时，可求出I
61、0）上式为超越方程，可用图解法或累式法求解。4.5电流源与应用电流源与应用改进型电流源一、级联型电流源IC2T2T1IB2IB1IRIo=IC4+ECT4T3RIB4IB3可见、外电路上无论加多少电压，级联得电路总是保持T1、T2上得的vCE相接近，这样减小了由于宽度调制效应引入的误差，而且使输出电流处决于T2的集电极电流，提高了电流源的精度。反馈型电流源IC2IoT2T1IB2IB1IR+ECT3T4RIB4IB3IC2IoT2T1IB2IB1IR+ECT3RT3管强制T1管的vCE接近T2管的vCE、有效地减小基区宽度调制效应引入地误差。进一步地引入T4、强制T1管和T2管的vCE近似相等
62、。有源负载差分放大器+VCCVEEiR电路中差分对的电流源既由有源负载设定，又由恒流源设定，要实现两种设定严格一致非常的困难一般采用（2）图输入差模电压的作用下：输入共模电压的作用下：+VCCVEET4T3T2T1有源负载差分放大器交流等效电路的分析T3T1T2T44.6.1集成电路及其分类集成电路及其分类1、小规模集成电路（0100个元件）中规模集成电路（1001000个元件）大规模集成电路（1000个元件以上）超大规模集成电路（十万个元件以上）4.6集成运算放大器集成运算放大器2、模拟集成电路数字集成电路3、集成运算放大器集成功放集成高频放大器集成中频放大器集成比较器集成电路集成电路:将整
63、个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点： 工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：4.6.2运算放大器及其特点运算放大器及其特点1、运算放大器是一个高增益的直接耦合放大器；2、运算放大器第一级总是采用差分放大器，末级采用射极输出器，因此，它至少有两个输入端、一个输出端。4.6集成运算放大器集成运算放大器同相输入端：uo与ui的位相相同。反相输入端：uo与ui的位相相反。Aod：开环差模电压放大倍数。ui反相输入端同相输入端Uo=AodUi u u+ uoAo国际符号国际符号国内符号国内符号Auduu+4.6.2运算放大器及其特
64、点运算放大器及其特点3、运算放大器的等效电路4.6集成运算放大器集成运算放大器4、理想运算放大器的特性（1）差分输入阻抗Ri=（2）输出阻抗Ro=0（3）开环电压放大倍数Aod=ui反相输入端同相输入端AudUo=AodUiU-U+RouiRiAodUiuo（4）通频带宽BW=（5）共模抑制比CMRR=（6）特性不随温度变化4.6.2运算放大器及其特点运算放大器及其特点5、集成运算放大器的特点（1）同一芯片上的元件是同一工艺制造出来的，故具有同相偏差。元件参数偏差方向一致，温度均一性好。（2）尽量采用三极管代替电阻、电容和二极管等元件。尽量多用NPN型管，少用PNP管。4.6集成运算放大器集成
65、运算放大器6、集成运算放大器的方框图输入级中间级输出级偏置电路u-u+4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路1、差动输入级（1）对输入级的要求零点漂移要尽量小，输入电阻要高，基极偏置电流要小，并且有较高的增益。（2）采用普通差动放大器的输入级优点：结构简单，容易对称，漂移较小。缺点：输入阻抗低（50300k），电压放大倍数不高（30100）。（3）采用共集共基差动放大器4.6集成运算放大器集成运算放大器4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路1、差动输入级（3）采用共集共基差动放大器4.6集成运算放大器集成运算放大器这种电路由两级放大电路组
66、成，第一级由较高的NPN型管T1、T2组成共集电极放大器，T3、T4为其负载，I0为本级集电极恒流源。IOu+u-T1T2T3T4IOuoRC1RC2-EC第二级由较低的横向PNP管T3、T4接成差动放大器，其负载电阻为Rc1、Rc2，I0为本级基极恒流源。4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路1、差动输入级（3）采用共集共基差动放大器4.6集成运算放大器集成运算放大器特点：共集电极放大器的输入阻抗高，电流增益大，而共基极放大器的输出阻抗高，电压增益大，故该电路兼有两者的特点。IOu+u-T1T2T3T4IOuoRC1RC2-EC利用较高的NPN管补偿了较低的PNP
67、管，因此，这种电路不仅输入阻抗高，电压增益也大。允许较高的差模输入电压（30V），因为横向的PNP管有很高的反向击穿电压。4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路1、差动输入级（4）采用复合管形成的差动放大电路4.6集成运算放大器集成运算放大器优点：因=13=24，使IC在固定的情况下，IB可以大大减小，因而输入电阻可以提高到兆欧级。缺点：两组复合管很难做到对称，因而漂移较大。IOu+u-T1T2T3T4uoRCRC-Ee+EC4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路1、差动输入级（5）采用超管构成的差动电路4.6集成运算放大器集成运算放大器
68、超管的基区比一般管做的更薄，掺杂浓度更低，而e区的掺杂浓度更高，使这种管子在低电流的情况下的值高达10005000。超管T1、T2接成共射差动电路，输出端接到由T3、T4组成的共基极电路，RC1、RC2为T3、T4组成的复合管的集电极负载。IOu+u-T1T2T3T4uoRCRC-Ee+ECT5T6IO为保护超管，增加了T5、T6组成的电路，使UCE1=-UBE3+UBE5+UBE60.7v以保证超管安全工作，不致损坏。4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路2、中间级主要功能：提供足够大的电压增益；有较高的输入电阻；能够提高较大的输出电流；将输入级的双端输出变为单端
69、输出；实现电位移动。（1）有源负载共射放大电路4.6集成运算放大器集成运算放大器用有源元件代替放大器中的RC，可使放大倍数大大提高，而不需增加电源电压。但应尽可能地提高晶体管的输出电阻和下一级的输入电阻。有源负载放大器允许电源电压变动的范围较宽。uiuoRC+EC电阻负载IB2uoT1T2+ECui有源负载4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路2、中间级（2）双端变单端电路4.6集成运算放大器集成运算放大器T1、T2组成差动电路，T3、T4为T1、T2的有源负载，当差模信号输入时iC1（iC1），iC2（-iC2），而IC1=IC3，又T3、T4的e结并联，所以：I
70、C4=IC3=IC1，因而输出电流增量i0=IC4-IC2=IC1-(-IC2)=2IC1这就把差模电压引起的T1，T2两管集电极电流的增量全部输出给负载，并实现了双端变单端。u0I0uiT4T3T2T1+ECIC4IC2IC3IC1i0-Ee4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路2、中间级（3）电平移动电路4.6集成运算放大器集成运算放大器因为恒流源的交流电阻很大rR，直流电阻较小，故：u2u1，U2=U1I0R+U2=U1I0RU1I0u1u2=u1R4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路2、中间级（3）电平移动电路4.6集成运算放大
71、器集成运算放大器PNP管与NPN管搭配的移动电路T2T1RC2RC1u0uiEe+ECRe2Re1T1：NPN管作放大用。T2：横向PNP管既有一定放大又作电平移动。对T1：UCUB，对T2：UC0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。a.工作原理（设工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）3、输出级（2）互补对称的输出级-互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路ui-USCT1T2uo+USCRLiLuiuououo交越失真交越失真死区电压
72、死区电压b.输入输出波形图输入输出波形图互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间于半个周期每管导通时间于半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）c。特点：特点：假设ui 为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-UCCRLuiT1T2UL+UCC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流分别为：互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）d.分析
73、计算分析计算电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：UCC1=UCC2=UCC tic1互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）d.分析计算分析计算效率为：效率为：互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）e.存在的问题存在的问题iL-UCCRLuiT1T2UL+UCC1、阻抗不匹配例如：RL=8，PL=50w时负载两端电压的有效值为幅值ULm=UL=28.3v此时，电源电压必须大于28.3v，功放管耐压要求大于57v。2、要求
74、两种不同类型的功放管（NPN和PNP）且要求特性比较对称。3、需要两个电源供电。互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进1、用一个电源供电的电路、用一个电源供电的电路iL-UCCRLuiT1T2UL+UCCUSC/2RLT1T2+UCCCAUL+-UCui特点特点单电源供电；单电源供电；输出加有大电容。输出加有大电容。动态分析动态分析若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源
75、）相当于电源）时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进1、用一个电源供电的电路、用一个电源供电的电路UCC/2RLT1T2+UCCCAUL+-UCuiD1D2ui+UCCRLT1T2T3CRARe1Re2实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静使静态态UC3=0.5USCD1、D2使使b1和和b2之间的电位差等之间的电位差等于于2个二极管正向压降，克服交越个二极管正向压降，克服交越失真失真Re1、Re2：电阻值电阻值12 ，射极负反馈，射极负反馈电阻，也起限
76、流保电阻，也起限流保护作用护作用b1b2互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进1、用一个电源供电的电路、用一个电源供电的电路增加对称的负电源增加对称的负电源-USC，使静态时的使静态时的A点电位为点电位为0+UCC-UCCuiiLRLT1T2A互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进2、改善低频特性的电路（、改善低频特性的电路（OCL）OCL电路中需要正负两路电源，使静态的两管的发射极为地电位OCL电路的问题是，如果静态工作点失调，或元器件损坏，将有较大的电流长期流向负载，可能造成损坏，可在负载回路中接入熔断器作为保护措
77、施。存在交越失真存在交越失真（1）克服交越失真的措施：R1D1D2R2静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；动态时：设ui 加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。+UCC-UCCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进2、改善低频特性的电路（、改善低频特性的电路（OCL）uB1tUTtiBIBQ（2）波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：
78、存在较小的静态电流存在较小的静态电流ICQ 、IBQ 。每管导通每管导通时间大于半个周期，时间大于半个周期，基本不失真。基本不失真。iCQuceUCC/REUCCIBQ互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进2、改善低频特性的电路（、改善低频特性的电路（OCL）为更换好地和为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真两发射结电位配合，克服交越失真电路中的电路中的D1、D2两二极管可以用两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。电压倍增电路替代。（3）UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、B2间便可得
79、到间便可得到UBE 任意倍数的电压。任意倍数的电压。图中图中B1、B2分别接分别接T1、T2的基的基极。假设极。假设IIB，则则互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进2、改善低频特性的电路（、改善低频特性的电路（OCL）3.电路中增加复合管电路中增加复合管（1）优点可获得更大的输出功率；可提高放大倍数=12，降低驱动电流；可以使两管比较对称；（2）结构互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进cbeT1T2ibic复合复合NPN型型ie1ic2ie2ib2ieic1ib1becibicie3.电路中增加复合管电路中增加复合
80、管晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进（2）结构3.电路中增加复合管电路中增加复合管互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进（3）复合管的电流放大系数iC=iC1+iC2=1ib1+2ib2=1ib1+2ie1=1ib1+2(1+1)ib1=(1+2+12)ib112ib1=ib=iC/ib=12（4）缺点及解决办法缺点：复合管的穿透电流增大ICEO=ICEO2+2ICEO1解决办法：ICEO1经R分流一部分，r为负反馈电阻，提高工作的稳定
81、性RrcbeT1T2ibicie1ic2ie2ib2ieic1ib1改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路：T1：电压推动级电压推动级T1、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体型晶体管，两者特性容易对称。管，两者特性容易对称。+UCC-UCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T63.电路中增加复合管电路中增加复合管互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进电路的改进+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2
82、Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈级偏置电路偏置电路共射放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源负载负载准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载实用的实用的OCL准互补功放电路准互补功放电路4.6集成运算放大器集成运算放大器g.集成功率放大器集成功率放大器特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。向负载提供一定的功率。集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司电路形式：OTL
83、输出功率：8负载上可得到5W功率电源电压：最大为28V14-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端输入端（一般（一般2脚接地）脚接地）8-输出端（经输出端（经500 电容接负载）电容接负载）)12345678910111213141-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）集成功放集成功放LM384外部电路典型接法：外部电路典型接法：500 -+0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声
84、输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容g.集成功率放大器集成功率放大器4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路4、偏置电路作作用用：向各级放大器提高合适的偏置电流，决定各级的Q点。要要求求：工作电流为微安级，而且要比较稳定。为此，要求用不太大的电阻来实现小电流的电路。4.6集成运算放大器集成运算放大器4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路5、实际电路分析F0074.6集成运算放大器集成运算放大器T1uiR11kD1D2u015v+15vT2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T12T13T14T17T16T15T19T18RWR2
85、50kR539kR31kR43kR650R74.5kR87.5kR1050R925C+4.6.3集成运算放大器的基本单元电路集成运算放大器的基本单元电路5、实际电路分析F0074.6集成运算放大器集成运算放大器主要特点采用有源负载，使电压放大倍数很高（十万倍）；放大级数少（采用两级放大），十相位校正十分简便（用一只30PF的电容作校正元件，就能够保证在各种情况下稳定工作）；输入阻抗高，共模抑制比高，有过载保护，功耗低；一、开环差模电压放大倍数一、开环差模电压放大倍数Aod无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之之间。理想运放的间。理想运放的Aod
86、为为 。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。三、差模输入电阻三、差模输入电阻ridri1M ,有的可达有的可达100M 以上。以上。四、输出电阻四、输出电阻roro=几几 -几十几十 。4.6.4性能指标性能指标4.6集成运放放大器集成运放放大器五、最大共模输入电压五、最大共模输入电压UIcmax六、最大差模输入电压六、最大差模输入电压UIdmax七、七、-3dB带宽带宽fH运放是直流放大器，运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频也可放大低频信号，不适用于高频信号。信号。还有其他一些反映运放对称性、零漂等的参数。不再一一
87、还有其他一些反映运放对称性、零漂等的参数。不再一一介绍。介绍。4.6.4性能指标性能指标4.6集成运放的性能指标及等效电路集成运放的性能指标及等效电路4.6.4等效电路等效电路4.6集成运放集成运放4.7.1频率响应的一般概念频率响应的一般概念一、频率响应一、频率响应或写为或写为其中其中电路的放大倍数与频率的函数关系放大电路的频率响应或频率特性。放大器的放大倍数本身应该用复数来定义，在零初始条件下4.7放大电路的频率响应放大电路的频率响应二、带宽二、带宽 该图称为波特图该图称为波特图纵轴：纵轴：dB dB 横轴：对数坐标横轴：对数坐标4.7.1频率响应的一般概念频率响应的一般概念或者表示为：进
88、行分解可得：一个可以实现的稳定的有源线性系统，分母多项式的系数恒为正实数，其极点必为负实数或者实部为负数的共扼复数其中其中高频区高频区中频区中频区低频区低频区3dB频率点频率点（半功率点）（半功率点）3dB频率点频率点（半功率点）（半功率点）二、带宽二、带宽 4.7.1频率响应的一般概念频率响应的一般概念4.7.2单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：电路的电压增益（传递函数）：则则且令且令又又电压增益的幅值（模）电压增益的幅值（模）（幅频响应）（幅频响
89、应）电压增益的相角电压增益的相角（相频响应）（相频响应）增益频率函数增益频率函数最大误差最大误差-3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程的直线的直线4.7.2单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应相频响应相频响应表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入所以所以频率响应曲线描述频率响应曲线描述4.7.2单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应一、一、RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应2.RC高通电
90、路的频率响应高通电路的频率响应RC电路的电压增益：电路的电压增益：幅频响应幅频响应相频响应相频响应输出超前输入输出超前输入4.7.2单时间常数单时间常数RC电路的频率响应电路的频率响应令三级理想的电压放大器用低通电路进行级联20lg(Av)4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出互导互导ecbbrbe-发射结发射结电阻电阻re归算到归算到基极回路的电基极回路的电阻阻rbb-基基区的体电区的体电阻，阻，-集电结电阻集电结电阻-发射结电容发射结电容-集电结电容集电结电容混合混合 型高频小信号模型型高频小信号模型模型简化
91、模型简化4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模模型的引出模型的引出又因为又因为所以所以模型参数的获得模型参数的获得（与（与H参数的关系）参数的关系）低频时，混合低频时，混合 模型与模型与H参数模型等效参数模型等效所以所以又又从手册中查出从手册中查出4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 的的频率响应频率响应由由H参数可知参数可知即即根据混合根据混合 模型得模型得低频时低频时所以所以当当时，时，4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号
92、建模的高频小信号建模共发射极截止频率共发射极截止频率 的幅频响应的幅频响应令令则则特征频率特征频率共基极截止频率共基极截止频率4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应一、一、BJT的高频小信号建模的高频小信号建模 的的频率响应频率响应-20dB/十倍频程4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应密勒定理：证明：2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路等效电路等效电路4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应对节点对节点c列列KCL得得电路简化电路简化忽略忽略的分流得的分流得称为称为密勒电容密勒电容等效后断开了输入输
93、出之间的联系等效后断开了输入输出之间的联系2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应电路简化电路简化最后最后2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应高频响应高频响应由电路得由电路得电压增益频响电压增益频响又又其中其中低频增益低频增益上限频率上限频率2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路型高频等效电路4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应增益增益-带宽积带宽积BJ
94、T一旦确定，一旦确定，带宽增益积基本为常数带宽增益积基本为常数# # 如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？如何提高带宽？2.共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应例题例题解：解：模型参数为模型参数为例例4.7.1设共射放大电路在室温下运行，其参数为：设共射放大电路在室温下运行，其参数为：试计算它的低频电压增益和上限频率。试计算它的低频电压增益和上限频率。低频电压增益为低频电压增益为又因为又因为所以上限频率为所以上限频率为3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应高频等效电路高频等效电路4.7.3单极放大电路的高频响
95、应单极放大电路的高频响应（b）高频小信号等效电路高频小信号等效电路高频响应高频响应列列e点的点的KCL而而所以电流增益为所以电流增益为其中其中电压增益为电压增益为其中其中特征频率特征频率忽略忽略3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应4.共共集极放大电路的频率响应集极放大电路的频率响应共集放大器的上限频率很高，没有密勒倍增效应，主要是共集电路是理想的电压跟随器。几个上限频率的比较几个上限频率的比较 的的上限频率上限频率特征频率特征频率共基极上限频率共基极上限频率共发射极上限频
96、率共发射极上限频率共基极电路频带最宽，无密勒电容共基极电路频带最宽，无密勒电容3.共基极放大电路的高频响应共基极放大电路的高频响应4.7.3单极放大电路的高频响应单极放大电路的高频响应4.7.4单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应1.低频等效电路低频等效电路2.低频响应低频响应中频增益中频增益当当则则下限频率取决于下限频率取决于即即4.7.4单极放大电路的低频响应单极放大电路的低频响应当4.7.5多极放大电路的频率响应多极放大电路的频率响应1.多级放大电路的增益多级放大电路的增益前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻
97、抗是下级的信号源阻抗下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载2.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应多级放大电路的通频带比多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄它的任何一级都窄（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽即两级的带宽小于单级带宽4.7.5多极放大电路的频率响应多极放大电路的频率响应例题：例题：设设gm=3mA/V， =50，rbe =1.7k前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放
98、大器共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+UCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点:（略）略）（2）动态分析）动态分析:微变等效电路微变等效电路首先计算第二级的输入电阻：首先计算第二级的输入电阻：ri2=R3/ R4/rbe=82/43/1.7=1.7k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第二步：计算各级电压放大倍数第二步：计算各级电压放大倍数R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第三步：计算输入电阻、输出电阻第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第四步：计算总电压放大倍数第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2=(-4.4) (-147)=647R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第四章第四章 结束结束
