第2章基本放大電路2.2共集和共基放大電路2.3多級(jí)放大電路及其級(jí)間耦合方式2.4差動(dòng)放大電路2.5互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2.1基本放大電路2.1

基本放大電路2.1.1.放大電路的基本概念

放大電路主要用于放大微弱的電信號(hào)，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，這里主要指電壓放大電路。放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力2.輸入電阻ri——從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻輸入電阻：ri=ui/ii一般來(lái)說(shuō)，ri越大越好。（1）ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，ri越大，ui就越接近uS。輸入端iiuiRi~uSRS信號(hào)源Au輸出端3.輸出電阻ro——從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。Au~uS輸出端~rouso輸出端

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。

.o.oo=IUr

輸出電阻的定義：2.1.2共射基本放大電路

的組成及其工作原理

RbVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RL一、單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用+VCC共射放大電路組成使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基極電源與基極電阻集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大電路集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸b+VCCVBBRCC1C2TRL耦合電容：電解電容，有極性，大小為10F~50F作用：隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo單電源供電可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb單電源供電+VCCRCC1C2TRL二、放大原理三極管工作在放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?！鱑CE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）電壓放大倍數(shù)：→

IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符號(hào)說(shuō)明各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋2.1.3放大電路的分析二、動(dòng)態(tài)工作情況分析一、靜態(tài)工作情況分析放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)分析的任務(wù)是根據(jù)電路參數(shù)和三極管的特性確定靜態(tài)值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE。可用放大電路的直流通路來(lái)分析。一、靜態(tài)工作情況分析Rb+VCCRCC1C2TRL為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)以保證信號(hào)不失真。開(kāi)路RB+VCCRCC1C2RL畫(huà)出放大電路的直流通路1、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算將交流電壓源短路將電容開(kāi)路。直流通路的畫(huà)法：開(kāi)路RB+VCCRC直流通道用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)（IB、UBE、IC、UCE）（1）估算IB（UBE

0.7V)RB+VCCRCIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。（2）估算UCE、ICRB+VCCRCICUCEIC=IB例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：VCC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)UBE

0.7VRB+VCCRCRB+VCCRCC1C2Tui=0時(shí)由于電源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB無(wú)信號(hào)輸入時(shí)1.靜態(tài)工作點(diǎn)——Ui=0時(shí)電路的工作狀態(tài)2、用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)RB+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB靜態(tài)工作點(diǎn)(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。iBuBEQIBUBEQUCEICiCuCEIBUCE=VCC–ICRC直流負(fù)載線由估算法求出IB，IB對(duì)應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)QVCCiCuCEQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC3、電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響1.改變RB，其他參數(shù)不變uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

IBQ趨近截止區(qū)；RB

IB

Q趨近飽和區(qū)。2.改變RC，其他參數(shù)不變RC

Q趨近飽和區(qū)。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC例2設(shè)RB=38k，求VBB=0V、3V時(shí)的iC、uCE。[解]uCE/ViC/mAiB=010A20A30A40A50A60A41O235當(dāng)VBB=0V：IB0，IC

0，5VuCE

5V當(dāng)VBB=3V：0.3UCE

0.3

V0，IC5mA二、動(dòng)態(tài)工作情況分析1、信號(hào)的放大過(guò)程各點(diǎn)波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋短路短路置零2.放大電路的交流通路RB+VCCRCC1C2RLuiuo

將直流電壓源短路，將電容短路。交流通路——分析動(dòng)態(tài)工作情況交流通路的畫(huà)法：RBRCRLuiuo交流通路微變等效電路rbeRBRCRL3、微變等效電路分析法1）放大倍數(shù)的計(jì)算負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL2）輸入電阻的計(jì)算：根據(jù)輸入電阻的定義：3）輸出電阻的計(jì)算：根據(jù)定義求：1.靜態(tài)工作點(diǎn)。例32.電壓放大倍數(shù)AU、輸入電阻ri、輸出電阻r0。解：1.IcVCE微變等效電路2.思路：微變等效電路iBuBEQiCuCEuiibibic1）交流放大原理（設(shè)輸出空載）假設(shè)在靜態(tài)工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，輸入一微小的正弦信號(hào)ui靜態(tài)工作點(diǎn)4、用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況iCuCEicuCE也沿著負(fù)載線變化uCEUCE與Ui反相！uCE怎么變化？Rb+VCCRCC1C2RL2）交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q影響動(dòng)態(tài)！交流通路RbRCRLuiuoicuce其中：uO=uce=—

ic（RC//RL）=—icRL′交流負(fù)載線的作法：①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)。

iCuCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)。

注意：（1）交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

（2）空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。三、放大電路的非線性失真問(wèn)題

因工作點(diǎn)不合適或者信號(hào)太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，從而引起非線性失真。1.“Q”過(guò)低引起截止失真NPN管：頂部失真為截止失真。不發(fā)生截止失真的條件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流負(fù)載線2.“Q”過(guò)高引起飽和失真ICSNPN管：

底部失真為飽和失真。uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC選擇工作點(diǎn)的原則：(1)當(dāng)ui較小時(shí)，為減少功耗和噪聲，“Q”可設(shè)得低一些；(2)為提高電壓放大倍數(shù)，“Q”可以設(shè)得高一些；(3)為獲得最大輸出，“Q”可設(shè)在交流負(fù)載線中點(diǎn)。一、靜態(tài)工作點(diǎn)的變化的原因1）溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響T↑→ICBO↑,溫度每升高10oC,ICBO↑一倍T↑→UBE↓,溫度每升高1oC,UBE↓2.5mvT↑→β↑,溫度每升高1oC,Δβ/β↑0.5—1%2.1.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

2）溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響ICQ=βIBQ+(1+β)ICBOIBQ=（Vcc-UBE）/RB

T↑→ICQ↑→Q↑→飽和失真

二、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)電路組成及工作原理－－分壓式偏置電路其中：RB1—上偏置電阻RB2—下偏置電阻RE—發(fā)射極電阻+UBEQ

IBQI1IEQ工作原理：1）直流通路ICQ若電路調(diào)整適當(dāng)，可以使ICQ基本不變。2）穩(wěn)定過(guò)程（原理）T↑→ICQ↑→ICQ·RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓

3）穩(wěn)定的條件UB固定UB=VCC×RB2/(RB1+RB2)（1）I1>>IB

硅管I1=（5--10）IBQ鍺管I1=（10--20）IBQ（2）UB>>UBE

硅管UB=（3--5）V鍺管UB=（1--3）V

三、靜態(tài)分析

求Q點(diǎn)（IBQ、ICQ、UCEQ）

求法：畫(huà)出直流通路求解———估算法

+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

IBQI1IEQICQ+UCEQ

四、動(dòng)態(tài)分析

1.畫(huà)出交流通路2.畫(huà)出放大電路的微變等效電路3.計(jì)算動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)1)計(jì)算放大倍數(shù)Au“-”表示Uo和Ui反相

Au的值比固定偏流放大電路小2)計(jì)算輸入電阻ro≈Rc。3)計(jì)算輸出電阻ro

ro=uo/ioUs=0RL=∞

（1）靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定（2）Au↓，ri↑，ro基本不變。（同固定偏置放大電路相比較）（3）改進(jìn)：加入旁路電容CE,可增加電路的電壓放大倍數(shù)結(jié)論例4

=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：靜態(tài)工作點(diǎn)，Au，ri，ro。1)求靜態(tài)工作點(diǎn)+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo[解]+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo2)求Au，ri，ro，

Ausro=RC=3k2.2共集放大電路2.2.1共集電極放大電路

(射極輸出器、射極跟隨器)IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQ=(VCC

–UBEQ)/[RB+(1+)

RE]ICQ=

IBQUCEQ=VCC–

ICQ

RE一、電路組成與靜態(tài)工作點(diǎn)二、動(dòng)態(tài)指標(biāo)分析交流通路RsRB++uoRLibiciiRE微變等效電路usRB+uoRLibiciirbeibRERs+RL=RE//RLIBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us電壓放大倍數(shù)：1輸入電阻：輸出電阻：usRB+uoRLibiciirbeibRERs+射極輸出器特點(diǎn)Au1

輸入輸出同相ri

高ro

低用途：輸入級(jí)輸出級(jí)中間隔離級(jí)例5

=120，RB=300k，rbb=200，UBEQ=0.7V,RE=RL=Rs=1k，VCC=12V。求：靜態(tài)工作點(diǎn)，Au，ri，ro。IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us[解]1)求靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ=(VCC–

UBE)/

[RB

+

(1+

)

RE]=(12

–

0.7)/[300+1211]

27(A)IEQ

IBQ

=3.2(mA)UCEQ=VCC–

ICQ

RE

=12–3.21=8.8(V)2)求Au，ri，rorbe=200+26/0.027

1.18(k)ri=300//(1.18+0.5×121)=51.2(k)RL=

1

//

1

=0.5(k)2.3多級(jí)放大電路及其

級(jí)間耦合方式2.3.1級(jí)間耦合問(wèn)題極間耦合形式：直接耦合A1A2電路簡(jiǎn)單，能放大交、直流信號(hào)，靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重。阻容耦合A1A2各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立，只放大交流信號(hào)，信號(hào)頻率低時(shí)耦合電容容抗大。變壓器耦合A1A2用于選頻放大器、功率放大器等。單級(jí)阻容耦合放大電路兩極阻容耦合放大電路直接耦合直接耦合和兩級(jí)放大電路2.3.2多級(jí)放大電路的分析1、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析變壓器耦合同單級(jí)放大電路阻容耦合直接耦合例:如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.解:

兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.第一級(jí)是射極輸出器:第二級(jí)是分壓式偏置電路2、動(dòng)態(tài)性能分析Au1第一級(jí)Au2第二級(jí)Aun末級(jí)uiuo1RLRSuousuo2ui2uinii=Au1·Au2

·

·

·

AunAu1(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)+·

·

·+Aun

(dB)考慮級(jí)與級(jí)之間的相互影響，計(jì)算各級(jí)電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)把后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載處理!!!（1）放大倍數(shù)的計(jì)算（2）輸入和輸出電阻的計(jì)算多級(jí)放大電路的輸入電阻為第一級(jí)放大電路的輸入電阻。多級(jí)放大電路的輸出電阻為最后一級(jí)放大電路的輸出電阻。例:如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路，已知β1=β2=50,T1和T2均為3DG8D。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010koU.Ui.（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。（2）求放大電路的輸入電阻和輸出電阻（1）求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)放大電路為射極輸出器2bi2cirbe2RC2rbe1RB11bi1ciRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)2bi2cirbe2RC2rbe1RB11bi1ciRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.(2)計(jì)算

r

i和r

0微變等效電路2bi2cirbe2RC2rbe1RB11bi1ciRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.由微變等效電路可知，放大電路的輸入電阻

ri等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。第一級(jí)是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān)，而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻

ri2。2bi2cirbe2RC2rbe1RB11bi1ciRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.2bi2cirbe2RC2rbe1RB11bi1ciRE1+_+_+_Ui.oU.o1U.（1）電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。由于級(jí)間是直接耦合，所以電路可以放大緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào)。（2）便于集成。由于電路中只有晶體管和電阻，沒(méi)有電容器和電感器，因此便于集成。缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響。會(huì)給設(shè)計(jì)、計(jì)算和調(diào)試帶來(lái)不便。（2）引入了零點(diǎn)漂移問(wèn)題。零點(diǎn)漂移對(duì)直接耦合放大電路的影響比較嚴(yán)重。一、直接耦合放大電路的優(yōu)缺點(diǎn)2.3.3直接耦合問(wèn)題二、直接耦合放大電路中的零點(diǎn)漂移問(wèn)題1）何謂零點(diǎn)漂移？2）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因3）零點(diǎn)漂移的嚴(yán)重性及其抑制方法電阻、管子參數(shù)的變化、電源電壓的波動(dòng)如果采用高精度電阻并經(jīng)經(jīng)過(guò)老化處理和采用高穩(wěn)定度的電源，則晶體管參數(shù)隨溫度的變化將成為產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因。如果零點(diǎn)漂移的大小足以和輸出的有用信號(hào)相比擬，就無(wú)法正確地將兩者加以區(qū)分。因此，為了使放大電路能正常工作，必須有效地抑制零點(diǎn)漂移。三、抑制零點(diǎn)漂移的方法：1）采用恒溫措施，使晶體管工作溫度穩(wěn)定。需要恒溫室或槽，因此設(shè)備復(fù)雜，成本高。2）采用溫度補(bǔ)償法。就是在電路中用熱敏元件或二極管（或晶體管的發(fā)射結(jié)）來(lái)與工作管的溫度特性互相補(bǔ)償。3）采用直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。4）各級(jí)之間采用阻容耦合。5）設(shè)計(jì)特殊形式的放大電路，用特性相同的兩個(gè)管子來(lái)提供輸出，使它們的零點(diǎn)漂移相互抵消，即“差動(dòng)放大電路”。2.4

差動(dòng)放大電路一、差動(dòng)放大電路的工作原理1、電路組成特點(diǎn)：a.兩只完全相同的管子b.兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸出端c.元件參數(shù)對(duì)稱2、抑制零漂的工作原理

原理：靜態(tài)時(shí)，輸入信號(hào)為零，即將輸入端短接。由于兩管特性相同，所以當(dāng)溫度或其他外界條件發(fā)生變化時(shí)，兩管的集電極電流ICQ1和ICQ2的變化規(guī)律始終相同，結(jié)果使兩管的集電極電位UCQ1、UCQ2始終相等，從而使UOQ=UCQ1-UCQ2≡0，因此消除了零點(diǎn)漂移。結(jié)論：即使采取了這些措施，差動(dòng)放大電路的兩半電路仍不可能完全對(duì)稱，也就是說(shuō)，零點(diǎn)漂移不可能完全消除，只能被抑制到很小。3、信號(hào)的輸入方式和電路的響應(yīng)（1）差模輸入方式Ui1=Uid，Ui2=-Uid差模輸入信號(hào)為Ui1－

Ui2=2

Uid差模輸入方式若Ui1的瞬時(shí)極性與參考極性一致，則Ui2的瞬時(shí)極性與參考極性相反。則有：ui1↑→ib1↑→ic1↑→uc1↓ui2↓→ib2↓→ic2↓→uc2↑輸出電壓uO=uC1－

uC2≠0，而是出現(xiàn)了信號(hào)，記為Uod。定義：Ad=Uod/2Uid（2）共模輸入方式Ui1=Ui2=Uic在共模輸入信號(hào)作用下，差放兩半電路中的電流和電壓的變化完全相同。ui1=ui2=0，uo=0Ui1=Ui2=Uic時(shí)，Uoc=0定義：Ac=Uoc/Uic共模輸入方式下的差放電路（3）任意輸入方式

輸入端分別接Ui1和Ui2，這種輸入方式帶有一般性，叫“任意輸入方式”。Uic=(Ui1+Ui2)/2Ui1=Uic+UidUi2=Uic+（-Uid）若則Uid=(Ui1-Ui2)/2任意輸入方式例如：Ui1=10mVUi2=6mV則

Uid=2mV

Uic=8mV利用疊加原理得到：Uo=Ad·2Uid+AcUic=Ad（Ui1-Ui2）結(jié)論：在任意輸入方式下，被放大的是輸入信號(hào)Ui1和Ui2的差值——即“差動(dòng)放大電路”。（4）存在的問(wèn)題及改進(jìn)的方案RE越大，則工作點(diǎn)越穩(wěn)定，零點(diǎn)漂移也越小。問(wèn)題：RE太大，在一定的工作電流下，RE上的壓降太大，管子的動(dòng)態(tài)范圍就會(huì)變小。改進(jìn)：常采用雙電源供電，用電源VEE提供RE上所需的電壓。典型差動(dòng)放大電路二、差分放大電路的分析

差動(dòng)放大器共有四種輸入輸出方式:

1.雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出）2.雙端輸入、單端輸出（雙入單出）3.單端輸入、雙端輸出（單入雙出）4.單端輸入、單端輸出（單入單出）主要分析的指標(biāo)有：

差模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻輸出電阻共模抑制比例：雙端輸入雙端輸出(1)差模電壓放大倍數(shù)

（2）共模電壓放大倍數(shù)（3）差模輸入電阻（4）輸出電阻(5)共模抑制比

共模抑制比KCMMR是差分放大器的一個(gè)重要指標(biāo)。，或

雙端輸出時(shí)KCMR可認(rèn)為等于無(wú)窮大，單端輸出時(shí)共模抑制比不為零。三、集成運(yùn)放基本知識(shí)1.模擬集成電路的特點(diǎn)1)直接耦合：采用差分電路形式，元件相對(duì)誤差??；2)大電阻用恒流源代替，大電容外接；3)二極管用三極管代替(B、C極接在一起)；4)高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。2.組成方框圖輸入級(jí)：差分電路，大大減少溫漂。中間級(jí)：采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，增益大。輸出級(jí)：OCL電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)偏置電路：鏡像電流源，微電流源。輸入級(jí)偏置電路中間級(jí)輸出級(jí)+uouid3.運(yùn)放的符號(hào)習(xí)慣用符號(hào)uid+VCC–VEE國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)uouid+VCC–VEE8等效電路uouidu–i+u+uoRidAuduidRoi–u+—同相端輸入電壓u-

—反相端輸入電壓uid—差模輸入電壓uid=u–

u+Aud—開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)

uo