共基极放大电路.doc

项目2 小信号放大电路& 知识点 共发射极电路的电压放大原理 放大电路的静态点及放大电路的饱和、截止失真 共发射极、共集电极电路的Au、ri、ro 共源极、共漏极电路的Au、ri、ro 差动放大电路抑制零点漂移 放大电路的上、下限频率、通频带 多级放大电路的级间耦合U 难点 放大电路的交流工作状态及其交流等效电路 放大电路的输出电阻 差动放大抑制零点漂移的原理 要求掌握： 共发射极、共集电极电路组成及特点，Q点、Au、ri、ro计算 共源极、共漏极电路及其特点 差动放大抑制零点漂移的原理了解 放大电路的频率特性模块1常用三极管小信号放大电路1 共发射极放大电路 半导体三极管可组成三种基本放大电路。我们以共发射极接法为例，说明放大电路的工作原理。1.1 基本共发射极放大电路的组成基本共发射极放大电路如图2-1（a）所示。：电流放大元件,图中用的是NPN型三极管；、: 直流电源 ，三极管放大电路中一般为几伏或十几伏； ：集电极电阻，一般为几千欧；：基极偏置电阻，一般为几十千欧到几百千欧；、：耦合电容，具有隔断直流、传递交流的作用。音频放大时，一般为5-20F。、均为电解电容，具有极性，“+”极接直流高电位，“-”极接直流低电位；、：为信号源的电动势，为信号源内阻；：放大电路的外接负载。 图2-1 共发射极放大电路由上述基本放大电路的组成可知放大电路的组成原则是： (1)为保证三极管工作在放大区，发射结必须正向运用，集电结必须反向运用。图（a）中、保证发射结正向运用；、应保证集电结反向运用。(2) 电路中保证输入信号能加至三极管的发射结以改变基极电流，通过基极电流控制集电极电流变化。同时，应保证把变化了的集电极电流转化成输出电压，因此集电极接有。为分析问题方便，图2-1（a）中将、分开来画。实际电路中，、共用一个电源，如图2-1（b）所示。当放大器输入端输入信号时，各极电流电压都随时间变化。各极的电流或电压有瞬时值、直流分量和交流分量之分，因此一定要把三者的符号弄清楚。以基极到发射极之间的电压为例：（小写字母、大写下标）发射结电压的瞬时值，包括交、直流分量。（大写字母、大写下标）发射结直流电压，即中的直流分量。（小写字母、小写下标）发射结的交流电压，中的交流分量。（大写字母，小写下标）为正弦交流电压的有效值。交流振幅值， 。（直流分量）所以可写为：（瞬时值）（交流分量） 1.2放大电路的工作原理1静态当输入信号时，三极管各极电流、电压都不变化。此时，放大电路处于静止工作状态，简称为静态。静态时，各极电流、电压分别用、表示，（、）和（、）在输入和输出特性曲线上各表示一个点，称为静态工作点。需要注意的是， 图2-2 放大电路静态工作情况静态时，耦合电容上的电压为，上的电压为，如图2-2所示。2动态在静态的基础上，输入交流信号，称电路工作在动态。为了分析简单，在图2-1（a）中，令=。输入信号经电容加到发射结上。由于容量大，在上产生的压降很小，可以忽略，因此，上的压降仍然是，发射结电压+ 。可见，在静态值的基础上随而变化，所以在静态值的基础上随而变化，见图2-3中、的波形。因管子工作在放大状态，在的控制下，集电极电流将在静态值的基础上随变化，且=，见图2-3中的波形。在输出回路中， 流过，当变化时，上压降随之变化，使得管压降也变化，即中有了交流分量。值得注意的是，当增加时，上的压降将增大， 减小；反之，减小时,增加；中的交流分量通过电容送到输出端为输出电压，见图2-3中、波形。只要选择适当，的幅度将比的幅度大得多，这样就实现了电压放大。从上述分析中，我们可以得出下列重要结论： 图2-3 各极电流、电压波形（1） 管子各极电流、电压均由直流分量和交流分量叠加而成。 （2） 管子各极电流、电压中，交流分量随输入信号而变化，因此“放大作用“是对交流而言。（3） 与反相，所以共发射极放大电路又叫反相放大器。 1.3直流通路和交流通路有交流信号输入时，放大电路中同时存在着直流分量和交流分量，为了分析计算方便，往往要画出放大电路的直流通路和交流通路。 图2-4 图2-1的交流通路绘直流通路应遵循的原则是：电容视为开路，电感视为短路。绘交流通路应遵循的原则是：直流电源内阻为零，视为短路；耦合电容容量很大、容抗很小，亦视为短路。根据上述原则，图2-1的交流通路如图2-4所示。图2-1中断开C1、C2后的电路为直流通路。直流通路是静态分析所依据的电路，而交流通路则是动态分析所依据的等效电路。 本节介绍了共发射极放大电路的基本组成及其工作原理，现通过例题说明电路能否有放大作用。 【例2-1】试判别图2-5所示电路能否放大。若不能放大，改正电路使之能放大。解：图2-5（a）中，由于有隔断直流的作 用，故+不能经使三极管有基极电流，也不能经使三极管有集电极电流，管子截止，故不能正常放大。若将改接到集电极与负载之间，能正常放大。图2-5（b）中，从直流通路看，经使三极管有基极电流，+经使三极管有集电极电流，可见电路的三极管能导通；从交流通路看，、+对交流相当于短路，不能加到e结以改 图2-5变，故不能正常放大。若将RB改接到VBB支路，能正常放大。图2-5（c）中三极管为PNP型，电源经和使三极管有基极电流，经、可使三极管有集电极电流，所以该电路直流工作正常。画出交流通路可看出，输入信号可加至结，集电极电流（交流信号）流过可产生输出电压。所以，图2-5（c）可以放大。2放大电路的分析方法放大电路的分析方法有两种，一种是图解法，另一种是微变等效电路法。图解法的特点是比较直观，有利于理解放大电路的工作原理和工作过程，帮助我们合理地安排静态工作点，正确选择电路参数。但图解法作图麻烦，遇到复杂的放大电路，例如反馈放大电路和多级放大电路，以及输入信号很小的情况下，应用图解法是困难的。在小信号工作状态下，等效电路法比较方便，但不适合于大信号工作状态的分析。2.1图解法图解法利用管子的特性曲线，通过作图的方法直接求出、，并描绘出电压、电流的波形。我们以图2-1（b）所示共射放大电路为例，先分析静态工作点，然后分析动态下、波形，最后讨论静态工作点的设置和非线性失真问题。 图2-6 静态工作点图解法1静态分析由图2-2可知， （2-1）因为三极管的较小，通常满足，忽略，则有 （2-2） 所以输入回路中用估算法可简便地求出，一般不用图解法。下面我们用图解的方法确定和。将图2-1输出回路的直流通路单独画出，如图2-6（a）所示。虚线左边是三极管，所以的关系由输出特性曲线决定；由虚线右边可知 （2-3）令=0，=，得点；令=0，=，得点，连结、两点得一直线，称为直流负载线，斜率为，如图2-6（b）所示。图2-6（a）中虚线处的、左右两边的一样，所以必须同时满足输出特性曲线和直流负载线。静态时=，所以对应的那条输出特性曲线与直流负载线的交点就是静态工作点，所对应的和的值就是静态值和。2.动态分析考虑负载后，图2-1的交流通路为图2-4，交流负载。此时，画、的波形不能利用式（2-3）所表示的负载线，应该用图2-7中的交流负载线MN。交流负载线的斜率，所以交流负载线比直流负载线更陡，又因时，电路的状态与直流状态相同，所以交流负载线应该经过静态工作点，见图2-7中的直线。 图2-7 交流负载线和电流电压波形电路中加入信号后，就三极管而言，与的关系仍是由管子的输出特性确定；就外部电路而言, 与的关系由交流负载线确定，所以，加入信号后,与就由输出特性曲线与交流负载线的交点确定。在知道基极电流波形的条件下，把的波形画 在输出特性上，便可定出动态工作点移动的范围，定出瞬时工作点的位置，找出与之相应的和的值，画出和的波形，如图2-7所示。 3静态工作点的设置与放大电路的非线性失真欲使三极管工作在放大区，静态工作点的选择应与输入信号幅度大小配合适当，否则会使输出电压和电流波形产生严重的非线性失真。图2-8（a）中，点选择太低，在输入信号负半周的部分时间内，动态工作点将进入三极管的截止区，产生“截止失真”，表现为部分时间电流为零，输出电压最大值被限幅在某一数值上。图2-8（b）中，点选择过高，则输入信号正半周的部分时间内，动态工作点将进入三 极管的饱和区，产生“饱和失真”，表现为负半周 失真。饱和失真和截止失真均为非线性失真。消除截止失真，可将工作点上移，办法是减小偏置电阻，使、增大；消除饱和失真，可将静态工 图2-8 放大电路的失真作点下移，办法是增大，使、减小，退出饱和区。2.2微变等效电路法我们知道，三极管是非线性器件，因此放大电路是非线性电路。但是，当放大电路的输入信号足够小时，对三极管输入端而言，输入电压振幅，放大电路的动态范围很小，在这个小范围内视三极管的为常数，也就是说，对小信号而言，三极管可看作线性器件。因此，可用一线性电路来等效半导体三极管，该线性电路就是三极管的小信号等效电路。如图2-9所示。 图2-9 等效电路的概念1半导体三极管的等效电路我们从三极管的输入、输出特性曲线引出三极管的微变等效电路，又称交流等效电路。图2-10 输入、输出特性曲线图2-10（a）是三极管的输入特性曲线，在点的基础上，发射结电压有一微变量，则基流有一相应的微变量，三极管的工作范围内曲线近似为直线，是一常数。令=，称为三极管的输入电阻。当、非常小时，则输入电阻可表示为：= （2-4）因此，从三极管、看进去的等效电路为一电阻。低频小功率管输入电阻= （2-5）由图2-10（b）三极管的输出特性曲线可看出：在点附近，输出特性曲线是一组近似平行的等距线，它反映了集电极电流只受基极电流控制而与管压降关系不大。在点附近，基流有一变化量时，集流就有变化量， =，因而从三极管的输出端看进去可等效为一受控电流源。 图2-11 三极管的等效电路在小信号输入时，可用、表示、，因此可得受控电流源=。三极管等效电路如图2-11所示。 画三极管的等效电路应注意： （1）等效电路只适应于分析放大电路在低频小信号输入时的交流性能指标，不能用来计算静态工作点；（2）NPN和PNP型三极管的交流等效电路相同；（3）为受控电流源，其方向、大小都受控制。当规定从极极时，则一定是从极极，反之亦反。 以图2-12为例说明等效电路法分析放大电路时的具体步骤：（1） 画出放大电路的交流通路，如图2-12（b）；（2） 将交流通路中的三极管用其等效电路代替如图2-12（c）；这里交流量都是用相量表示。（3） 利用电路分析的理论，分析计算放大电路的性能指标。 2放大电路的分析 图2-12 画放大电路交流等效电路举例(1) 放大电路的主要性能指标。放大电路的交流性能指标很多,这里介绍的仅是其中一部分。 放大倍数。放大倍数的大小反映放大电路的放大能力。主要有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。我们只介绍电压放大倍数。 (a) 电压放大倍数。输出电压与输入电压之比为电压放大倍数，即 = （2-6） (b) 源电压放大倍数。输出电压与信号源电动势之比为源电压放大倍数,即= （2-7）在工程上，常用分贝数（dB）来表示放大电路的放大能力。电压放大倍数与分贝数的关系为 （dB）=20（dB） （2-8） 输入电阻。输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，如图2-13所示。其定义为 （2-9）愈大，放大电路从信号源汲取的电流愈小。因此，许多电子设备，特别是测量仪器（如晶体管电压表、示波器等）都要求具有很高的输入电阻，以免仪器接入时改变了被测电路的工作状况，造成测量误差。 输出电阻ro。对于负载来说，放大电路相当于一个信号源，如图2-13所示。是该信号源的等效电动势，该信号源的内阻即为放大电路的 输出电阻ro。输 图2-13 放大电路的输入电阻和输出电阻出电阻的大小说明了放大电路带动负载的能力.如等效信号源为恒压源，即输出电阻ro =0，变化时输出电压始终不变，我们说放大电路带负载能力强。（2）共发射极放大电路图2-1所示共发射极放大电路的等效电路如 图2-14所示。 图2-14 共发射极放大电路等效电路 输入电阻。由图2-14可见, 输入电阻为 一般，因此 （2-10） 电压放大倍数。由图2-14可知 （2-11）其中，,称之为集电极的交流负载电阻。若未接负载电阻，则。式中的“”号表示共发射放大电路的输出电压与输入电压反相。 输出电阻。根据“电路分析”求输出电阻的方法：令，从图2-14的输出端看进去= （2-12）注意：放大电路的输出电阻不包括负载。 输出电阻也可通过测量放大电路带负载前后输出电压的变化求出，用图2-15来说明。首先测量放大器带负载前（开关S打开）时输出端电压，该电压即为放大电 图 2-15 通过测量求输出电阻路的等效信号源电动势；然后测量带负载（开关S闭合）时输出端电压Uo，由于放大电路输出电阻的影响，输出端电压将下降为。与的关系为 ： ，所以放大电路的输出电阻为 （2-13）【例2-2】在图2-1中,设三极管为3DG6，VCC12V。求（1）、； (2)未接时的电压放大倍数；（3）接=2K时的电压放大倍数；（4）求输入电阻和输出电阻。解：交流等效电路如图2-14所示。（1） 根据其直流通路可得=（2）未接时（等效电路中将开路），因 所以 （3）接时可见，接负载后，集电极的交流负载电阻减小，电压放大倍数减小。（4）求、 根据求输出电阻的方法，可得=3 分压式偏置电路由上一节的分析可知：放大电路的交流工作状态与其直流工作状态有着十分密切的关系，合适的直流工作状态，即合适的静态工作点是放大电路正常工作的基础。由第一章的分析可知，温度升高时，管子的静态集电极电流会随之增加，因此，静态工作点既要选择合适又要比较稳定是对电路的基本要求。选择合适的偏置电路就是为了这一目的。偏置电路有几种，但常用的能稳定静态工作点的是分压式偏置电路，电路如图2-16所示。电路中，称上偏置 图2-16 分压式偏置电路电阻；称下偏置电阻；称射极电阻；为射极旁路电容（使交流信号不在上产生压降）。为保证电路工作点稳定，电路上要做到下述两点： 第一，保持基极电位稳定。设计时取， 所以 （2-14）因此，基本稳定。第二，保持射极电位稳定。设计时，取，所以=- （2-15）因稳定，所以稳定、稳定。1稳定静态工作点的原理温度对三极管参数的影响，最后体现在集电极电流的变化上。当温度升高时，减小，、增大，随之增大，也增大。因、 基本稳定，所以（=-）减小，自动减小，牵制了的增加，从而达到了稳定静态工作点的目的，稳定静态工作点的过程可简述为 同样，当温度降低时，随之减小，自动增大，牵制了的减小，稳定了静态工作点。 分压式偏置电路静态工作点比较稳定体现在：（1） 温度变化时，静态工作点比较稳定；（2） 电路设计好后，调试电路时，即使管子的值有所差别，其静态工作点 也差别不大。因此，适合于批量生产。2分压式偏置电路分析举例【例2-3】电路如图2-12（a）所示。已知=12V,K,=1.5K,K,K,K, =2 K, F，F，, =0.6V。（1）估算静态工作点；（2）画出交流等效电路；（3）求、 ； （4）计算 ；（5）若 开路了，电路工作情况如何？ （6）标出图中电容的极性并写出其直流电压值。 解：（1）由其直流通路及式（2-14）可得： =1.2() 集电极电流:=1.2() 集电极-发射极电压:=12-1.2(2+2)=7.2（2） 等效电路如图2-12（c）所示。（3）因 所以输入电阻为 根据求的方法，可得输出电阻=（4）电压放大倍数（5）若开路，电路直流工作状态未发生变化，但发射极对交流而言不能视为接地，输入电压只有一部分加到发射结上。因此基流的交流分量比未开路时小，从而使输出电压减小、电压放大倍数减小、输入电阻增加。（6）因电解电容在使用时，“+”极应接高电位，“-”极接低电位。所以，耦合电容、和发射极旁路电容的极性如图2-12（a）中所示 。 4 共集电极放大电路图2-17（a）为共集电极放大电路，图（b）是它的直流通路。由图2-17（a）可见，放大了的信号由三极管的发射极经耦合电容输出，故又叫射极输出器。图2-17 共集电极放大电路4.1 静态分析由图2-17（b）可确定、。根据基流的流通路径，由基尔霍夫定律可知： 所以 （2-16） 4.2 动态分析共集电极放大电路图2-17（a）的交流通路及其等效电路如图2-18（a）、（b）所示。由交流通路可清楚看出：输出端与输入端的公共端接集电极，所以称为共集电极放大电路。1输入电阻因 = （2-17）所以 （2-18）与图2-1共发射极放大电路相比，射极输出器的输入电阻高。这是由于输入电压的绝大部分降在射极负载电阻上，降在基极发射极间的很少，所以基极电流很小。输入电压未变而输入基极电流减小，说明从、两点向右看有一个很大的等效电阻。 较大，射极输出器的输入电阻也较大。2电压放大倍数设，由图2-18（b）可得电压放大倍数的表达式为 图2-18 共集电极放大电路 (2-19) 一般情况下均能满足，所以射极输出器的电压放大倍数小于，但很接近于，即，故射极输出器又称跟随器。大于零说明与同相。3输出电阻根据求输出电阻的方法可得 (2-20)因、较小，所以非常小，一般只有几十欧。通过上面的分析可知：射极输出器的电压放大倍数近似为，从放大电压的角度来看是不适宜的。但它的输入电阻高、输出电阻小，这两个特点使射极输出器的应用极为广泛。利用输入电阻很高这一特点，射极输出器可作为多级放大电路的输入级，使放大电路向信号源索取较小的电流，测量仪表如示波器输入级采用跟随器，可提高测量的精度。利用输出电阻很低这一特点，射极输出器可作为电路的输出级，使放大电路有较强的带负载能力，如收音机中的功放级实际是由跟随器组成。射极输出器还常作缓冲电路，以隔离前后级之间的相互影响。【例2-4】已知电路如图2-19（a），=，其它元件参数如图中所示。求：、。 图2-19解：画出等效电路如图2-19（b）所示。电压放大倍数 因为 = 所以输入电阻 假设，则 所以输出电阻 *5 共基极放大电路共基极放大电路的原理电路如图2-20（a）所示，为基极旁路电容。图2-20（b）为其交流通路。由交流通路可见，输入电压加在发射极和地之间，输出电压从集电极和地之间取出，输入回路和输出回路的公共端接基极，故称为共基极电路。 5.1 静态分析该电路的直流通路和图2-12（a）所示电路完全相同，静态工作点的计算公式都适用。5.2 动态分析1输入电阻 图2-20 共基极放大电路画出交流等效电路如图2-20(c)所示。可见 因此 =输入电阻 = （2-21）由式（2-21）可知，共基极放大电路的输入电阻比共发射极电路的输入电阻要小得多。2电压放大倍数 （2-22） 可以看出，共基极放大电路与共发射极放大电路电压放大倍数表达式仅差一个负号，说明共基极放大电路输出电压与输入电压同相。3. 输出电阻 （2-23）【例2-5】图2-20（a）中， ，。计算、。解：因为 所以电压放大倍数 因为 所以输入电阻 输出电阻为 由上述分析知，共基极电路的输入电阻非常小，在要求高输入阻抗的情况下是不合适的。共基电路的最大特点之一是频率特性好，所以在高频率电路中，如振荡器等电路中，共基电路用的较多。6场效应管放大电路场效应管放大电路有三种基本组态：共源极放大电路、共漏极放大电路和共栅极放大电路。6.1场效应管的偏置电路与半导体三极管放大电路一样，场效应管放大电路也需要有合适的静态工作点，所不同的是场效应管是电压控制器件。因此，场效应管的偏置电路有自给偏压电路和混合偏压电路两种形式。1自偏压电路以N沟道结型场效应管为例，图2-21为自给偏压电路。图中为漏极电阻，为栅极电阻，为源极电阻用来产生自偏压，对交流起旁路作用。静态电流流过源极电阻，在上产生上“”下“”的直流电压，即源极到地的直流电压。由于0，所以0。因此，栅源极偏置电压为 = （2-24）自偏压电路简单，但自偏压电路只适用于结型场效应管和耗尽型MOS管。 图2-21 自偏压电路 图2-22混合偏压电路2混合偏压电路以N沟道增强型MOS管为例。图2-22 为混合偏压电路。漏极电源电压经和分压，在上分得的电压经加到栅极。因此栅极电位为=，同时，漏极电流在源极电阻上也产生压降。因此静态的栅源极间电压为 （2-25）由式（2-25）可以看出，混合偏压电路提供的静态栅源间电压可正、可负、可为零。因此，它也可以为结型场效应管和耗尽型MOS管提供偏置电压。 6. 2场效应管放大电路 1场效应管的等效电路 场效应管输入电阻很高，可认为输入电流0， 故输入端视为开路。在恒流区工作时，漏极电流的变 图2-23场效应管等效电路化受电压控制，即Id=gmUgs是压控电流源。所以场效应管的等效电路如图2-23所示。 在高频工作时，必须考虑极间电容的影响，这 时需用高频等效电路。 （a）放大电路 （b）等效电路 图2-24共源极放大电路及其等效电路2共源极放大电路电路如图2-24（a）所示，其等效电路如图2-24（b）所示（1）电压放大倍数= (2-26) 其中 （2）输入电阻 (2-27)阻值一般为几百千欧至几兆欧，加为了进一步提高放大电路的输入电阻。（3）输出电阻 (2-28)【例2-6】已知共源极电路如图2-24（a）所示。其中，管子的0.7ms, ，。（1）求和；（2）求。解：（1）由等效电路图2-24（b）可得 =1000+=1M根据等效电路，利用求输出电阻的方法可得 （2）因 =55=2.5K所以 =由上述分析计算可以看出，共源极放大电路电压放大倍数为负值，说明共源极放大电路输入电压与输出电压反相，与共发射极放大电路相同。3共漏极放大电路电路如图2-25（a）所示，等效电路如图2-25（b）。由等效电路可以看出，电路的输入与输出的公共端接漏极，所以叫共漏极放大电路。电压放大倍数 (2-29)输入电阻 (2-30)输出电阻 （2-31） (a)放大电路 (b) 等效电路 图2-25共漏极放大电路及其等效电路可以看出：共漏极电路的电压放大倍数小于但接近；共漏极电路输入电阻高、输出电阻小，与射极输出器相似。共漏极放大电路又称源极输出器。模块2两级放大电路组装与测试1多级放大电路单级电压放大电路，其电压放大倍数一般可达到几十几百，然而实际工作中接收的输入信号一般为毫伏甚至微伏数量级，功率在毫瓦以下。为了推动负载工作，输入信号必须经多级放大，使其最终能输出一定幅度和足够的功率。多级放大电路的组成框图如图2-26所示。放大电路级间的连接方式，称为耦合方式。图2-26 多级放大电路的组成框图多级放大电路的耦合方式有三种：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合。1.1 阻容耦合放大电路通过耦合电容和电阻将前级输出传至下一级输入称为阻容耦合。图2-27所示电路即为阻容耦合放大电路。由于耦合电容、的隔直作用，各级放大电路的工作点相互独立，调试工作点时方便。、为射极旁路电容，低频放大电路中，通常取50100F。、对交流信号的容抗近似为零。图2-27 阻容耦合放大电路 图2-28 图2-30的交流通路由图2-28交流通路可以看出总的电压放大倍数，且在计算前级的放大倍数时必须考虑到后级的输入电阻对前级的负载作用。 多级放大电路输出电压与输入电压的相位由各级共同决定。图2-27中，输出电压与输入电压同相。1.2 直接耦合放大电路 为了放大缓慢变化的信号采用直接耦合放大电路。图2-29所示为直接耦合放大电路，又叫直流放大器。 图2-29 直接耦合放大电路直流放大器既能放大缓慢变化的信号（习惯称为直流信号），也能放大通常所说的交流信号。 直接耦合有如下特殊问题。 图2-30 几种直接耦合方式1 静态工作点相互影响。设图2-29中使用的均是硅管，第二级发射结电压为0.7v左右，限制了第一级管的集电极电压，使第一级工作在饱和区附近。因此，直接耦合放大器的静态工作点相互影响。解决直流放大器中工作点相互影响，保证各级工作点正常，可采用图2-30中几种电路形式。（a）图中的和（b）图中的都是为了抬高级的基极电位。2零点漂移若将直流放大器的输入端短接（输入信号为零），在输出端接上记录仪后，可发现输出端有缓慢变化的无规则的信号输出，称之为零点漂移，如图2-31所示，零点漂移问题在直流放大器中尤为突出。图2-31 零点漂移现象引起漂移的原因很多，但温度变化影响最大，故常称为温度漂移，简称温漂。温度变化引起各级工作点变化，尽管这种变化是缓慢的，由于是直接耦合，漂移会被逐级放大，尤其是第一级的漂移影响最大。在输出级，漂移信号（虚假信号）与有用信号相混合使有效信号的辨识更加困难，甚至“淹没”有效信号。抑制零点漂移，可选用温度稳定性好的管子（如Si管）和高质量的电阻、采用稳压电源等等。有效的措施是采用差动放大电路，尤其是直流放大器的第一级。模块4集成运算放大器的研究1差动放大电路我们希望直流放大电路中，时，且输出基本不变；由于温度变化对三极管的影响，往往是，不等于零，且无规则的缓慢变化，采用差动放大电路能有效地抑制零点漂移。1.1基本差动放大电路1电路结构特点基本差动放大电路如图2-32所示，要求电路左右 图2-32两边对称。、是双端输入信号；、是单端输出信号；是双端输出信号，=-。 2 抑制零点漂移的原理 电路无输入时，即=0。因电路对称，=，=，所以=-=0。 若温度变化，、变化始终相同。、总是相等，双端输出恒为零，因此，双端输出时无零点漂移。应该看到，电路绝对对称是不可能的，因此，零点漂移不可能完全抑制掉；另外，若是单端输出，零点漂移依然存在。3 三类输入信号（1）共模输入信号两输入信号大小相等、极性相同，即=，称为共模输入，用（=）表示。由前述分析已知：电路对称，共模输入时，双端共模输出=0，所以差动放大电路对共模信号的放大倍数，对共模信号无放大作用。温度变化使两管电流产生同向漂移，可看作在输入端加入一共模信号。差放双端输出时能抑制共模信号的输出，即差放双端输出时能有效抑制零点漂移。（2）差模输入信号两输入信号大小相等、极性相反，即=-，称为差模输入，差模信号用表示，即=-。 设0,0,T1集电极电流增加，T2集电极电流减小；T1管的输出减小，T2管的输出增加。所以有差模输出电压=-，称为差模输出。可见，差动放大电路对差模输入信号有放大作用，差模电压放大倍数。（3）任意输入信号两输入信号大小和极性都是任意的，称为任意输入信号。任意输入信号可以分解为共模输入信号和差模输入信号，见图2-33。设=+100mv，=+40mv，则=70mv，=30+30=60mv。其分解的公式是： 共模输入 差模输入 （2-32） 差放的任意输入信号都可以认为是共模信号和差模信号的组合。差动放大电路对差模信号有放大作用，对共模信号无放大作用，“差动”、“差放”的含义由此得来。 图 2-33 图 2-341.2典型差动放大电路 采用图2-34差动放大电路，即使电路不完全对称，单端输出时的零点漂移 也很小，双端输出时的零点漂移更小。 1共模反馈电阻 对差模输入而言，T1、T2管电流变化相反，流过的总电流不变，所以对差模信号无影响。 对于共模输入而言，T1、T2管电流变化相同，上有二倍的变化电流产生的压降，对每一管的共模输入都有着较强的负反馈作用，使每一管的输出漂移都很小，双端输出时漂移更小。所以，越大，电路抑制零漂的能力愈强。 2 负电源共模反馈电阻阻值越大，电路抑制共模信号的能力愈强。但愈大，其直流压降愈大，则T1、T2的管压降越小，影响放大电路的动态范围。接负电源可予以补偿，使可选大点。通常，与-的取值相等。3 调零电阻由于电路不是绝对对称，静态时，不为零。为保证零输入时，零输出，加调零电阻。的阻值不宜过大，约几十到几百欧姆。 我们希望差动放大电路的差模放大倍数大，共模放大倍数小（理想为0），为衡量差动放大电路的性能，引进共模抑制比，常用分贝（）作单位，其定义式为（） （2-33）共模抑制比越大越好，理想情况下，双端输出时的。 由于差动放大电路抑制零点漂移的能力强，所以集成运算放大器中的输入级都采用差动放大电路。*2 放大电路的频率特性2.1 放大电路的频率失真与频率特性由于放大电路中有耦合电容和旁路电容，还有管子的极间电容，使放大电路的电压放大倍数随频率的变化而变化。放大倍数与信号频率的关系称为放大电路的频率特性。1放大电路的频率失真前面分析放大电路时，假设输入信号为单一频率正弦波，同时认为电路中耦合电容、旁路电容对交流信号短路，三极管结电容对交流信号开路，这样分析得到的放大倍数是常数。但实际中，放大电路的输入信号往往不是单一频率的正弦波。我们知道，非正弦波可以看作是许多不同频率的正弦波叠加而成的。为了使放大电路的输出信号与输入信号波形相同，即不失真，就必须将输入信号所包含的全部频率成分进行“同等放大”，也就是将输入信号中各种频率成分放大相同的倍数，而它们之间的相对相位关系又保持不变。实际的放大电路能否满足这一要求呢？不能。因为实际放大电路中的耦合电容、旁路电容和结电容在不同频率下的阻抗值是不同的，使得放大电路对输入信号中的不同频率成分不能进行“同等放大”。当输入信号为非正弦波时，输出信号就不能再现与输入信号完全相似的波形，产生了失真。这种因放大电路对不同频率信号放大能力不同而引起的失真称为频率失真。频率失真包含两个方面：因信号中各频率成分被放大的倍数不同而造成的失真称为幅频失真；因输出信号中各频率成分之间的相位关系不能保持原输入信号中各频率成分之间的相位关系而造成的失真称为相频失真，如图2-35所示。频率失真并没有使输出信号增加新的频率成分，也没有减少输入信号原有的频率成分，称为线性失真，以区别于非线形失真。尽管频率成份未变，但是图（b）或图（c）中的波形与图（a）中的波形3都不一样。2. 放大电路的频率特性为了合理选择放大电路中元器件，使频率失真减小到允许的程度，我们必须分析放大电路的频率特性，即放大倍数与信号频率的函数关系。放大电路的频率特性可用如下复数表示（a） 输入波形 (b) 幅频失真 (c) 相频失真 图2-35 频率失真波形：1-基波；2-三次谐波；3-合成波 表示放大倍数的幅值与信号频率的关系，称为幅频特性；表示放大倍数的相移与信号频率的关系，称为相频特性。幅频特性和相频特性统称频率特性。单极阻容耦合共射放大电路的典型的频率特性如图2-36所示。在幅频特性图上，中间一段频率范围特性平坦，放大倍数基本上不随频率改变，这一频率范围称中频段（区）；频率高于中频段的频率范围称高频段（区）；频率低于中频段的频率范围称低频段（区）。频率变化放大倍数下降到中频放大倍数的（0.707）倍时所对应的频率分别称为上限频率和下限频率。上、下限频率之间的频率范围称为通频带，用表示，即 （2-34）在相频特性曲线上，对应于中频段内的相移称为中频相移，用180表示。在高频段或低频段，输出电压对输入电压的相移在中频相移的基础上增加或减小的相移，称为附加相移。影响阻容耦合放大电路频率特性的主要因素有耦合电容、旁路电容和结电容。现分中频区、高频区和低频区三个频段进行定性分析。中频区幅频特性的特点是电压放大倍数近似恒定。这是因为对于这一频率范围，耦合电容、和旁路电容的容抗很小，可视为短路，结电容容抗很大，可视为开路。因此，电压放大倍数与频率无 图2-36 单极阻容耦合共射 关，为一固定值。 放大电路的频率特性在低频区电压放大倍数随频率的下降而减小。因为信号频率降低时，耦合电容及旁路电容的容抗增大，使得管子发射结上的信号电压减小、输出电压减小、放大倍数减小。工作频率越低，电压放大倍数越小。高频区电压放大倍数随频率的升高而减小。在高频区，由于频率较高时，耦合电容及旁路电容的容抗比中频时还小，更可视为短路，但结电容的影响不能忽略。图237给出了工作在高频区时等效电路示意图，、分别是发射结电容、集电结电容、输出电容。频率升高时，的容抗将减小，对信号的分流作用将增强，使基流减小，输出电压减小，从而使放大倍数减小。的影响更严重，具体原因可参阅相关书籍。 图2-37 共发射极电路的高频等效电路相频特性中，在中频区，因共射电路在中频区输出电压与输入电压反相。在低频区和高频区还有附加位移，详细分析本教材从略。2.2 三极管的频率参数影响放大电路的高频特性的主要原因是三极管的结电容，考虑结电容的影响时，三极管的电流放大系数是频率的函数，可表示为 （2-35）其中，是三极管中频时的共射极