第3章双极型三极管及其放大电路

第三章半导体三极管及其放大电路3.1双极型三极管3.2双极型三极管基本放大电路3.3放大电路的图解分析法3.4放大电路的微变等效电路分析法3.5稳定静态工作点的方法3.6共集电极和共基极电路3.7差分放大电路3.8多级放大电路3.9放大电路的频率响应3.1双极型三极管(BJT)又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。(BipolarJunctionTransistor)三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN和PNP型。主要以NPN型为例进行讨论。三极管的外形3.1.1三极管的结构与符号常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在N型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成P型(基区)，再在P型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。合金型三极管制作工艺：在N型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与N型锗接触，冷却后形成两个P型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。三极管结构示意图和符号(a)NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN三极管结构示意图和符号(b)PNP型3.1.2三极管的工作原理以NPN型三极管为例讨论三极管中的两个PN结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。becRcRb三极管中载流子运动过程IEIB1.发射发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。2.复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉的空穴由VBB补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。三极管中载流子的运动becIEIBRcRb三极管中载流子运动过程3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC。IC

另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO三极管中载流子的运动beceRcRb三极管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEp一般要求ICn在IE中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数，即一般可达0.95~0.99三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB代入(1)式，得其中：共射直流电流放大系数。上式中的后一项常用ICEO表示，ICEO称穿透电流。当ICEO<<IC时，忽略ICEO，则由上式可得共射直流电流放大系数近似等于IC与IB之比。一般值约为几十~几百。三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.961.任何一列电流关系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,ICIE。2.当IB有微小变化时，IC较大。说明三极管具有电流放大作用。

3.

共射电流放大系数共基电流放大系数IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.964.在表的第一列数据中，IE=0时，IC=0.001mA=ICBO，ICBO称为反向饱和电流。

在表的第二列数据中，IB=0，IC=0.01mA=ICEO，称为穿透电流。根据和

的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得故与两个参数之间满足以下关系：直流参数与交流参数、的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，与，与的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。输出回路输入回路+UCE-3.1.3三极管的特性曲线特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。IBUCE三极管共射特性曲线测试电路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A++mA输入特性：输出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE一、输入特性

(1)UCE=0时的输入特性曲线RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A当UCE=0时，基极和发射极之间相当于两个PN结并联。所以，当b、e之间加正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性。(2)

UCE>0时的输入特性曲线

当UCE>0时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。UCE>UBE，三极管处于放大状态。

*特性右移(因集电结开始吸引电子)OIB/AUCE≥1时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A++mAUBE*UCE

≥1V，特性曲线重合。三极管共射特性曲线测试电路三极管的输入特性二、输出特性NPN三极管的输出特性曲线IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321划分三个区：截止区、放大区和饱和区。截止区放大区饱和区放大区1.截止区IB≤0的区域。两个结都处于反向偏置。IB=0时，IC=ICEO。

硅管约等于1A，锗管约为几十~几百微安。截止区截止区2.放大区：条件：发射结正偏集电结反偏

特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。二、输出特性IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321放大区集电极电流和基极电流体现放大作用，即放大区放大区对NPN管UBE>0，UBC<0NPN三极管的输出特性曲线3.饱和区：条件：两个结均正偏IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321对NPN型管，UBE>0UBC>0。

特点：IC基本上不随IB而变化，在饱和区三极管失去放大作用。IC

IB。当UCE=UBE，即UCB=0时，称临界饱和，UCE

<

UBE时称为过饱和。饱和管压降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(锗管)饱和区饱和区饱和区3.1.4三极管的主要参数三极管的连接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基极接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共发射极接法NPN三极管的电流放大关系一、电流放大系数是表征管子放大作用的参数。有以下几个：1.共射电流放大系数

2.共射直流电流放大系数忽略穿透电流ICEO时，3.共基电流放大系数

4.共基直流电流放大系数忽略反向饱和电流ICBO时，和

这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：二、反向饱和电流1.集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO2.集电极和发射极之间的反向饱和电流ICEO(a)ICBO测量电路(b)ICEO测量电路ICBOcebAICEOAceb小功率锗管ICBO约为几微安；硅管的ICBO小，有的为纳安数量级。当b开路时，c和e之间的电流。值愈大，则该管的ICEO也愈大。反向饱和电流的测量电路三、极限参数1.集电极最大允许电流ICM当IC过大时，三极管的值要减小。在IC=ICM时，值下降到额定值的三分之二。2.集电极最大允许耗散功率PCM过损耗区安全工作区将IC与UCE乘积等于规定的PCM值各点连接起来，可得一条双曲线。ICUCE<PCM为安全工作区ICUCE>PCM为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安全工作区安全工作区过损耗区过损耗区三极管的安全工作区3.极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。

U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。

U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。

安全工作区同时要受PCM、ICM和U(BR)CEO限制。过电压ICU(BR)CEOUCEO过损耗区安全工作区ICM过流区三极管的安全工作区3.2双极型三极管基本放大电路3.2.1放大电路的基本概念及性能指标一、放大的基本概念本质：实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由能量较小的输入信号控制这个能源，使之输出较大的能量，然后推动负载。小能量对大能量的控制作用称为放大作用。放大的对象是变化量。元件：双极型三极管和场效应管。二、放大电路的主要技术指标放大电路技术指标测试示意图一、放大倍数二、最大输出幅度在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值表示，或有效值表示(Uom、Iom)。三、非线性失真系数D四、输入电阻Ri所有谐波总量与基波成分之比，即从放大电路输入端看进去的等效电阻。五、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。测量Ro：输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL的输出电压、。输出电阻愈小，带载能力愈强。Aum六、通频带BW七、最大输出功率与效率输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号Pom表示。：效率PV：直流电源消耗的功率fL

fHfL：下限频率fH：上限频率图2.3.23.2.2共射基本放大电路的组成与放大原理一、单管共发射极放大电路的组成单管共射放大电路原理电路VT：NPN型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；RC：当iC通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；VBB、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。二、放大电路的工作原理1、放大作用：单管共射放大电路的原理电路2、组成放大电路的原则：（1）外加直流电源的极性必须使发射结正偏，集电结反偏。则有：（2）输入回路的接法应使输入电压

u

能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量

iB。（3）输出回路的接法应使变化量

iC能够转化为变化量

uCE，并传送到放大电路的输出端。3、原理电路的缺点：（1）双电源供电；2.uI、uO不共地。4、单管共射放大电路单管共射放大电路C1、C2：为隔直电容或耦合电容；RL：为负载电阻。该电路也称阻容耦合单管共射放大电路。3.3.3放大电路的基本分析方法1、直流通路图(b)图(a)2、静态工作点的近似计算bceIBQICQUCEQ图(a)硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC【例】图示单管共射放大电路中，VCC=12V，Rc=3k，Rb=280k，NPN硅管的=50，试估算静态工作点。图3.10(b)解：设UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc=(12-23)V=6V3.3图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程(一)图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值方法：根据uCE=VCC

-

iCRc式确定两个特殊点输出回路输出特性直流负载线Q由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ为静态值。图3.10(b)【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算IBQ做直流负载线，确定Q点根据UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.0iB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V由Q点确定静态值为：iC

/mA图2.13(b)(二)图解分析动态1.交流通路的输出回路输出通路的外电路是Rc和RL的并联。2.交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：OIBiC

/mAuCE

/VQ静态工作点3.动态工作情况图解分析输入回路工作情况0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBE交流负载线直流负载线4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40µA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC输出回路工作情况分析4.电压放大倍数【例】用图解法求图示电路电压放大倍数。输入、输出特性曲线如右图，RL=3k。uCE=(4.5–7.5)V=-3VuBE=(0.72–0.68)V=0.04V解：求确定交流负载线取iB=(60–20)A=40A则输入、输出特性曲线上有单管共射放大电路当输入正弦波uI时，放大电路中相应的uBE、iB、iC、uCE、uO波形。共射放大电路的电压电流波形二、图解法的应用(一)用图解法分析非线性失真1.静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui结论：iB波形失真OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ——截止失真iC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真时的输出uo波形。uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQOIB=0QtOO

NPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q点过高，引起iC、uCE的波形失真—饱和失真(二)用图解法估算最大输出幅度OiB=0QuCE/ViC

/mAACBDE交流负载线输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的A、B所限定的范围。Q尽量设在线段AB的中点。则AQ=QB，CD=DE(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响1.改变Rb，保持VCC，Rc，不变；OIBiCuCE

Q1Rb增大，Rb减小，Q点下移；Q点上移；Q2OIBiCuCE

Q1Q32.改变VCC，保持Rb，Rc，不变；升高VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。Q23.改变Rc，保持Rb，VCC，不变；4.改变，保持Rb，Rc，VCC

不变；增大Rc，直流负载线斜率改变，则Q点向饱和区移近。OIBiCuCE

Q1Q2OIBiCuCE

Q1Q2增大，ICQ增大，UCEQ减小，则Q点移近饱和区。图解法小结1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系；2.方便估算最大输出幅值的数值；3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响；4.有利于对静态工作点Q的检测等。3.4微变等效电路法晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。微变等效条件研究的对象仅仅是变化量信号的变化范围很小一、简化的h参数微变等效电路(一)

三极管的微变等效电路iBuBE晶体管的输入特性曲线rbe：晶体管的输入电阻。在小信号的条件下，rbe是一常数。晶体管的输入电路可用rbe等效代替。1.输入电路Q点附近的工作段近似地看成直线可认为uBE与iB成正比QOiB

uBE

2.输出电路假设在Q点附近特性曲线基本上是水平的(iC

与uCE无关)，数量关系上，iC

比iB大

倍；iBiB从三极管输出端看，可以用iB恒流源代替三极管；该恒流源为受控源；为iB对iC的控制。uCE

QiC

O3.三极管的简化参数等效电路

注意：这里忽略了uCE对iC与输出特性的影响，在大多数情况下，简化的微变等效电路对于工程计算来说误差很小。三极管的简化h参数等效电路cbe+uBE+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE+uCEiCiB4.电压放大倍数Au；输入电阻Ri、输出电阻ROC1RcRb+VCCC2RL+++VT+Ri=rbe//Rb，Ro=Rcrbe

ebcRcRLRb++单管共射放大电路的等效电路(二)

rbe的近似估算公式rbb：基区体电阻。reb：基射之间结电阻。低频、小功率管rbb

约为300。UT：温度电压当量。c

beiBiCiE电流放大倍数与电压放大倍数之间关系讨论1.当IEQ一定时，愈大则

rbe也愈大，选用值较大的三极管其Au并不能按比例地提高；因：2.当值一定时，IEQ愈大则rbe愈小，可以得到较大的Au，这种方法比较有效。(三)等效电路法的步骤(归纳)1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点Q。2.求出静态工作点处的微变等效电路参数

和rbe。3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。4.列出电路方程并求解。二、微变等效电路法的应用例：接有发射极电阻的单管放大电路，计算电压放大倍数和输入、输出电阻。C1RcRb+VCCC2RL+++VT+Rerbe

bcRcRLRb+Ree+接有发射极电阻的放大电路rbe

bcRcRLRb+Ree+根据微变等效电路列方程引入发射极电阻后，降低了。若满足(1+)Re>>rbe与三极管的参数、rbe无关。2.放大电路的输入电阻引入Re后，输入电阻增大了。3.放大电路的输出电阻rbe

ebcRcRLRb++Rerbe

bcRcRbRee将放大电路的输入端短路，负载电阻RL开路，忽略c、e之间的内电阻rce。RL讨论引入Re后对输出电阻的影响。rbe

ebcRcRbRerce

~+_式中输出电阻的等效电路将代入式，放大电路输出电阻为上式中，通常，故可简化为如果Re=0，但考虑rce的作用，则显然，接入Re后，三极管集电极至公共端之间的等效电阻大大提高了。3.5工作点的稳定问题3.5.1温度对静态工作点的影响三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：

1.UBE改变。UBE的温度系数约为–2mV/C，即温度每升高1C，UBE约下降2mV。

2.改变。温度每升高1C，值约增加0.5%~1%，温度系数分散性较大。3.ICBO改变。温度每升高10C，ICBQ

大致将增加一倍，说明ICBQ

将随温度按指数规律上升。温度升高将导致IC增大，Q上移。波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C温度对Q点和输出波形的影响3.5.2静态工作点稳定电路一、电路组成——分压式偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分压式工作点稳定电路由于UBQ不随温度变化，——电流负反馈式工作点稳定电路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ说明：1.Re愈大，同样的IEQ产生的UEQ愈大，则温度稳定性愈好。但Re增大，UEQ增大，要保持输出量不变，必须增大VCC。2.接入Re，电压放大倍数将大大降低。在Re两端并联大电容Ce，交流电压降可以忽略，则Au基本无影响。Ce称旁路电容3.要保证UBQ基本稳定，IR>>IBQ，则需要Rb1、Rb2小一些，但这会使电阻消耗功率增大，且电路的输入电阻降低。实际选用Rb1、Rb2值，取IR

=(5~

10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ。二、静态与动态分析静态分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)静态基极电流动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe

ebcRcRL++Rb2Rb1RcRb2+VCCRL++uiuoRb1Re3.6共集电极和共基极电路三种基本接法共射组态共集组态共基组态3.6.1共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~~++__+rbebec(b)等效电路——为射极输出器共集电极放大电路(a)电路图一、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~由基极回路求得静态基极电流则(a)电路图共集电极放大电路二、电流放大倍数所以三、电压放大倍数结论：电压放大倍数恒小于1，而接近1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。~++__+rbebec(b)等效电路四、输入电阻~++__+rbebec输入电阻较大。Ri五、输出电阻+_rbebec~输出电阻低，故带载能力比较强。Ro求射极输出器Ro的等效电路3.6.2共基极放大电路共基极放大电路(a)原理电路VEE保证发射结正偏；VCC保证集电结反偏；三极管工作在放大区。(b)实际电路实际电路采用一个电源VCC，用Rb1、Rb2分压提供基极正偏电压。C1C2+++_+_ReVEEVCCRcRLVTC1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc一、静态工作点(IBQ,ICQ,UCEQ)实际电路C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLRc二、电流放大倍数微变等效电路由图可得：所以由于小于1而近似等于1，所以共基极放电电路没有电流放大作用。+_+_Rerbebec共基极放大电路的等效电路三、电压放大倍数+_+_Rerbebec由微变等效电路可得共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。四、输入电阻暂不考虑电阻Re的作用五、输出电阻暂不考虑电阻Re的作用Ro

=

rcb.已知共射输出电阻rce，而rcb比rce大得多，可认为rcb

(1+

)rce如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为Ro=Rc//rcb

Rc三种基本组态的比较大(数值同共射电路，但同相)小(小于、近于1)大(十几~一几百)小大(几十~一百以上)大(几十~一百以上)电路组态性能共射组态共集组态共基组态C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc三种基本组态的比较

频率响应大(几百千欧~几兆欧)小(几欧~几十欧)中(几十千欧~几百千欧)rce小(几欧~几十欧)大(几十千欧以上)中(几百欧~几千欧)

rbe组态性能共射组态共集组态共基组态差较好好3.7差分放大电路3.7.1零点漂移直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定。零点漂移现象uOtOuItO放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。抑制零点漂移的措施：(1)引入直流负反馈以稳定Q点；(2)利用热敏元件补偿放大器的零漂；利用热敏元件补偿零漂R2R1+VCC+VT2+RcVT1uIuOiC1ReRuB1(3)采用差分放大电路。3.7.2差分放大电路输入级大都采用差分放大电路的形式。电路形式基本形式长尾式恒流源式一、基本形式差分放大电路1.电路组成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2假设电路完全对称当uId=0，时UCQ1=UCQ2UO=0差分放大电路的基本形式2.电压放大倍数VT1和VT2基极输入电压大小相等，极性相反，——称为差模输入电压(uId)。在差模信号作用下：差模电压放大倍数为3.共模抑制比差分放大电路输入电压差模输入电压uId共模输入电压uIc(uIc大小相等，极性相同)+VCCRcVT1VT2RbRcRb~+uIc+uoRR共模电压放大倍数：Ac愈小愈好，而Ad愈大愈好图4.2.7共模输入电压共模抑制比KCMR

(1)

KCMR描述差分放大电路对零点漂移的抑制能力。KCMR愈大，抑制零漂能力愈强；

(2)理想情况下，电路参数完全对称，Ac=0，KCMR=∞。

(3)基本形式差放电路每个三极管的集电极对地电压，其零漂与单管放大电路相同，丝毫没有改善。二、长尾式差分放大电路可减小每个管子输出端的温漂。1.电路组成+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe

Re称为“长尾电阻”。且引入共模负反馈。Re愈大，共模负反馈愈强。Ac愈小。每个管子的零漂愈小。对差模信号无负反馈。长尾式差分放大电路2.静态分析+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe当uId=0时，由于电路结构对称，故：

IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，

1=

2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE则ICQ

IBQ(对地)长尾式差分放大电路3.动态分析RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2长尾式差分放大电路的交流通路+-+Rb1Rb2-接有调零电位器的长尾差分电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输出电阻为三、恒流源式差分放大电路用三极管代替“长尾式”电路的长尾电阻，即构成恒流源式差分放大电路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT31.电路组成VT3：恒流管作用：能使iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。恒流源式差分放大电路2.静态分析当忽略VT3的基极电流时，Rb1上的电压为RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2+VCCReRb2Rb1VEEVT3于是得到恒流源式差分放大电路3.动态分析由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大倍数为差模输入电阻为差模输出电阻为四、差分放大电路的输入、输出接法有四种不同的接法差分输入、双端输出；差分输入、单端输出；单端输入、双端输出；单端输入、单端输出。1.差分输入、双端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+差分输入、双端输出2.差分输入、单端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuIuI2+VCCVEEIR+uououO约为双端输出的一半，即若由VT2集电极输出，uO为“正”。差分输入、单端输出3.单端输入、双端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+单端输入则当共模负反馈足够强时，三极管仍然基本工作在差分状态，所以单端输入、双端输出4.单端输入、单端输出RcVT1VT2Rc+uoRRuI+VCCVEEI+若改从VT2集电极输出，则这种接法比一般的单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。单端输入、单端输出结论

(1)双端输出时，Ad与单管Au基本相同；单端输出时，Ad约为双端输出时的一半。双端输出时，Ro=2Rc；单端输出时，Ro=Rc。

(2)双端输出时，理想情况下，KCMR

→

；单端输出时，共模抑制比不如双端输出高。

(3)单端输出时，可以选择从不同的三极管输出，而使输出电压与输入电压反相或同相。

(4)单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两个管子仍基本工作在差分状态。

(5)单端输出时，Rid

2(R+rbe)。差分放大电路四种接法的性能比较接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出AdKCMR很高很高较高较高RidRo差分放大电路四种接法的性能比较接法性能差分输入双端输出差分输入单端输出单端输入双端输出单端输入单端输出特性1.Ad与单管放大电路基本相同。2.在理想情况下，KCMR∞。3.适用于差分输入、双端输出，输入信号及负载的两端均不接地的情况。1.Ad约为双端输出时的一半。2.由于引入共模负反馈，仍有较高的KCMR。3.适用于将双端输入转换为单端输出。1.Ad与单管放大电路基本相同。2.在理想情况下，KCMR∞。3.适用于将单端输入转换为双端输出。1.Ad约为双端输出时的一半。2.比单管放大电路具有较强的抑制零漂的能力。3.适用于输入、输出均要求接地的情况。4.选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。3.8多级放大电路3.8.1多级放大电路的耦合方式三种耦合方式阻容耦合直接耦合变压器耦合一、阻容耦合阻容耦合放大电路C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+第一级第二级优点：(1)前、后级直流电路互不相通，静态工作点相互独立；(2)选择足够大电容，可以做到前一级输出信号几乎不衰减地加到后一级输入端，使信号得到充分利用。不足：(1)不适合传送缓慢变化的信号；(2)无法实现线性集成电路。二、直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Rb2VT2两个单管放大电路简单的直接耦合特点：

(1)可以放大交流和缓慢变化及直流信号；

(2)便于集成化。

(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；

(4)零点漂移。1.解决合适静态工作点的几种办法改进电路—(a)电路中接入Re2，保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。改进电路—(b)稳压管动态电阻很小，可以使第二级的放大倍数损失小。但集电极电压变化范围减小。VDZRc1Rb1+VCC+VT1+Rc2RVT2(b)Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2(a)改进电路—(c)+VCCRc1Rb1+VT1+Rc2Rb2VT2VDz改进电路—(d)

可降低第二级的集电极电位，又不损失放大倍数。但稳压管噪声较大。可获得合适的工作点。为经常采用的方式。(c)Rc1Rb1+VCC+VT1+Re2Rc2VT2-(d)直接耦合方式实例三、变压器耦合选择恰当的变比，可在负载上得到尽可能大的输出功率。变压器耦合放大电路第二级VT2、VT3组成推挽式放大电路，信号正负半周VT2、VT3轮流导电。优点：(1)能实现阻抗变换；(2)静态工作点互相独立。缺点：(1)

变压器笨重；(2)

无法集成化；(3)

直流和缓慢变化信号不能通过变压器。三种耦合方式的比较阻容耦合直接耦合变压器耦合特点各级工作点互不影响；结构简单能放大缓慢变化的信号或直流成分的变化；适合集成化有阻抗变换作用；各级直流通路互相隔离。存在问题不能反应直流成分的变化，不适合集成化有零点漂移现象；各级工作点互相影响不能反应直流成分的变化；不适合放大缓慢变化的信号；不适合集成化适合场合分立元件交流放大电路集成放大电路，直流放大电路低频功率放大，调谐放大3.8.2多级放大电路的动态分析一、电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即其中，n为多级放大电路的级数。二、输入电阻和输出电阻通常，多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与后级或前级的参数有关。

【例】试写出静态工作点，以及Av，Ri，Ro的表达式。

C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+解：注意后一级的输入电阻是前一级的负载电阻3.9放大电路的频率响应由于放大电路中存在电抗性元件，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。3.9.1频率特性的基本概念电压放大倍数的幅值和相角都是频率的函数。即典型的单管共射放大电路的幅频特性和相频特性OffLfHBWAum0.707Aum-90º-180º-270ºf0下限频率、上限频率和通频带fLfHBWAum0.707AumOffL：下限频率；fH：上限频率BW：通频带BW=fH

-

fL频率失真频率失真(a)幅频失真(b)相频失真波特图放大电路的对数频率特性称为波特图。

40

20

6

3

0

-3-20-4010010210.7070.10.01一、RC高通电路的波特图+_+_CRRC高通电路令：则有：对数幅频特性：实际幅频特性曲线：幅频特性当f≥

fL(高频)，当f<fL(低频)，高通特性：且频率愈低，的值愈小，低频信号不能通过。0.1fLfL

10fLf0-20-403dB最大误差为3dB，发生在f=fL处-20dB/十倍频对数相频特性相频特性5.71º-45º/十倍频fL0.1fL

10fL45º90º0f误差由式可得，在低频段，高通电路产生0~90°的超前相移。5.71º二、RC低通电路的波特图RC波特图+_+_CR令：则：低通电路的波特图对数幅频特性：0.1fHfH

10fHf0-20-403dB-20dB/十倍频对数相频特性：fH

10fH-45º5.71º5.71º-45º/十倍频-90º0.1fH0f在高频段，低通电路产生0~90°的滞后相移。3.9.2单管共射放大电路的频率响应定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+++Rs+~+